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Silvana Cavella » 1.Concetti introduttivi allo studio delle operazioni unitarie


Definizione di processo e di operazione unitaria

  • Nell’ambito dei processi dell’industria alimentare le operazioni unitarie hanno l’obiettivo di modificare in maniera controllata la composizione delle materie prime e degli ingredienti e/o di preservare, di distruggere o di formare una nuova struttura attraverso il trasferimento di massa, di energia e di quantità di moto e controllando opportunamente la cinetica delle reazioni chimiche e biologiche e le eventuali transizioni termodinamiche.
  • L’obiettivo dello studio delle operazioni unitarie è quello di poter predire e quantificare i cambiamenti indotti alle materie prime utilizzate, di effettuare il dimensionamento degli impianti necessari a realizzare il processo desiderato, di ottimizzare le variabili di processo. L’approccio seguito è sia di tipo descrittivo che quantitativo. La descrizione dei cambiamenti fisici, chimici e/o biologici indotti alle materie prime durante un’operazione unitaria ha come obiettivo la valutazione dell’impatto che il processo ha sulla qualità dei prodotti finiti ottenuti.
  • L’approccio quantitativo fornisce gli strumenti per la messa a punto di opportuni modelli matematici necessari per il corretto sviluppo di un processo. Per tutte le operazioni unitarie trattate sono previste esercitazioni numeriche basate sulla risoluzione di problemi di progetto, di verifica e di ottimizzazione.

Processo

Un processo può essere considerato come una sequenza di operazioni, che hanno luogo in una o più parti di un impianto, che determinano una serie di cambiamenti fisici, chimici o biologici alle materie prime utilizzate e/o preservano, distruggono, formano una struttura in modo da ottenere prodotti che soddisfino le esigenze dei consumatori o che prolunghino la shelf life o che rendano più agevole lo stoccaggio e /o il trasporto.

Rappresentazione dei processi: diagrammi di flusso

I processi alimentari sono solitamente schematizzati mediante diagrammi di flusso, in cui si sono riportate informazioni relative alle materie prime; al prodotto finito; al processo e ai sistemi ausiliari. Relativamente al processo bisogna rappresentare tutte le operazioni unitarie e tutti i flussi di materia e di energia.

Definizione di operazione unitaria

Operazione unitaria è ciascuno stadio di un processo, che può essere studiato singolarmente e i cui principi sono indipendenti dal materiale trattato. Le operazioni unitarie coinvolgono trasferimento di materia, di energia e di quantità di moto che determinano modificazioni di tipo fisico, chimico, biochimico. Il loro studio consente di: predire e quantificare i cambiamenti indotti, dimensionare impianti, fissare le variabili di processo.

Definizione di processo e di operazione unitaria

Principi base

  • Tutte le operazioni unitarie rispettano le leggi di conservazione (materia, energia, quantità di moto). L’applicazione di tali leggi significa scrivere dei bilanci, espressi da equazioni come:

ingresso – uscita ± generazione = accumulo

Detto V il numero di variabili e R il numero di equazione, se:

  • V<R il problema è mal posto, o un’equazione è ripetuta;
  • V=R il problema ha una sola soluzione;
  • V>R il problema ammette più soluzioni; ci sono V-R variabili di progetto da fissare.

Considerazioni conclusive

Introduzione alle operazioni unitarie

Perché studiare le operazioni unitarie?

  • I processi alimentari possono essere analizzati in termini di operazioni unitarie.
  • I principi base delle operazioni unitarie possono essere rappresentati da modelli matematici.
  • I modelli consentono di seguire, controllare e/o modificare un processo.

Prossima lezione

Analisi di processo, bilanci di materia

Bilanci di materia totali

Nella prossima lezione verranno dati gli strumenti per la determinazione di portata massica e composizione delle singole correnti coinvolte in un processo:

  • Composizione e concentrazione.
  • Bilanci di materia parziali.

Le lezioni del Corso

Progetto "Campus Virtuale" dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, realizzato con il cofinanziamento dell'Unione europea. Asse V - Società dell'informazione - Obiettivo Operativo 5.1 e-Government ed e-Inclusion