Высшее образование
Тепловой расчет процесса замораживания
жүктеу/скачать 4.17 Mb. Pdf көрінісі
|
|
12.2. Тепловой расчет процесса замораживания При тепловых расчетах процесса замораживания задаются начальная и конечная температуры продуктов. Конечная температура замораживания практически никогда не бывает одинаковой во всех точках продукта. Однако при расчетах используют числовые значения теплофизических свойств продуктов, относящиеся ко всему процессу, которые берутся при средней их температуре за процесс. Среднюю температуру продукта (в интервале от t 1 до t 2 ) при условии, что оба эти значения лежат в области от криоскопической температуры до температуры окончания льдообразования, можно определить по уравнению t ср = (t 2 – t 1 )/ ln (t 2 /t 1 ). (59) При замораживании температурное поле продукта остается равномерным до конца процесса, в связи с чем возникает необходимость введения понятия средней конечной температуры замораживания. Средней конечной температурой замораживания называют температуру, характеризующую состояние замороженного продукта, помещенного в камеру хранения, когда наружный теплообмен практически отсутствует (температура на поверхности близка к температуре воздуха в камере), а внутренний происходит путем выравнивания температуры по всему объему продукта. Конечная температура продукта зависит от его размеров и теплофизических свойств, а также температуры теплоотводящей среды, коэффициента теп- лоотдачи. Она может быть рассчитана по формулам, полученным И.Г. Алямовским для тел различной геометрической формы: для пластины t ск = (2t ц + t п ) / 2; (60) для цилиндра t ск = (t ц + t п ) / 2; (61) для шара t ск = (2t ц + 3t п ) / 2; (62) где t ц и t п — температура соответственно в центре и на поверхности продукта, °С. Принимая во внимание то, что при замораживании большинства продуктов ниже - 6°С (в центре) распределение температуры по их толщине становится близким к линейному, за среднюю конечную температуру замораживаемого продукта в приближенных расчетах можно принимать среднюю арифметическую между конечной температурой в центре и конечной температурой поверхности (31). Для соблюдения постоянного температурного режима в камере хранения при внесении в нее продуктов сразу после замораживания необходимо, чтобы средняя конечная температура продукта после замораживания была равна температуре воздуха в камере хранения. Ее можно рассчитать по формуле t ц = 2 t ск (Bi + 1) – t 0 Bi / (Bi + 2); (63) 96 Bi = α м l / λ м , (64) где α м — коэффициент теплоотдачи при замораживании, Вт/(м 2 · К); К — коэффициент теплопроводности продукта при средней конечной температуре замораживания, Вт/(м · К). В задачу теплового расчета процесса замораживания входит определение продолжительности замораживания и количества теплоты, отводимой при этом от продукта. Продолжительность замораживания — время, необходимое для понижения температуры продукта от начальной до заданной конечной, за которое большая часть воды, содержащейся в тканях, превращается в лед. Оно зависит от теплофизических свойств продуктов, их толщины, формы, начальной и конечной температур замораживания, температуры и свойств охлаждающей среды. Продолжительность замораживания продуктов τ м можно определить, представляя их в виде тел простой стереометрической формы. В холодильной технологии для приближенных расчетов наиболее часто используют формулу Планка τ м = q м γ м l м (1/ 4 λ м + 1/ α м ) / [3,6 (t кр - t o ) A], (65) где q м — полная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от начальной температуры до заданной средней конечной, кДж/кг; γ м — плотность замороженного продукта, кг/м; l м — толщина продукта, м; t кp — начальная криоскопическая температура продукта, °С; А — коэффициент, значение которого зависит от формы замораживаемого тела (для плоскопараллельной пластины А = 2, для бесконечного прямого круглого цилиндра А = 4, для шара А = 6); q м = i н – i ск , (66) где i н — энтальпия продукта при начальной температуре, кДж/кг; i ск — энтальпия продукта при средней конечной температуре, кДж/кг. Тело в форме цилиндра замерзает в два раза быстрее, чем тело в форме пластины, тело в форме шара — в три раза быстрее. При расчете продолжительности замораживания упакованных продуктов формула Планка приобретает вид: τ = q м γ м l м {R / λ м + P [1/ α м + ∑ (l y / λ y )]} / [3,6 (t кр - t o )], (67) где R и P — коэффициенты, значения которых зависят от соотношения размеров тела и направления тепловых потоков; ∑ (l y / λ y ) — сумма тепловых сопротивлений слоев упаковки, м 2 • К/Вт. При расчетах продолжительности замораживания по формулам Планка можно получить лишь приблизительные значения, так как не учитывается теплоемкость замороженной части тела, а также особенности строения и специфические свойства пищевых продуктов. Количество теплоты, отводимой от продуктов при замораживании, можно определить по формуле Q м = G [c 0 (t н – t кр ) + rωW + с м (t кр – t ск )], (68) где G — масса замораживаемого продукта, кг; r — скрытая теплота замерзания воды, Дж/кг; ω — количество замороженной воды в продукте, определяемое при средней конечной температуре; W - относительное содержание воды в продукте; с м — теплоемкость мороженого продукта, определяемая при средней температуре между криоскопической и средней конечной, Дж/(кг · К). |