МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ХАРЧУВАННЯ

Методичні вказівки з дисципліни “холодильна технологія

ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ”

до виконання практичної роботи за темою

"ОХОЛОДЖЕННЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ"

(для студентів денної та заочної форм навчання спеціальності

8.050301 "Товарознавство та комерційна діяльність"

7.050302 "Товарознавство та експертиза в митній справі"

7.050303 "Експертиза товарів та послуг"

Харків – 2001

Мета роботі: Оволодіти методами, які використовуються для розрахунків тривалості охолодження різних харчових продуктів та кількості тепла, яке відводиться під час охолодження харчових продуктів.

Порядок виконання:

1. Оволодіти методом розрахунку тривалості охолодження для тіл правильної геометричної форми (метод номограм). Задача 1.

2. Оволодіти методом розрахунку тривалості охолодження для тіл будь якої геометричної форми (формула Ньютона). Задачі 2 і 3.

3. Оволодіти методом розрахунку, який застосовується для визначення тривалості охолодження напівтуш. Задача 4

4. Оволодіти методами розрахунків кількості тепла, яке віднімається від продуктів під час охолодження. Задачі 1–4.

Контрольні запитання:

1. Які припущення робляться при виводі формул для розрахунку тривалості охолодження харчових продуктів.

2. Що таке зовнішній теплообмін та його характеристики.

3. Що таке внутрішній теплообмін та його характеристики.

4. Дати визначення поняттю просте охолодження.

5. Що таке номограма, як побудовані номограми і які розрахунки можливо виконувати з їх допомогою.

6. Як розраховують коєфіциєнт тепловіддачі α.

7. Розповісти як побудована I-d – діаграма повітря і як використовують її для визначення параметрів повітря.

8. Які параметри визначають за допомогою I-d – діаграма повітря.

9. З якою метою виконуються розрахунки по визначенню кількості тепла, яке відводиться під час охолодження харчових продуктів.

Охолодження харчових продуктів, яке є процесом зниження температури до кріоскопічної або близької до неї , здійснюється в основному повітрям та рідкими середовищами , а також льодом та снігом.

Охолодження супроводжується безперервним зниженням температури матеріалу , звідси і нестаціонарний характер процесу, який зумовлює методи його розрахунку. Тривалість процесу охолодження найчастіше розраховується одним з двох способів.

Перший спосіб заснований на використанні закономірностей регулярного теплового режиму. Цей спосіб застосовується для визначення тривалості охолодження для будь-якої геометричної форми тіла.

Ці закономірності враховують охолодження на тій його стадії, на якої впливом початкових умов на розвиток процесу можливо зневажати. Розглядається процес охолодження, коли t_ср = const , α_ср = const та відсутні внутрішні джерела тепла. Якщо вважати, що температура охолоджуємого тіла не залежить від координати, то тривалість охолодження можна отримати за законом охолодження Ньютона:

(1)

де τ – тривалість охолодження, с;

m_охл – темп охолодження, 1/с;

t – миттєва середньо об'ємна температура продукту ºС;

t_поч – початкова середньо об'ємна температура продукту ºС;

t_ср – температура охолоджуючого середовища, ºС.

Темп охолодження залежить від форми, розміру та теплофізичних характеристик продукту, що охолоджується, а також від коефіцієнту тепловіддачі, який визначається дослідним шляхом або за емпіричними формулами.

Другий спосіб застосовується для визначення тривалості охолодження продуктів правільної геометричної форми. Цей спосіб зображується у вигляді номограм. Номограма – це графічне зображення критеріальної залежності безрозмірної температури від критеріїв Біо та Фурье. Номограма розраховується та будується для кожної геометричної форми окремо. Існують три основних геометричних форми : куля , циліндр та пластина. Критеріальна залежність має такий вигляд :

(2)

де Θ – безрозмірна відносна температура ;

Ві – критерій Бі ;

Fо – критерій Фур'є.

Безрозмірну температуру розраховують за формулою:

(3)

де t_поч – початкова температура продукту, ºС;

t _кін – кінцева температура продукту, ºС;

t_ср – температура середовища, ºС;

Критерій Біо описує умови внутрішнього та зовнішнього теплообміну:

(4)

де R_пр – характерний розмір продукту (половина товщини пластини або

радіус циліндру та кулі), м;

α_пр – коефіцієнт тепловіддачі , Вт/(м² К);

λ_пр – коефіцієнт теплопровідності, Вт/ (м К);

Критерій Фурье – це тимчасовий критерій, який розраховують за формулою:

(5)

де τ – тривалість процесу охолодження, с ;

R_пр – характерний розмір продукту, м;

а_пр = λ_пр /с_прρ_пр коефіцієнт температуропроводності продукту, м²/с;

с_пр – питома теплоємність продукту кДж/(кг К), ρ_пр – густина

продукту, кг/м³; λ_пр – коефіцієнт теплопровідності, Вт/ (м К);

Знаючи число Ві та температуру Θ, по номограмі (дивися додаток 1) знаходять значення числа Fо. По знайденому за допомогою номограми значенню числа Фур'є визначають тривалість охолодження:

(6)

За допомогою номограм можливо рішати як прямі задачі (визначення тривалісті охолодження), так і зворотні задачі (визначення кінцевої середнєоб'ємної температури продукту). Кінцеву середнєоб’ємну температуру продукту визначають за відомими значеннями Ві та Fo. Графічно визначають безрозмірну температуру Θ, а потім за допомогою рівняння (3) визначають кінцеву середнє об'ємну температуру продукту. Номограми дозволяють визначити тривалість охолодження при змінюванні числа Fo в інтервалі від 0 до 30, чого цілком достатньо для більшості харчових продуктів. Розроблені також номограми, що враховують зміну числа Fo в більш широкому діапазоні.

Тривалість охолодження м'ясних напівтуш під час ви користування вимушеної циркуляції повітря визначається за формулою:

(7)

де с_м – питома теплоємність продукту кДж/(кг К);

δ_м – товщина бедерної частини напівтуші, м;

ρ_м – густина продукту, кг/м³;

α_п – приведений коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м² К);

t_поч – початкова температура продукту, ºС;

t_кін – кінцева температура продукту, ºС;

t_ср – температура середовища, ºС;

Для визначення α_п під час охолодження м'ясних напівтуш використовують рівняння:

(8)

де α_к – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/м² К;

I_нас – ентальпія насиченого повітря при середньої температурі поверхні

м'яса, кДж/кг;

I_пов – ентальпія повітря (при t_пов та φ_пов, що задаються), кДж/кг;

t_п – середня температура поверхні м'яса, ºС;

t_в – температура повітря по вологому термометру, ºС;

c_пов – питома теплоємність повітря, кДж/(кг К);

K_п – поправочний коефіцієнт, який враховує турбулентність повітряного

потоку (K_п = 1,74 для вимушеної циркуляції повітря, K_п = 1,856 для

природної ціркуляції повітря).

Ентальпію повітря I_пов, ентальпію насіченого повітря I_пов та температуру повітря по вологому термометру t_в визначають по I-d – діаграмі повітря.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією α_к визначають за допомогою критеріальних рівнянь, які враховують залежність проміж Nu та Re при різних напрямках руху повітря і формі продукту.

Кількість теплоти, яка відводиться від продукту під час холодильної обробки, визначається за формулами:

(9)

(10)

де Q_охл – кількість теплоти, яка відводжується від продукту, кДж;

G_пр – маса продукту, кг;

c_пр – питома теплоємність продукту кДж/(кг К);

t_поч – початкова температура продукту, ºС;

t_кін – кінцева температура продукту, ºС;

i_поч – початкова ентальпія продукту, кДж/кг;

i_кін – кінцева ентальпія продукту, кДж/кг.