Замораживание пищевых продуктов

17 18 19

Рис. 3.4. Схемы аппаратов для охлаждения молока, молочных и других жидких или вязких пищевых продуктов:

а - ванна-охладитель, оборудованная охлаждающей рубашкой и холодильной машиной; б - вертикальный peзервуаp, оборудованный охлаждающей рубашкой и оросительным устройст­вом: в - аппарат оросительного типа; г - двухсекционный охладитель пластинчатого типа; д - одноцилиндровый охладитель: с - двухцилиндровый охладитель; ж - трубчатый охлади­тель: 1 - мешалка; 2 - корпус с водяной рубашкой: 3 - тепловая изоляция: 4 - холодильная машина: 6 - насос: 6 - испаритель; 7 - оросительное устройство; 8 - распределительный ло­ток; 9 - верхняя секция охлаждения; 10 - нижняя секция охлаждения: 11 - желоб: 12 - емкость для охлажденного творога: 13 - нож: 14 - вращающийся валик; 15 - бункер: 16, 17 - цилиндр с рассольной рубашкой: 18 - разгрузочный шнек: 19 - вращающийся вытеснительный барабан; 20 - питательный шнек; 21 - патрубок для подачи творога; 32 - цилиндр с тепловой изоляцией; 23, 25 - патрубки для входа и выхода воды: 21 - патрубки для выхода охлажденного творога

 

При охлаждении вязких смесей (смесей мороженого - сливочных, сливочно -шоколадных, шоколадного пломбира) коэффициент теплопередачи для секции водяного охлаждения в среднем составляет 230...460 Вт/(м²·К), а для секции рассольного охлаждения - 115...230 Вт/(м²·К). Кро­ме того, узкие каналы между теплообменными пластинами позво­ляют проводить охлаждение жидких продуктов в тонком слое при интенсивном движении продукта и хладоносителя (до 1 м/с) и при малых температурных напорах (до 1,5...2°С). Аппараты пластинча­того типа компактны и характеризуются наименьшей металлоемко­стью, поэтому получили наибольшее распространение для охлаж­дения жидких пищевых продуктов.

 

Для охлаждения сливок, изготовляемых как готовый к употреб­лению продукт, применяют те же аппараты, что и для охлаждения молока, а также аппараты цилиндрического типа (рис. 3.3, д).

Для охлаждения сливок, предназначенных для производства масла, применяют сливкосозревательные ванны и резервуары вер­тикального типа. Сливкосозревательная ванна представляет собой горизонтальный полуцилиндр с крышкой, оборудованной охлажда­ющей рубашкой. Ванна снабжена мешалкой качающегося типа, из­готовленной из труб, по которым циркулирует рассол. Сливкосозревательный резервуар по конструкции подобен резервуару, схема которого приведена на рис. 3.4, б.

Для охлаждения творога применяют аппараты цилиндрическо­го и трубчатого типа (рис. 3.4, д, е, ж).Творог охлаждают от на­чальной температуры t_нач=30..32°Cдо конечной t_кон=8...12°С. Для охлаждения творога в линиях поточного производства приме­няют пластинчатые охладители, аналогичные пластинчатым охла­дителям для молока и отличающиеся только формой и размерами теплообменных пластин. Зазор между пластинами для прохода творога увеличен до 6 мм, в то время как для охладителей молока он равен 2...2,5 мм.

Для охлаждения сгущенных молочных продуктов применяют ванны-кристаллизаторы и вакуум-кристаллизаторы. В ваннах-крис­таллизаторах охлаждение проводят от t_нач= 50...52°С до температу­ры t₁= 30...32⁰С. Затем добавляют тонкоизмельченную лактозу и вы­держивают при температуре t₁ в течение 40...50 мин. За этот период происходит процесс кристаллизации. После кристаллизации про­дукт охлаждают до температуры t_кон=18°С. При первой и второй стадиях охлаждения (а также при кристаллизации) непрерывно работает мешалка.

Аппараты характеризуются относительно незначительными ко­эффициентами теплопередачи [К=120...150 Вт/(м²·К)] из-за высо­кой вязкости обрабатываемых продуктов. При относительно боль­ших диаметрах ванноохладителей (обычно 1100...1200 мм) интен­сивно охлаждается только слой продукта, расположенный вблизи охлаждающей рубашки.

В вакуум-кристаллизаторах продукт равномерно охлаждается по всему объему в результате применения разреженной среды ине­прерывной работы охлаждающей мешалки. Охлаждение проводят в три стадии с двумя промежуточными выдержками при температу­ре t₁=32°С и t₂ = 27,5°С с целью равномерной кристаллизации ох­лаждаемого продукта. Коэффициент теплопередачи таких аппаратов 1,3... 1,5 раза выше коэффициента теплопередачи ванн-кристалли­заторов.

Упакованные молочные продукты охлаждают в воздушной среде в камерах, оборудованных охлаждающими приборами и системой воздухораспределения.

Оборудование для охлаждения рыбы. Для охлаждения рыбы водой применяют цистерны, бункера и рыбоохладители - аккумуляторы. При охлаждении рыбы в цистернах сначала охлаждают воду с помощью рассольных батарей.

 

Для ускорения охлаждения воды применяют барботеры, через которые подают сжатый воздух. Барботирование ускоряет охлаждение воды примерно в 1,5 раза. После охлаждения воды цистерны загружают рыбой, начальная темпера­тура которой в среднем составляет 25°С. При этом температура воды повышается на 6...8°С. С целью понижения температуры воды осуществляют ее непрерывную циркуляцию с помощью насоса и дополнительной цистерны меньшей вместимости, играющей роль резервуара для подохлаждения

воды. Охлажденная вода из дополнительной

цистерны насосом подается в цистерну с рыбой (рабочая цистерна), где отни­мает теплоту от охлаждаемой рыбы, а затем охлаждается с помощью рассоль­ных батарей рабочей и дополнительной цистерн.

При охлаждении рыбы в бункерах применяют охлажденную воду и лед. Рыбу обрабатывают в приемном бункере и в бункере-аккумуляторе. В приемном бункере - осуществляют предварительное охлаждение рыбы льдоводяной смесью. Охлажденная вода в при­емный бункер подается из бункера-

Рис. 3.5. Схема рыбоохлади­теля- ак­кумулятора. После предварительного ох-

аккумулятора: лаждения рыбу направляют на сортировку и

1 — корпус; 2 — транспортер; дальнейшую обработку.

3 —охлаждающие трубы; 4 — Бункер-аккумулятор предусматрива­ют для

перфорированные трубопроводы охлаждения и кратковременного хранения

разделанной ры­бы, т. е. подготовленной к последующей обработке (заморажива­нию или консервированию). Охлаждение производится ледяной водой температурой 1…2°С, получаемой в водоохладителе, обору­дованном рассольными или хладоновыми батареями.

Рыбоохладители-аккумуляторы предназначены для охлаждения рыбы путем контакта с охлажденной поверхностью труб и конвей­ера, а также путем орошения водой.

Схема рыбоохладителя-аккумулятора показана на рис. 3.5. Ап­парат состоит из теплоизолированного корпуса, в котором установ­лены транспортеры, размещенные друг под другом. Рыба поступает на верхний транспортер и последовательно проходит сверху вниз все транспортеры, передвигаясь в каждом последующем транспор­тере в противоположную сторону. Охлажденный продукт выгружа­ется через нижний люк. На нечетных транспортерах продукт ох­лаждается с помощью труб, в которых циркулирует хладоноситель (контактный способ охлаждения). На четных транспортерах про­дукт охлаждается путем орошения его охлажденной водой, пода­ваемой из оросителей. В нижней части рыбоохладителя установлен поддон для сбора воды. Отрабовшая вода поступает в фильтр, а затем насосом

подается на охлаждение до заданной температуры и повторное использование.

При охлаждении рыбы льдом применяют баки и ванны. В ука­занных емкостях рыбу послойно пересыпают мелкодробленым или чешуйчатым льдом.

Для охлаждения в воздушной среде копченой рыбы, а также рыбных кулинарных изделий применяют камеры и аппараты, обо­рудованные приборами охлаждения и системой воздухораспределения. По устройству они аналогичны камерам и аппаратам, схемы которых показаны на рис. 3.1 и 3.2.

Для охлаждения рыбы применяют также вакуумные рыбоохладители. Вакуумный рыбоохладитель состоит из герметичной каме­ры, вакуум-насоса, а также батарей для конденсации водяных па­ров. Противни с рыбой размещают на этажерках. После загрузки этажерок и закрывания крышки камеры включают вакуум-насос, с помощью которого в аппарате поддерживается давление 540... 600 Па. При пониженном давлении происходит интенсивное испа­рение влаги с поверхности продукта, в результате чего понижается его температура. Образовавшийся пар оседает на поверхности охлаждающих батарей, конденсируется, а затем удаляется через отводной трубопровод.

Оборудование для охлаждения плодов и овощей. Для охлажде­ния плодов и овощей в воздушной среде применяют камеры и ап­параты, изотермические вагоны, вагоны-холодильники и авторе­фрижераторы.

Камеры, специально предназначенные для охлаждения плодов и овощей, обычно предусматривают только на производственно-за­готовительных холодильниках. После окончания периода заготовки эти камеры используют для хранения плодов, а также в качестве помещений для сортировки грузов после хранения перед отгрузкой их в торговую сеть. На холодильниках для хранения фруктов и овощей (фрукто - и овощехранилища, плодоовощные и продоволь­ственные базы) предусматривают камеры хранения, в которых про­водят охлаждение и хранение продуктов, хотя желательно указан­ные процессы проводить в отдельных камерах. Камеры оборудуют воздухораспределительными каналами или выполняют без каналов. При этом применяют батарейную, панельную и воздушную систему охлаждения.

Для охлаждения плодов и овощей в воздушной среде применя­ют также аппараты конвейерного типа. Такие аппараты по конст­рукции аналогичны флюидизационным аппаратам для заморажи­вания плодов и овощей. Аппараты оборудуют хладоновой системой охлаждения с температурой кипения не ниже —10°С. Продукт, по­ступающий на обработку, вибрационным питателем подают на кон­вейер, а затем на флюидизационное сито, где он охлаждается в те­чение нескольких минут, при этом его конечная температура равна 1°С.

В последнее время начинают находить практическое применение камеры охлаждения и хранения фруктов с регулируемой газовой средой, описание которых приведено в 3.4 «Хранение пище­вых продуктов».

 

 

Некоторые овощи, преимущественно зелень, охлаждают водой, снегом или льдом. При охлаждении растительных продуктов при­меняют ледяную воду температурой 2°С. Плоды и овощи в ящиках, корзинах или россыпью помещают на конвейер. Воду подают из оросителей, предварительно ее охлаждают с помощью водоохладителя. Разбрызгиваемая вода равномерно орошает продукты, пере­двигающиеся на сетчатом транспортере. Длину транспортера и скорость его движения выбирают таким образом, чтобы конечная температура охлаждаемых продуктов была равна t_кон=3...4°С. В среднем расход воды составляет 2 м³ на 1 т продукта.

При охлаждении овощей снегом или льдом применяют установ­ки, в состав которых входит снеговальный агрегат или ледогенератор чешуйчатого льда, бункер с шибером для подачи снега или льда и роликовый конвейер, по которому ящики с продуктом по­ступают к бункеру, откуда с помощью шибера в ящики с овощами засыпается лёд или снег в количестве 40% от массы овощей. За­тем ящики по конвейеру подаются для погрузки в транспорт.

Методы расчета. Продолжительность охлаждения зависит от вида и параметров охлаждающей среды, а также от размеров и теплофизических характеристик охлаждаемых продуктов. Наиболь­шей продолжительностью характеризуются процессы охлаждения продуктов в воздушной среде, наименьшей — процессы вакуумного охлаждения.

Продолжительность охлаждения продуктов, имеющих правиль­ную геометрическую форму или близкую к ней, можно определить с помощью номограмм, выражающих зависимость безразмерной температуры Θ от критериев Био и Фурье для середины пластины, оси цилиндра и центра шара.

Безразмерная температура

Θ=(t_кон - t_c)/(t_нач - t_c)

где t_нач, t_кон — среднеобъемная температура продукта до и после охлаждения, ⁰С; t_с — температура охлаждающей среды, °С.

Критерий Био, характеризующий эффективность теплообмена между поверхностью продукта и охлаждающей средой, рассчиты­вают по уравнению

Bi=αl/λ_пр

где α— коэффициент теплоотдачи от охлаждающей среды к по­верхности продукта, Вт/(м²·К); λ_пр — коэффициент теплопровод­ности продукта, Вт/(м·К); l— половика определяющего разме­ра, м.

Зная относительную температуру Θ и критерий Вi, по номограм­ме (рис. 3.6, а - в) определяют значение критерия Fо. По найден­ному значению Fо определяют продолжительность охлаждения

Τ=Fol²/α_пр,

 

 

Рис. 3.6, а. Номограмма для определения продолжительности охлаждения пла­стины

 

Рис. 3.6, б. Номограмма для определения продолжительности охлаждения цилиндра

 

где τ —продолжительность охлаждения, с; α_пр — коэффициент тем­пературопроводности продукта, м²/с

Коэффициент теплопроводности λ_пр и коэффициент температу­ропроводности α_пр определяют из таблиц теплофизических характеристик продуктов, а коэффициент теплоотдачи αопределяют как сумму коэффициентов, учитывающих теплообмен конвекцией, испа­рением и радиацией.

При охлаждении продуктов воздухом в в жидких средах отвод теплоты от продуктов осуществляется, в основном, конвекцией.

0 1 2 3 5 10 15 F₀

Рис. 3.6, в. Номограмма для определения продолжительности охлаждения шара

 

Отводом теплоты радиацией пренебрегают ввиду его незначительно­сти.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяют из критери­альных зависимостей или уравнений, учитывающих зависимость α_к от скорости движения охлаждающей среды.

При охлаждении продуктов воздухом коэффициент теплоотда­чи конвекцией ориентировочно можно определить по формуле Юргеса

 

α_к=6,16 + 4,19ω (3.1а)

 

или по формуле

α_к=8,5 ω^0,7 (3.1б)

 

где ω —средняя скорость движения воздуха в зоне размещения продукта, м/с.

При охлаждении мясных полутуш воздушными струями, на­правленными сверху вниз, коэффициент теплоотдачи конвекцией можно определить из критериальной зависимости

Nu=0,33Re^0,58 ,

где Nu —критерий Нуссельта (Nu = α_кδ/λ_в); δ -толщина бедрен­ной части полутуши, м; λ_в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К);

 

Re — критерий Рейнольдса (Re = ωδ/ν_в); ν_в - кине­матическая вязкость воздуха, м²/с.

При охлаждении продуктов воздухом необходимо учитывать, что часть теплоты отводится вследствие испарения влаги с их по­верхности, т. е. конвективный теплообмен сочетается с испаритель­ным, причем теплота, отводимая вследствие испарения влаги, мо­жет составлять до 50% от общего количества теплоты в зависимо­сти от температуры воздуха и свойств охлаждаемых продуктов.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией, учитывающий испаре­ние влаги с поверхности продуктов, определяют по формуле

α_ик= α_к (З.1в)

 

где α_ик - коэффициент теплоотдачи, учитывающий конвективный и испарительный теплообмен, Вт/(м²·К); i_п - энтальпия насыщенно­го водяного пара, находящегося на поверхности продукта и имею­щего температуру t_п, кДж/кг; i_в - энтальпия воздуха при задан­ных температуре и относительной влажности, кДж/кг; t_n — темпе­ратура насыщенного водяного пара, находящегося на поверхности продукта, равная средней температуре поверхности, °C; t_м — темпе­ратура воздуха по мокрому термометру при заданной температуре и относительной влажности, °С; с_в - удельная теплоемкость возду­ха, кДж/(кг·К).

Испарение влаги с поверхности продуктов значительно умень­шается при наличии на поверхности естественного защитного слоя (кожного покрова у тушек птицы, жировой ткани у свиных полу­туш, покровного слоя у картофеля, плодов и овощей, чешуи у ры­бы, корочки подсыхания у говяжьих полутуш др.). Для сравне­ния ниже приведены зависимости α_ик при обработке влагосодержащих продуктов, не имеющих защитного покрова и не образую­щих корочки подсыхания в процессе охлаждения, и мясных полу­туш:

при охлаждении влагосодержащих продуктов

α_ик = 13,3 + 6,67ω (З.1г)

при охлаждении мясных полутуш

α_ик =ll + 4,9ω (3.1д)

Зависимость (3.1д) действительна в случае охлаждения мяса от t_нач = 30°С до t_кон =3⁰С при температуре воздуха t_в = 0°С и отно­сительной влажности φ_в = 90%. Зависимость учитывает, что в на­чальной стадии охлаждения испарение влаги происходит как с обычной влажной поверхности, а затем, после образования короч­ки подсыхания, оно значительно уменьшается.

Охлаждение продуктов воздухом с использованием флюидизации характеризуется увеличением коэффициента теплоотдачи и по­верхности теплообмена (коэффициент теплоотдачи для одних и тех же продуктов увеличивается в 3...4 раза по сравнению с коэффи­циентом теплоотдачи при движении воздушного потока над слоем продукта).

 

Это объясняется тем, что при проникании воздуха через слой продукта его скорость у поверхности продукта значительно больше скорости движения в свободном пространстве.

При охлаждении продуктов воздухом с использованием флюидизации коэффициент теплоотдачи конвекцией рассчитывается с учетом средних параметров воздуха в слое продукта:

α_к = λ_в.ср Nu/d,

где λ_в.ср - коэффициент теплопроводности воздуха для средних ус­ловий в слое продукта, Вт/(м·К); d — диаметр (или равновесный диаметр) частиц продукта, м.

При определении Nu для взвешенного слоя рекомендуют следу­ющие формулы:

Nu = 0,62 Re^0,3 при 150<Re<30 000;

Nu=0,032 Re^0,9 при 200<Re<10000.

Определяя критерий Рейнольдса, учитывают скорость движения воздуха над ситом, при этом коэффициент теплоотдачи испарением рассчитывают с учетом α_к:

α_и = α_к 1500 ,

где α_и - коэффициент теплоотдачи испарением, Вт/ (м²·К); Δp_ср.л - средняя логарифмическая разность парциальных давле­ний водяного пара, находящегося на поверхности продукта и в воз­духе, Па; Δt_ср.л.п - средняя логарифмическая разность температур поверхности продукта и воздуха, °С.

Средняя логарифмическая разность парциальных давлений

Δp_ср.л= ,

где Δp₁, Δp₂ — разность парциальных давлений водяного пара, оп­ределяемая по уравнениям Δp₁=p_п – р_в1; Δp₂=p_п – р_в2, где p_п- парциальное давление насыщенного водяного пара, нахо­дящегося на поверхности продукта, Па (определяется по средней температуре поверхности t_п); р_в1, р_в2- парциальное давление во­дяного пара в воздухе под ситом и над слоем продукта, Па.

Средняя логарифмическая разность температур поверхности продукта и воздуха

Δt_ср.л.п= ,

где Δt₁,Δt₂ — разность температур, определяемая по уравнениям:

Δt₁=t_п – t_в1; Δt₂=t_п – t_в2

где t_п - средняя температура поверхности продукта, °С; t_в1, t_в2средняя температура воздуха под ситом и над слоем продукта, °С

 

При небольшой толщине насыпного слоя продукта и разности температур воздуха t_в2 - t_в1 не превышающей 6°С, можно учиты­вать среднюю арифметическую разность температур по формуле

Δt_ср.п=t_п – (t_в1 + t_в2)/2.

При охлаждении продуктов путем погружения их в воду или рассол коэффициент теплоотдачи можно найти с помощью крите­риального уравнения

Nu = O,023Re^0,8Pr^0,43,

где Re - критерий Рейнольдса для условий охлаждения продук­тов в воде или рассоле; Рr - критерий Прандтля, Pr =ν_ω /а_ω — кинематическая вязкость воды или рассола, м²/с; а_ω — коэффици­ент температуропроводности воды или рассола, м²/с.

Критерий Рейнольдса

Re=ω_ωd_э/ ν_ω,

где ω_ω - скорость движения воды или рассола, м/с; d_э - эквива­лентный диаметр продукта, м.

При вакуумном охлаждении продуктов коэффициент теплоотда­чи ориентировочно определяют по формуле

α_и= (3.2)

Ниже приведена формула для определения продолжительности охлаждения продуктов правильной геометрической формы:

τ=А_{ф ,}

где А_ф - эмпирический коэффициент, учитывающий форму продук­та А_ф=1для продуктов в виде пластин; А_ф =0,5 для продуктов в виде цилиндров; А_ф =0,33 для продуктов в виде шара).

Если известен темп охлаждения, то продолжительность про­цесса

τ= ,

где m - темп охлаждения, с^-1; t — текущая температура продукта, °С; τ' — продолжительность стадии неупорядоченного режима ох­лаждения, с.

Темп охлаждения зависит от формы, размеров и теплофизичес­ких характеристик охлаждаемых продуктов, а также от коэффици­ента теплоотдачи. Его определяют опытным путем или рассчитыва­ют по эмпирическим уравнениям. Продолжительность стадии не­упорядоченного режима охлаждения τ' учитывает начальное рас­пределение температуры в продуктах, зависит от тех же парамет­ров, что и темп охлаждения, и определяется также опытным путем или по эмпирическим уравнениям. Для большинства продуктов продолжительность τ' незначительна и

 

поэтому в расчетах не учи­тывается. Например, при охлаждении ягод и косточковых плодов τ' не превышает 0,03 мин.

Количество теплоты, отводимой от продуктов при их охлажде­нии от начальной температуры t_нaчдо конечной заданной t_кон,оп­ределяют с учетом разности температур или разности энтальпий по формуле (2.1) или (2.2).

При охлаждении растительных продуктов необходимо учиты­вать теплоту дыхания

Q_пp=G_пр (i_нач - i_кон) + q _дG_прτ·10^-3,

где Q_np — количество теплоты, отводимой от продукта при его ох­лаждении, кДж; G_пр — масса продукта, кг; i_нач, i_кон - энтальпия продукта при начальной и конечной температуре, кДж/кг; q _д- удельная теплота дыхания, Вт/кг.

Если отвод теплоты от продукта осуществляется конвекцией, то расчет выполняют с помощью формулы (2.7).

Если конвективный теплообмен сочетается с теплообменом ис­парения, то количество отводимой теплоты

Q_пр=Q_к + Q_и=α_кF_пр(t_п-t_c)τ·10^-3 + W_прr_п,

где Q_и - количество теплоты, отводимой испарением, кДж; F_np- площадь поверхности продукта, соприкасающаяся с охлаждающей средой, м²; Q_K - количество теплоты, отводимой конвекцией, кДж; W_пр- количество влаги, испарившейся с поверхности продукта, кг; r_п — скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Количество влаги W_пр, испарившейся с поверхности продуктов при охлаждении их воздухом, определяют с учетом коэффициента массообмена:

W_пр=α_mε_FF_пр(p_пε_н – p_в)τ (3.3)

где а_т - коэффициент массообмена, кг/(м²·с·Па); ε_{F -} коэффи­циент, учитывающий площадь поверхности массообмена; ε_н - по­правочный коэффициент к насыщающей упругости водяного пара, учитывающий вид поверхности (для мяса

ε_н= 0,66).

Количество влаги W_прможно также найти, учитывая коэффици­ент теплоотдачи испарением:

W_пр= . (3.4)

При вакуумном охлаждении теплота от продуктов отводится ис­парением, при этом Q_пр определяется по формуле

Q_пр= Q_и= G_прс_пр(t_нач - t_кон),

где с_пр — удельная теплоемкость продукта, кДж/ (кг·К).

Количество теплоты Q_пр учитывают при определении тепловой нагрузки на компрессор и охлаждающие приборы. При охлажде­нии продуктов в воздушной среде и вакууме дополнительно определяют влажностную нагрузку на охлаждающие приборы, расчет которой выполняют с учетом количества влаги W_пр.

 

Определяя тепловую нагрузку, вначале рассчитывают теплоприток от продукта. Если разность температур охлаждаемого продук­та незначительна, то теплоприток определяют как среднее коли­чество теплоты, отводимой в единицу времени:

Q_nPo= Q_пр/τ= G_прс_пр(t_нач - t_кон) /τ (3.5)

где Q_nPo —, теплоприток от продукта, кВт.

Если разность температур охлаждаемого продукта значительна, например, при охлаждении парного мяса (t_нач = 35...37°С; t_кон = 0...4°С), то теплоприток от продукта определяют с учетом изме­нения его температуры во времени. Для мясных полутуш измене­ние температуры учитывают с помощью уравнения

t_кон=t_в+(t_нач - t_в)е^Аτ/Ф ,

где А- показатель экспоненты, определяемый по формуле

А= ,

где с_пр — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); Ф — фактор формы, учитывающий отличие формы продукта от пластины.

После подстановки t_кон в уравнение (3.5) получаем

Q_nPo= (3.5а)

Подставляя в уравнение (3.5а) вместо τ значения τ', τ " и т. д., характеризующие продолжительность отдельных стадий охлажде­ния (или характеризующие равные промежутки времени), опреде­ляют значения теплопритока Q'_nPo, Q’'_nPoи т. д., учитывающие среднее количество теплоты, отводимой в единицу времени на соот­ветствующих стадиях. Полученные значения дают возможность оп­ределить характер изменения Q_nPo в процессе охлаждения и мак­симальное значение теплопритока, что позволяет более правильно подобрать компрессор и охлаждающие приборы.

Теплоприток Q_nPo является основной составляющей теплового баланса камеры или аппарата для охлаждения продуктов. Тепло­вую нагрузку на охлаждающие приборы определяют по итоговому результату теплового баланса, учитывающего теплопритоки от про­дукта, через ограждающие конструкции и эксплуатационные теплопритоки:

Q_o= Q_np₀ + Q_огр+Q_экс,

где Q_o - тепловая нагрузка на охлаждающие приборы, кВт; Q_oгp - теплопритоки через ограждающие конструкции, кВт; Q_экс- экс­плуатационные теплопритоки (от электродвигателей вентиляторов, конвейеров и аппаратов, при открывании дверей и др.), кВт. По тепловой нагрузке определяют площадь поверхности охлаждаю­щих приборов

 

F_охл= ,

где F_охл - площадь поверхности, м²; k -коэффициент теплопере­дачи, Вт/(м²·К); Δt_ср.л - средняя логарифмическая разность тем­ператур между теплопередающими средами, °С.

По тепловой нагрузке Q_o рассчитывают необходимое количество охлаждающей среды.

При охлаждении продуктов воздухом его количество определя­ют по разности энтальпий:

G_в= Q_o-(i_в1 - i_в2)

где G_B — количество циркулирующего воздуха, кг/с; i_в1, i_в2- эн­тальпия воздуха соответственно на входе и выходе из воздухоохла­дителя, кДж/кг.

При охлаждении продуктов в жидких средах (погружением с применением принудительной циркуляции и орошением) количест­во охлаждающей среды определяют с учетом разности ее темпера­тур:

G_w= ,

где G_w- количество охлаждающей среды, необходимой для обра­ботки продуктов путем погружения или орошения, кг/с; c_w - удельная теплоемкость охлаждающей среды, кДж/(кг·К); t_ω1, t_ω2 - температура охлаждающей среды до и после охлаждения, °С. При испарительном охлаждении продуктов водой ее количество определяют с учетом скрытой теплоты парообразования:

G_ωисп= Q_o/r_п ,

где G_ωисп - количество воды, необходимой при испарительном ох­лаждении, кг/с.

При охлаждении продуктов льдом его количество рассчитывают с учетом скрытой теплоты плавления льда:

G_л= Q_oτ/r_л ,

 

где G_л — необходимое количество льда, кг; r_л — скрытая теплота плавления льда, кДж/кг.

При определении влажностной нагрузки на охлаждающие при­боры рассчитывают влагоприток от продукта. Его рассчитывают как среднее количество влаги, отводимой в единицу времени, если охлаждают продукты, характеризующиеся незначительным испаре­нием влаги с их поверхности (например, карамель):

W_np0=W_пр/τ, (3.6)

 

где W_np0 - влагоприток от продукта, кг/с.

Если охлаждают продукты, характеризующиеся интенсивным испарением влаги в начальной стадии охлаждения (например, пар­ные полутуши), то влагоприток определяют с учетом изменения потерь массы продукта во времени. При известном изменении по­терь влагоприток определяют по формуле

W_np0= (3.6а)

 

где ΔG_нач - потери массы продукта в начальный момент времени, кг.

Если изменения потерь массы не известны, то неравномерность поступлений влаги от продукта определяют с учетом коэффициен­та m_w:

W_np0=W_npm_w/τ,(3.6б)

где m_w —-коэффициент, учитывающий неравномерность потерь мас­сы продукта.

Влагоприток W_nPe является основной составляющей влажностного баланса камеры или аппарата для охлаждения продуктов. Влажностную нагрузку на охлаждающие приборы определяют по итоговому результату влажностного баланса:

W_o= W_np0 + W_экс,

где W_o - влажностная нагрузка на охлаждающие приборы, кг/с; W_экс - эксплуатационные влагопритоки (через щели и проемы в ограждающих конструкциях, при открывании дверей и др.), кг/с.

После определения влажностной нагрузки W_o выполняют расчет тепловлажностной характеристики и коэффициента влаговыпадения.

Тепловлажностную характеристику процесса охлаждения про­дуктов воздухом определяют через отношение количества теплоты и влаги, отводимых за весь период охлаждения, или через отноше­ние тепловой нагрузки к влажностной:

ε_охл=Q_охл/W_охл=Q_o/Wo,

где ε_охл - тепловлажностная характеристика процесса охлажде­ния продуктов воздухом, показывающая, какое количество отводи­мой теплоты приходится на 1 кг испарившейся влаги, кДж/кг; Q_охл - количество теплоты, отводимой за весь период охлаждения, кДж; Q_охл = Q_oτ; W_охл- количество влаги, отводимой за весь пе­риод охлаждения, кг; W_охл= W_oτ.

Тепловлажностная характеристика ε_охл находится в следующей зависимости от коэффициента влаговыпадения:

ξ= ,

где ξ — коэффициент влаговыпадения (энтальпийный коэффициент), характеризующий, во сколько раз полная теплота, отводимая при охлаждении, превышает явную; Q_я — количество явной тепло­ты кДж; Q_с — количество скрытой теплоты, кДж.

 

Коэффициенты ε_охл и ξ позволяют сравнивать относительную величину поступлений влаги при охлаждении различных продук­тов воздухом Чем больше значения ε_охл и меньше значения ξ, темменьшее количество влаги поступает от охлаждаемых продуктов и следовательно, меньше потери их массы.

Относительные потери массы продуктов (усушку) определяют по формуле

ΔG= ,

где G - относительные потери массы (усушка), %.

Если усушка продукта известна, то из последнего уравнения оп­ределяют количество влаги W_пр, испарившейся с поверхности про­дукта за весь период охлаждения (общие потери массы в кг).

 

ЗАМОРАЖИВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

 

Процесс замораживания осуществляется с использованием различных составляющих теплообмена (см. табл. 3.1). В связи с этим ниже изложены принципы технического решения и методы расчета оборудования в порядке, предусмотренном классификацией.

Замораживание с использованием конвективного теплообмена в воздушной среде. Воздух оказался универсальной промежуточной неагрессивной средой для отвода теплоты от продукта. При прину­дительном движении и низких температурах среды обеспечивается необходимая скорость замораживания. Эта среда получила наи­большее распространение. Замораживание производят в устройст­вах камерного типа или в воздушных скороморозильных аппаратах.

Устройства камерного типа. Морозильные устрой­ства камерного типа применяются в мясной промышленности для замораживания мяса в тушах, полутушах, четвертинах (в рыбной для крупных рыб). В зависимости от организации технологического процесса камеры предназначают для одно- и двухфазного замора­живания мяса. Камеры первого типа предназначены для замора­живания мяса в виде туш, полутуш и четвертин немедленно послеубоя и первичной обработки скота, т. е. когда мясо находится впарном состоянии. В камеры двухфазного замораживания направ­ляются туши предварительно охлажденного мяса.

Камеры однофазного замораживания отличаются от камер двухфазного замораживания большей тепловой нагрузкой, что тре­бует большей площади поверхности охлаждающих приборов.

Камеры конструктивно изготовляются тупиковыми (мясо загру­жается и выгружается через общий дверной проем) и проходными (загрузка и выгрузка осуществляется через разные дверные проемы, располагаемые обычно в торцах камеры). Мясо для заморажи­вания располагают на подвесных путях или в стоечных поддонах.

Оборудование с естественным конвективным теплообменом. На действующих предприятиях старой постройки осуществляют замо­раживание пищевых продуктов в камерах с естественной циркуля­цией воздуха, где подвижность воздуха составляет 0,1... 0,15м/с,

 

Рис. 3.7. График продолжительности однофазного замораживания мясных полутуш с толщиной бедра 0,2 м

 

и, в лучшем случае, в камерах с радиационно-конвективной систе­мой охлаждения - 0,2... 0,25 м/с. По этой причине температура воздуха в морозильной камере на разной высоте неодинакова, так при замораживании парного мяса разность температур воз­духа по высоте камеры на уровне бедра и шейной части достигает 5...7°С и более. В результате наиболее толстая (бедренная) часть указывается в зоне наиболее высоких температур, как след­ствие - существенное различие в продолжительности заморажи­вания разных частей туши. В целом время замораживания парных мясных полутуш при естественной скорости движения воздуха ха­рактеризуется графиками изменения температуры в толще мяса от + 38 до — 18°С (рис. 3.7). Графики характеризуют изменение тем­пературы t_ц в толще мяса при ее понижении от +38°С до начала замерзания и при замораживании до конечной температуры, ука­занной на оси ординат. Задаваясь конечной температурой в толще мяса, при известной температуре помещения t_B находят общую продолжительность однофазного замораживания, включая его ох­лаждение от -38°С, или до некоторых промежуточных ее значений в пределах от +38 до -18°С.

Анализ продолжительности процесса однофазного заморажи­вания парных мясных полутуш показывает, что в условиях сниже­ния температуры воздуха на 1° в диапазоне от -15 до -20°С при естественной конвекции сокращается длительность процесса на 2…1,5 ч, в диапазоне от -20 до -25°С – соответственно на 1,5…1,2 ч, а

 

в диапазоне от -25 до

12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: