8.1.2. Физические основы массообмена

В зависимости от вида связи влаги с твердой поверхностью вещества различается и движущая сила процесса массопереноса (потенциал переноса влаги). Так, при первом виде связи адсорбционно связанная влага диффундирует в виде пара и потенциалом переноса обусловлено парциальное давление пара (фильтрационный поток массы). При втором виде связи влага перемещается в виде жидкости или пара и с потенциалом переноса связано осмотическое давление. Капиллярная влага (третий вид связи) перемещается в виде жидкости под влиянием разности концентраций и температцры, поэтому потенциалом переноса создаются перепады влагосодержания и температуры (процесс термовлагопроводности).

Количественной характеристикой процесса массопереноса является удельный поток массы, равный количеству перенесенной массы через единицу поверхности в единицу времени. Удельный поток массы обозначается через q и имеет размерность кг/м²с.

В общем случае при всех трех видах связи удельный поток массы будет равен их сумме:

, (8.2)

где q_me – поток массы за счет влагопроводности; q_mt – поток массы, обусловленный термовлагопроводностью; q_mp - поток массы, переносимый фильтрационным потоком пара.

8.2. Тепловой баланс аппарата и характеристика его составляющих элементов

Тепловые балансы для нестационарного периода разогрева и стационарного (основного) режимов работы аппарата выражаются соответственно уравнениями:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆; (8.3)

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅; (8.4)

Здесь теплота (Q), вносимая в аппарат энергоносителем

Q₁ - полезная теплота, необходимая для осуществления конкретного технологического процесса; Q₂ - потери теплоты с уходящими продуктами сгорания топлива. Данные потери имеют место в аппаратах, использующих нагрев за счет сгорания твер­дого, жидкого или газообразного топлива;

Q₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; Q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; Q₅ - потери теплоты наружными ограждениями аппарата в окружающую среду; Q₆ - потери теплоты на разогрев конструкции аппарата.

При расчетах аппаратов с газовым обог­ревом будут отсутствовать потери теплоты от механической и химической теплоты сгорания топлива Q₃, Q₄ а для аппаратов на паровом и электрическом обогреве - потери теплоты Q₂, Q₃ и Q₄. Количество полезно используемой теплоты является основной характери­стикой уровня совершенства теплового аппарата и определяет величину его коэффици­ента полезного действия:

η = (Q₁/Q) * 100; (8.5)

В зависимости от цели тепловой обработки продуктов основное количество теплоты затрачивается на нагрев продукта и доведение его до определен­ной степени готовности. Как правило, пищевые продукты подвергают тепловой обработке (варке, жарке, пассерованию и др.) в технологических средах: жид­кости (молоко, бульон, вода), жире, соусе и воздухе. В этой связи определенное ко­личество теплоты затрачивается на нагрев технологических сред до требуемой температуры и поддержание ее в течение всего технологического цикла

Расход полезно используемой теплоты при расчете теплового аппарата можно подразделить на три основных составляющих:

- нагрев продукта от его начальной температуры до рациональной темпе­ратуры конкретного процесса и выдерживание продукта при этой температуре;

- нагрев технологической среды от начальной температуры до требуемой в данном технологическом процессе и поддержание этой температуры в тече­нии всего процесса:

- расход теплоты на испарения жидкости из продукта и технологической среды (ΔWr)

Тогда основные уравнения для определения Q₁ в процессах варки продуктов будут иметь вид:

Q₁ = G_пр (t_к – t_н) + G_жс_ж(t_к – t_н) + W_r; (8.6)

где G_пр – масса загружаемых продуктов, кг; - средняя теплоемкость продуктов, кДж/(кг.К); t_к и t_n – соответственно конечная и начальная температуры продуктов, ˚С; G_ж – масса воды или бульона, кг; с_ж – теплоемкость греющей среды, кДж/(кг.К); масса испарившейся жидкости в зависимости от веса загружаемого продукта может составлять 6%: для говядины 37-38: свинины 30-32; баранины 67-74; рыбы 18-20; картофеля 3-31; свеклы 5-38; риса 11-13; гречки 10-14 и макарон 12-13%.