Глава. 13. Тепло- и массообменные процессы в холодильной технологии

13.1 Тепловой расчет процесса охлаждения

Задача: расчет количества теплоты, отводимой от продуктов в процессе охлаждения и определение продолжительности процесса охлаждения.

Продолжительность охлаждения зависит от вида и параметров охлаждающей среды, размеров и теплофизических характеристик охлаждающих процессов.

Продолжительность охлаждения процессов, имеющих правильную геометрическую форму или близкую к ней, определяют пользуясь монограммами, выражающими зависимость безразмерной температуры от критериев Фурье и Био для середины пластины, от цилиндра и центра шара.

t, t_н – соответственно секущая и начальная температура продукта, ⁰С;

t_с – температура охлаждающей среды, ⁰С.

Критерий Био, характеризующий эффективность теплообмена поверхности продукта с охлаждающей средой.

α = 1,16(5,3 + 3,6) ω.

ω – скорость движения воздуха;

λ – из таблицы;

По полученным значениям θ и Bi из монограммы определяют точку пересечения соответствующих прямых. Из полученной точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс и находят значение критерия Фурье, характеризующие безразмерное время:

а – коэффициент температуропроводности;

τ – время;

l – половина толщины продукта.

а – (берут из таблиц теплофизических характеристик продукта или по формуле)

В приближенных значениях его можно принять равной 1,25·10^-7 м²/с.

Количество теплоты, отводимой при охлаждении:

Q = Gc(t_н – t)

Q = G(h_н – h)

13.2 Тепловой расчет процесса замораживания

В задачу теплового расчета процесса замерзания входит определение продолжительности замерзания и количества теплоты, отводимой от продукта.

При тепловых расчетах замораживания задаются начальной и конечной температурами продукта.

Конечная температура замораживания практически не бывает одинаковой во всех точках продукта в конце процесса, поэтому берут средние температуры продукта за процесс.

Конечная температура зависит от размеров, теплофизических свойств, а также температуры теплоотводящей среды. Она может быть рассчитана по формулам Алямовским для тел различной формы:

пластины

цилиндра

шара .

Для соблюдения постоянства температурного режима в камере хранения при внесении в неё продуктов сразу после замораживания необходимо, чтобы t_с.к. продукта после замораживания была равна температуре воздуха в камере хранения. Её можно рассчитать по формуле:

t_ц = 2t_с.к.(Bi + 1) -

t_с – температура теплоотводящей среды.

- при средней температуре замерзания.

Продолжительность замерзания – время, необходимое для конечной температуры продукта от начальной до заданной. Она зависит от свойств продукта, толщины, формы, начальной и конечной температур замерзания, температуры и свойств охлаждающей среды.

Продолжительность замерзания: (по формуле Планка)

q₃ – постоянная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от заданной начальной температуры и заданной средней конечной, кДж/кг.

q₃ = h_н –h_с.к..

h_с.к. – средне конечная энтальпия продукта;

h_н – начальная энтальпия продукта;

j – плотность замороженного продукта;

l – толщина продукта, м;

t_к – начальная криоскопическая температура продукта;

t_с – температура теплоотводимой среды;

α – коэффициент теплоотдачи;

А – коэффициент зависящий от формы замораживания продукта (А = 2- для пластины, А = 4 – цилиндра, А = 6 – шар).

Для упаковочных продуктов:

R и Р – коэффициенты, значение которых зависит от соотношения размеров тела и направления тепловых потоков;

- сумма тепловых сопротивлений слоев упаковки, .

Количество теплоты, отводимой от продуктов:

Q_м = G(c₀(t_н –t_кр)+r·W·ω + c_л(t_кр –t_с.к.))

c₀ – удельная теплоемкость продукта при температуре выше начальной криоскопической, Дж/кг·К;

t_кр – начальная криоскопическая температура;

r – скрытая теплота замерзания воды, Дж/кг;

W – относительная содержание воды в продукте;

ω – количество замороженной воды при средне конечной температуре;

t_с.к. – средне конечная температура продукта.

Количество теплоты, при его домораживании:

Q_л = G(r·W(ω₂ – ω₁)+c_м · (t_кр –t_с.к.)).

ω₂ и ω₁ – количество вымороженной воды при температурах t_с.к. и t_кр;

t_кр – начальная температура продукта, поступающая на домораживании (определяется как среднеобъемная)

с_м – удельная теплоемкость продукта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.- М.: Высшая школа, 1980. – 552 с.

2. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов. Учеб. пособие для втузов. – М.: Высшая школа, 1975. – 264 с.

3. Арнольд Л.В. и др. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1979. – 446 с.

4. Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели. – Л.: Машиностроение, 1973. – 446 с.

5. Болгарский А.В. и др. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1975. – 495 с.

6. Данилов А.М. Холодильная технология пищевых продуктов. Издательское объединение «Вища школа», 1974. – 256 с.

7. Ионов А.Г. и др. Определение конечной температуры в замороженных пищевых продуктов. «Холодильная техника, 1971, №11».

8. Кудинов В.А. и др. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 2001. – 261 с.

9. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – 469 с.

10. Применение холода в пищевой промышленности (холод в рыбной и пищевой промышленности). Справочник/Под ред. А.В. Быкова. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 152 с.

11. Применение холода в пищевой промышленности (микробиология холодильного хранения, холод в мясной и молочной промышленности). Справочник/Под ред. А.В. Быкова. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 272 с.

12. Стрельцов А.Н. и др. Холодильное оборудование предприятий торговли и общественного питания: Учебник для нач.проф.образования. – М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с.

13. Теплотехника: Учебник/Под ред. А.П. Баскакова, - 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

14. Теплотехника/ Под ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 426 с.

15. Физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов: Учебное пособие/Под ред. Э.И. Каухчешвили. – М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с.

16. Холодильная техника и технология: Учебник/Под ред. А.В. Руцкого. – М.: ИНФРА-М, 2000. – 286 с.

17. Холодильная техника/Под ред. В.Ф. Лебедева. – М.: Агропромиздат, 1986. – 335 с.

18. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 272 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

1.5 Внутренняя энергия. Энтальпия 13

1.16 Т-s диаграмма воды и водяного пара 26

1.18 Таблицы воды и водяного пара в состоянии насыщения 28

2.1 Сжатие газов и паров 36

3.1 Цикл воздушной холодильной машины 42

7.3 Вспомогательное аппаратура холодильных машин 66

12.4 Хранение пищевых продуктов в охлажденном состоянии 93

13.2 Тепловой расчет процесса замораживания 97

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Лифенцева Людмила Владимировна