56. Теплообмінні апарати: види, галузь застосування, їх порівняльна оцінка.

За принципом роботи теплообмінники поділяються на поверхневі (рекуперативні та регенеративні) та контактні. У рекуперативних апаратах теплоносії рухаються одночасно, а теплообмін відбувається через поверхню теплообміну, що їх розділяє. Саме рекуперативні теплообмінники найбільше поширені в харчовій промисловості. У регенеративних теплообмінних апаратах поверхня теплообміну почергово омивається грійним теплоносієм та нагріваним теплоносієм. Поверхнею теплообміну в регенеративних апаратах служить теплоакумулювальна насадка.

У контактних теплообмінниках передавання теплоти між теплоносіями здійснюється при їх безпосередньому контакті. Контактні теплообмінні апарати, в свою чергу, поділяються на змішувальні та барботажні. В апаратах змішувального типу теплоносії змішуються. У барботажних апаратах один з теплоносіїв рухається через об’єм другого, не змішуючись.

За видом теплоносіїв теплообмінники бувають такі: рідина—рідина, пара-рідина, газ-рідина, пара-пара, пара—газ, газ-газ.

Залежно від зміни агрегатного стану теплообмінні апарати поділяються на: без зміни фазового стану, зі зміною фазового стану одного теплоносія, зі зміною фазового стану обох теплоносіїв.

Класифікувати теплообмінні апарати можна також за технологічним призначенням. Залежно від нього теплообмінники поділяють на підігрівники, охолодники, випарники, конденсатори, тощо.

За призначенням теплообмінні апарати ділять на:

• теплообмінники (Т) - нагрівання та охолодження різних середовищ;

• холодильники (Х) - охолодження газоподібних і рідких середовищ за допомогою холодоагентів;

• конденсатори (К) - конденсація та охолодження пароподібні середовищ холодоагентами;

• випарники (І) - нагрівання і випаровування рідких різних засобів.

 По конструкції розрізняють:

• апарати з нерухомими трубними гратами (тип Н) мають підвищену теплової ефективністю і використовуються для комплектування установок в нафтопереробній, газовій та хімічній промисловості;

• апарати з температурним компенсатором на кожусі (тип К) витримують низький тиск всередині труб і невелику трансформацію теплообмінника (до 15 мм), застосовуються в середовищах при різниці температур труб і кожуха не більше 70 ° С;

• апарати з плаваючою головкою (тип П) витримують сильні трансформації, підходять для забруднених середовищ при великих різницях температур труб і кожуха;

• апарати з U-подібними трубами (тип У) призначені для чистих середовищ, можуть експлуатуватися при великих температурних різницях між трубами і кожухом.

По розташуванню теплообмінники бувають горизонтальними і вертикальними.

По компонуванні - одинарні і здвоєні теплообмінні апарати.

По числу ходів у трубному просторі:

• одноходові теплообмінники - теплоносії при переміщенні рухаються в одному напрямку;

• багатоходові - теплоносії змінюють свій напрямок за допомогою додаткових перегородок, завдяки чому збільшується ефективність роботи всього теплообмінника.

57. Способи теплового оброблення та нагрівання харчових продуктів.

При тепловій обробці змінюються структурно-механічні, фізико-хімічні та органолептичні властивості продукту, що визначають ступінь кулінарної готовності. Нагрівання викликає в продукті зміни білків, жирів, вуглеводів, вітамінів і мінеральних речовин.

Основними прийомами теплової обробки харчових продуктів є варіння і смаження, застосовувані як самостійні процеси, так і в різних комбінаціях. Кожен з прийомів має кілька різновидів (варіння в середовищі пара, смаження у фритюрі і т.д.). Для реалізації цих прийомів в тепловому обладнанні використовують різні способи нагріву продуктів:

• поверхневий,

• об'ємний,

• комбінований.

При всіх способах нагріву харчових продуктів зовнішній теплообмін супроводжується массопереносом, в результаті якого частина вологи продуктів переходить у зовнішнє середовище. При тепловій обробці продуктів в рідких середовищах разом з вологою також втрачається частина сухих речовин.

Практично всі харчові продукти є капілярно-пористими тілами, в капілярах яких рідина утримується силами поверхневого натягу. При нагріванні продуктів ця рідина починає мігрувати (переміщатися) від нагрітих шарів до більш холодним.

При смаженні продуктів волога з поверхневих шарів частково випаровується, а частково переміщується вглиб до більш холодних ділянок, що призводить до утворення сухої скоринки, в якій відбувається термічний розпад органічних речовин (при температурі понад 100 °С). Чим швидше нагрівається поверхня, тим інтенсивніше відбувається перенесення тепла і вологи і тим швидше утворюється поверхнева кірочка.

Поверхневий нагрів продукту здійснюється теплопровідністю і конвекцією при підводі теплоти до центру продукту через його зовнішню поверхню. При цьому нагрів центральної частини продукту і доведення його до кулінарної готовності відбуваються в основному за рахунок теплопровідності.

Інтенсивність теплообміну залежить від геометричної форми, розмірів і фізичних параметрів оброблюваного продукту, режиму руху (продукту і середовища), температури і фізичних параметрів гріючого середовища. Тривалість процесу теплової обробки при поверхневому нагріванні обумовлена ​​низькою теплопровідністю більшості харчових продуктів.

Об'ємний спосіб підведення тепла до оброблюваного продукту реалізується в апаратах з інфрачервоним (ІЧ), надвисокочастотним (НВЧ), електроконтактним (ЕК) і індукційним нагрівом.

Інфрачервоне випромінювання перетвориться в обсязі оброблюваного продукту в теплоту без безпосереднього контакту між джерелом ІЧ-енергії (генератором) і самим виробом. Носіями ІЧ-енергії є електромагнітні коливання змінного електромагнітного поля, що у продукті.

Інфрачервона енергія в оброблюваному продукті утворюється при переході електронів з одних енергетичних рівнів на інші, а також при коливальному і обертальному рухах атомів і молекул. Переходи електронів, рух атомів і молекул відбуваються при будь-якій температурі, але з її підвищенням інтенсивність ІЧ-випромінювання збільшується.

СВЧ-нагрівання харчових продуктів здійснюється за рахунок перетворення енергії змінного електромагнітного поля надвисокої частоти в теплову енергію, що генерується по всьому об'єму продукту. СВЧ-поле здатне проникати в оброблюваний продукт на значну глибину і здійснювати його об'ємний нагрів незалежно від теплопровідності, тобто застосовуватися для продуктів з різною вологістю. Висока швидкість і високий коефіцієнт корисної дії нагріву роблять його одним з найбільш ефективних способів доведення харчових продуктів до кулінарної готовності.

Електроконтактний нагрів забезпечує швидке підвищення температури продукту по всьому об'єму до необхідної величини за 15-60 с за рахунок пропускання через нього електричного струму. Спосіб застосовується в харчовій промисловості для прогрівання тестових заготовок при випічці хліба, при бланшуванні м'ясопродуктів. Продукція, яку піддають нагріванню, розташовується між електричними контактами. Зазори між поверхнею продукції і контактів можуть викликати «опік» поверхні.

Індукційний нагрів застосовується в сучасних індукційних побутових плитах і на підприємствах громадського харчування. Індукційний нагрів струмопровідних матеріалів, до яких належить більшість металів для наплитного посуду, виникає при їх приміщенні під зовнішнє змінне магнітне поле, створюване індуктором. Індуктор, встановлений під настилом плити, створює вихрові струми, замикаються в обсязі посуду. Продукт обробляють у спеціальному металевому наплитному посуді, яка нагрівається практично миттєво через спрямованої дії електромагнітного поля. При цьому втрати тепла в навколишнє середовище зведені до мінімуму, що скорочує витрати енергії на приготування страви в порівнянні з звичайної електричної плитою на 40%. У таких теплових апаратах настил плити, як правило, виготовляється з керамічних матеріалів і при тепловій обробці залишається практично холодним.

Комбіновані способи нагріву харчових продуктів - це послідовний або паралельний нагрів продукції декількома з відомих способів з метою скорочення часу теплової обробки, підвищення якості кінцевого продукту та ефективності технологічного процесу. Так, комбінована теплова обробка продуктів в СВЧ-поле і ІЧ-променями дозволяє реалізувати переваги обох способів нагрівання і отримувати вироби з підсмаженою хрусткою скоринкою.