7.1. Технологічне встаткування для ведення теплообмінних процесів

Незважаючи на розмаїтість харчових середовищ і встаткування для ведення теплових процесів загальним для них є передача теплоти від середовища з більше високою температурою до середовища з меншою температурою прямим контактом або через теплопередавальну стінку. У загальному випадку передача теплоти здійснюється теплопровідністю, конвекцією й тепловим випромінюванням.

Теплопровідність - передача теплоти при безпосередньому контакті тіл з різною температурою.

Конвекція - передача теплоти в рідких і газових середовищах за рахунок переміщення середовища.

Теплове випромінювання - явище переносу (передачі) теплоти у вигляді електромагнітних хвиль із взаємним перетворенням теплової енергії у випромінювання й навпаки.

У природі в чистому виді окремі способи передачі теплоти зустрічаються рідко. У більшості випадків один спосіб теплообміну супроводжується іншим.

Кількість теплоти d, передані теплопровідністю, відповідно до закону Фур'є, пропорційно градієнту температури dt/dn, часу dτ і площі перетину d

,

де λ - коефіцієнт теплопровідності, виражає кількість теплоти, передана за одиницю часу, через одиницю поверхні при градієнті температур один градус на один метр довжини нормалі до ізотермічної поверхні, квт/(м·К).

Кількість теплоти, що віддає конвекцією поверхнею нагрівання t₁ середовищу t₂ розраховується за законом тепловіддачі Ньютона:

,

де α - коефіцієнт тепловіддачі, характеризує інтенсивність конвективного теплообміну й показує кількість теплоти, передана від одиниці поверхні нагрівання в навколишнє середовище або навпаки в одиницю часу при різниці температур один градус, (квт/(м²·К).

Закономірності теплового випромінювання (радіації) описуються законами Стефана – Больцмана, Кірхгофа й Ламберта. Закон Стефана – Больцмана встановлює залежність між випромінювальною здатністю тіла E, кількістю енергії Q, випромінюваної тілом площею поверхні F за одиницю часу.

При цьому кількість випромінюваної енергії залежить від довжини хвилі й температури. Інтенсивність теплового випромінювання зростає з підвищенням температури тел. При температурі вище 600 ?C теплообмін між твердими тілами здійснюється переважно випромінюванням.

Зв'язок між випромінювальною здатністю E₀ (Вт/м²) і температурою абсолютно чорного тіла T (ДО) виражається залежністю

де σ₀ – постійна випромінювання абсолютно чорного тіла, σ₀ = 5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴).

За законом Кірхгофа відношення випромінювальної здатності будь-якого тіла E_i до його краще поглинальної здатності A_i при тій же температурі є величиною постійної, рівної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла:

.

Закон Ламберта виражає зміна інтенсивності випромінювання по різних напрямках E_φ і записується у вигляді:

Вт/м²

де E_n – максимальне випромінювання в напрямку нормалі до поверхні, Вт/м².

φ - кут випромінювання до нормалі поверхні випромінювання.

Залежно від характеру й мети технологічного процесу теплова обробка харчових продуктів повинна забезпечити: темперування тобто підтримку процесу на заданому рівні, нагрівання або охолодження продукту, згущення рідких розчинів, розчинення твердих речовин, конденсацію пар і т.д.