МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«Уральский государственный экономический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

Л.М.Капустина

«_»2011 г.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Программа учебной дисциплины Наименование специальности (направления подготовки) 260601 «Машины и аппараты пищевых производств»

Наименование специализации (при наличии) Оборудование предприятий торговли и общественного питания Екатеринбург

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» заключается в приобретении и усвоении студентами знаний о физико-механических свойствах пищевого сырья и продуктов питания являющихся объектами переработки, с учетом технологических, технических и экологических аспектов производства. При этом закладываются базовые основы в практической подготовке студентов к решению, как конкретных производственных задач, так и к разработке перспективных вопросов, связанных с технологическим оборудованием отрасли. Приобретение навыков в работе с методами определения основных физико-механических характеристик сырья и готовой продукции.

Основной частью учебного курса является инженерная реология. Реология – это поток слоев дисперсных систем первого, второго и третьего типа.

Дисперсная система первого типа представляет собой твердую дисперсную фазу и газовую дисперсионную среду. Дисперсная система второго типа – это твердая дисперсная фаза и жидкая дисперсионная среда. Третья дисперсная система состоит из твердой дисперсной фазы и сложной дисперсной среды – жидкости и газа.

Все системы образуют структуру пищевых масс имеющих сложные физико-химические и механические свойства. Эти структурные свойства описываются «Физико-химической механикой» – наукой, основоположником которой является академик П.А.Ребиндер. Согласно П.А.Ребиндеру, структуры, возникающие в дисперсных системах, можно разделить на два основных класса, различающихся по характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы: конденсационно-кристализационные и коагуляционные. Эти системы образуют пищевые массы системы мука – вода являющиеся основой всей технологии хлеба, кондитерских и макаронных изделий. Дисперсионные системы образуют структурированную жидкость. Инженерная реология изучает законы движения слоев структурированной жидкости в технологических процессах пищевого производства.

Изучение дисциплины обеспечивает реализацию требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в области физико-механических свойств сырья и готовой продукции пищевых производств по вопросам:

- основные понятия инженерной реологии; реологические свойства пищевых продуктов, механическое моделирование реологического поведения;

- капиллярная и ротационная вискозиметрия;

- адгезиометры и трибометры, роль адгезии и трения в процессах пищевых производств;

- приборы для изучения физико-механических свойств пищевых продуктов;

- определение гранулометрического состава, скорость витания частиц сыпучих продуктов;

- особенности строения частиц различных видов сырья для производства муки, крупы, комбикормов, как объектов механического воздействия, их физикомеханические свойства;

- основные свойства сырья при динамическом воздействии рабочих органов перерабатывающих машин;

- свойства сыпучих масс и смесей в статическом и динамическом состоянии;

- физико-механические свойства полуфабрикатов и готовой продукции.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

а) знать:

основные физико-механические характеристики сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, сущность физических явлений, происходящих в процессах переработки, влияние различных технологических факторов на свойства сырья и готовой продукции, основные научно-технические проблемы, а также тенденции развития технологических процессов пищевой промышленности и оборудования;

б) уметь:

использовать стандартное оборудование и приборы для оценки физикомеханических характеристик сырья и готовой продукции;

разработать методики проведения физико-механических исследований продуктов.

2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Курс «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» пищевых производств является дисциплиной блока специальных дисциплин (СД.01.02), предусмотренной Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для инженеров-механиков по специальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств». Дисциплина входит в цикл специальных дисциплин. Основной частью учебного курса является инженерная реология. Изучается в 5 семестре при очной форме обучения и в 7 семестре при заочной форме обучения.

Данная дисциплина является составной частью непрерывной инженерной подготовки студентов и опирается на курсы естественно-научного цикла, необходимы знания основ неорганической и органической химии, физики, математики, сопротивления материалов и процессов, проходящих при обработке сырья технологическими устройствами.

Знания, умения, навыки, полученные в процессе изучения дисциплины «Физико-механические свойства пищевого сырья и готовой продукции» используются при прохождении производственной практики, написании дипломных работ.

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Структура учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 85 часов, в том числе:

по дневной форме обучения – аудиторных – 36 (лекций – 18 ч, практических занятий – 18 ч), самостоятельная работа – 49 ч.

по заочной форме обучения – аудиторных – 12 (лекций – 8 ч, практических занятий – 4 ч), самостоятельная работа – 73 ч.

Форма промежуточной аттестации – зачет.

Структура и трудоемкость дисциплины представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Структура и трудоемкость дисциплины Дневная форма обучения Заочная форма обучения № НаименоваАудиторные за- Сание разде- Аудиторные Са- Формы Формы мост. текущего лов, тем занятия (час) мост текуще- нятия (час) вых продуктов сыпучих сред. Статика зернистого слоя сы- пучего материала.

Динамика зернистого слоя зерен сыпучей жидкости вязко - текучих сред.

Динамика слоя жидкости вязкотекучих сырья и готовой продукции.

динамических воз- действиях рабочих органов перерабатывающего оборудования.

полуфабрикатов и готовой продукции.

оборудования.

График изучения дисциплины в течение семестра приведен в календарнотематическом плане и размещен на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

3.2. Содержание учебной дисциплины 1. Введение. Задачи дисциплины и е содержание. Виды сырья и продуктов его переработки.

Физико-механические свойства как основа проектирования машин и аппаратов пищевого производства. Производственные линии обработки пищевого сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

Проблемы: доработка, транспортировка и участие пищевых продуктов в процессах технологической обработки на участках механического воздействия рабочего инструмента.

2.Основные понятия инженерной реологии. Типичные свойства пищевых материалов: упругость, вязкость, пластичность. Идеализированные модели различных сред. Классификационные признаки реальных тел. Физические системы газообразных, жидких и твердых реальных тел, являющиеся продуктом переработки пищевого сырья.

3. Физико-механические характеристики сыпучих сред. Характеристики сыпучих продуктов. Статика зернистого слоя сыпучего материала. Отдельное зерно. Физико-механические характеристики множества зерен сыпучей среды в системе. Сыпучая среда составная часть системы. Гранулометрический состав.

Физические свойства: гигроскопичность, насыпная плотность и удельный объем, порозность.

Механические свойства: сыпучесть, угол естественного откоса, угол обрушения, слеживаемость, предельное и начальное сопротивление сдвигу. Угол внутреннего трения, коэффициенты поверхностного и структурного трения.

Основы теории напряжений в зернистом слое, модули деформаций, коэффициент Пуассона.

Континуальная модель, дискретная модель сыпучих материалов. Напряжения в сыпучем слое в рамках континуальной механики. Упрощенная модель сыпучих материалов. Давление сыпучих материалов на стенки днища сосуда.

Коэффициент бокового давления при засыпке зернистого продукта в мкость.

Напряжение в сыпучей среде в замкнутом объеме. Изменение порозности слоя при деформации. Критическая порозность.

Динамика зерен сыпучей среды. Образование динамического откоса при движении зернистого слоя из мкости. Формы движения зернистого слоя.

Пульсационный характер изменения давления при высыпании сыпучих продуктов из мкости. Возрастание давления на стенку замкнутого пространства мкости. Изменение порозности зернистого слоя при движении зерен через выпускное отверстие бункера (силоса).

Модифицированная модель движущегося зернистого слоя сыпучего материала. Количественная характеристика процесса движения зернистого слоя.

Механизм образования основного динамического свода в мкости над отверстием. Характерные зоны поля напряжений и деформаций системы при истечении сыпучего материала.

Основные задачи расчета и конструирования аппаратов с движущимся зернистым слоем.

Принудительная транспортировка сыпучих материалов пищевых продуктов. Аэродинамические свойства, скорость витания.

Статика и кинематика движения твердых зерен частиц в пространстве рабочего инструмента на примере превращения зерна в муку.

4.Физико-механические характеристики вязко-текучих сред. Реологические свойства пищевых продуктов. Феноменологическая реология. Макрореология, микрореология. Реологические модели различных пищевых материалов.

Деформация и течение вязких сред. Основные закономерности поведения ньютоновской и неньютоновской среды. Свойства материалов при сдвиге. Закон уплотнения. Поведение пищевых материалов продуктов питания под действием всесторонней (объемной) деформации. Изменение плотности пищевых продуктов в зависимости от давления.

Релаксация напряжений и ползучесть в пищевых массах. Влияние сушки и увлажнения на процессы релаксации пищевых материалов.

5. Роль адгезии и трения в процессах пищевых производств. Адгезия и трение. Физические явления на границе взаимодействия сыпучих и вязких сред с твердыми поверхностями рабочих органов технологического оборудования.

6. Методы и приборы для изучения физико-механических характеристик сырья и готовой продукции. Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик. Методы и приборы для измерения компрессионных характеристик. Методы и приборы для определения прочностных характеристик. Методы и приборы для измерения поверхностных характеристик.

7. Физико-механические характеристики твердых компонентов сырья при статических и динамических воздействиях рабочих органов перерабатывающего оборудования. Методы разрушения твердых компонентов сырья. Основные закономерности процессов дробления, измельчения и ударного разрушения.

8. Физико-механические характеристики полуфабрикатов и готовой продукции в различных отраслях пищевых производств. Применение реологических методов.

9. Применение методов реологии в расчетах технологических процессов и оборудования: измельчение твердых компонентов сырья, формование пищевых масс, перемешивание и транспортирование вязких сред.

10. Обзорная лекция с изложением основных положений курса.

Изучение дисциплины предполагает, что основное внимание должно быть сосредоточено на физических явлениях и эффектах, наиболее широко используемых в технике и технологии переработки пищевых масс.

Изложение материала должно строиться по следующему принципу: следует освещать физику и химию явления, сущность процесса обработки продукта основанного на данном явлении.

4. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ

УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ

ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И ИХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

4.1. Текущий контроль Результаты освоения учебной дисциплины (модуля) оцениваются следующими средствами текущего контроля успеваемости:

1. Индивидуальный опрос.

2. Контрольная работа.

3. Самоконтроль.

4. Тестирование.

5. Собеседование.

6. Лабораторная работа Методическое обеспечение текущего контроля:

1. Индивидуальный опрос и собеседование проводится на семинарских (практических) занятиях по вопросам к каждой теме. Перечень вопросов приведен в методических указаниях к практическим занятиям (в тематике семинарских занятий).

2. Задания к контрольным работам включают решение задач по темам из задачника для очной формы обучения. Для заочной формы обучения задания к контрольной работе приведены в методических указаниях для студентовзаочников.

3. Самоконтроль осуществляется по вопросам, перечисленным в разрезе тем в методических указаниях и заданиях по самостоятельной работе и путем решения тестовых заданий для самоконтроля.

4. Тестовые задания для самоконтроля и текущего контроля размещены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Физикомеханические свойства пищевого сырья и готовой продукции» в разделе «Тесты и экзамены».

5. Перечень лабораторных работ – Оценка геометрических характеристик твердых компонентов – Определение прочностных характеристик твердых компонентов сырья при статических и динамических нагрузках – Определение коэффициентов внешнего и внутреннего трения сыпучей массы. Определение угла естественного откоса.

– Определение показателя дисперсности сыпучего материала. Определение скорости витания твердых компонентов сырья.

– Изучение адгезионного взаимодействия пищевых масс с различными конструкционными материалами.

– Капиллярная вискозиметрия.

– Ротационная вискозиметрия.

– Изучение кинетики ползучести вязко-упругих пищевых масс. Исследование процесса замеса теста.

Студент работает над рефератом по заданной теме. В тему включены вопросы физико-механических и физико-химических разделов. Общая тема «Определения и характеристика реального реологического тела»:

– Физико-механические характеристики дисперсной системы первого типа.

– Физико-механические характеристики дисперсной системы второго типа.

– Физико-механические характеристики дисперсной системы третьего типа.

– Реологические свойства пищевых продуктов.

– Физико-механические характеристики вязко-текучих сред.

– Реологические модели различных материалов пищевых масс.

– Проявление релаксации в пищевых массах, остаточная деформация пищевых масс. Ползучесть.

– Роль адгезии и когезии в структуре материалов пищевых масс.

– Структурно-механические модели дисперсных систем.

– Закон уплотнения. Прочностные и компрессионные свойства пищевых продуктов.

Методические указания к практическим занятиям (тематика семинарских занятий), сборник задач, методические указаниях и задания по самостоятельной работе, методические указаниях и задания к контрольной работе для студентовзаочников размещены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» в разделе «Ресурсы».

4.2. Промежуточная аттестация Промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины проводится в форме зачета.

Вопросы (задания) к зачету размещены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» в разделе «Ресурсы».

4.3. Использование балльно-рейтинговой системы для текущего контроля и промежуточной аттестации Для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации используется балльно-рейтинговая система в соответствии с «Положением об академическом рейтинге».

Текущий рейтинг по дисциплине «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» определяется с учетом посещаемости, участия студентов в аудиторной и самостоятельной работе, выполнении контрольных точек, а также внеаудиторной работе (участие в конференциях, олимпиадах, конкурсах и др.) Требования, критерии оценки для расчета текущего рейтинга по дисциплине размещены на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Электронная версия рабочей программы представлена на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» в разделе «Ресурсы».

Для изучения дисциплины «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» следует использовать литературу:

1. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов / А.В.Горбатов, А.М.Маслов, Ю.А.Мачихин и др. Под ред. А.В.Горбатова. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-296 с.

2. Мачихин Ю.А., Берман Ю.К. Реология пищевых продуктов. 4.1 Учебное пособие. – М.: МГУПП, 1999.-84 с.

3. Мачихин Ю.А., Берман Ю.К. Реология пищевых продуктов. 4.2. Учебное пособие, – М.: МГУПП. 1999.-95 с.

4.Лукьянов П.И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. – М.:

Стройиздат, 1968.-184 с.

5. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. – М.: Недра, 1964.-251 с.

6. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия: учеб. пособие для студентов, обучающихся по строит. специальностям / П.М.Кругляков, Т.Н.Хаскова. – М.: Высшая школа, 2005. - 319 с.

а) основная литература:

Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. – М.: Высшая школа, 2008. - 560 с.

Малкин А.Я.. Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. – Санкт-Петербург Изд. ПРОФЕССИЯ, 2007 г. 556 с.

Технология продукции общественного питания. в 2-х тт. : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности "Технология продуктов обществ. питания" направления подгот. дипломир. специалистов "Технология...": В 2 т. Т. 1 : Физико-химические процессы, протекающие в пищевых продуктах при их кулинарной обработке. - 2-е изд. - М. : Мир, 2007. - 351 с.

б) дополнительная литература:

2. Консервы и концентраты для детского питания : производственнопрактическое издание / [Е. Т. Дмитриева [и др.] ; под ред. А. Н. Самсоновой. М. : Агропромиздат, 1985. - 246 с.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ

ДИСЦИПЛИНЫ

Реализация данной учебной дисциплины осуществляется с использованием материально-технической базы, обеспечивающей проведение всех видов учебных занятий и научно-исследовательской работы обучающихся, предусмотренных программой учебной дисциплины и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам:

оборудованная лаборатория;

использование цифрового оборудования.

Программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО по специальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств», квалификация – инженер.

Программа размещена на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

Автор(ы) Панков Ю.В.

Рецензент(ы)