1.3 Особливості процесу теплообміну в апаратах для нагрівання та охолодження продукції

За особливостями реалізації технологічного процесу нагрівання (охолод­жен­ня) можна відзначити теплообмін у сорочкових, кожухотрубних та заглибних апа­ратах, що реалізується в умовах без зовнішнього масообміну або із зовнішньою дифузією.

У сорочкових теплообмінниках теплоагент (холодоагент) розташовується в спе­ціаль­них замкнених оболонках – сорочках та переміщується в ній або самовільно, або примусово за допомогою спеціальної мішалки. Теплообмін при цьому здійснюється завдяки конвекції та теплопровідності.

У кожухотрубних апаратах теплообмін відбувається в трубному та між­трубному просторах. У трубному просторі тепловіддача здійснюється примусово в ламі­нарному або турбулентному режимах. У міжтрубному режимі при паро­вому обігрі­ванні має місце конденсація на вертикальній поверхні або із-зовні горизон­тальних труб. У разі рідинного обігрівання або охолодження просте­жу­ється поздовжнє, поперечне або змішане обтікання теплоносієм (холодо­агентом) пучка труб (залежно від системи міжтрубних перетинок).

У заглибних теплообмінниках всередині труб при паровому обігріванні має міс­це конденсація, а при використанні рідинного робочого середовища – примусовий рух теплоносія (холодоагента) в різних режимах тепловіддачі з можливими різкими поворотами потоку (в апаратах зі змійовиком). Усередині труб відбувається або вільна конвекція, або примусовий рух теплоагента (холо­доагента) під дією мішалок.

Низка переробних процесів здійснюється в апаратах без поверхні тепло­від­дачі, що розділяє середовища, які приймають участь у теплообміні. При цьому процеси тепломасоперенесення відбуваються під час безпосереднього контакту теплоносія (холодоагента) та маси продукції. До числа процесів такої контактної обробки можна віднести стерилізацію консервів, нагрівання фаршу, що перемі­щується в трубі (процеси без зовнішнього масообміну); обжарювання, вар­ку, копчення харчової продукції, шпарку, опалювання туш тваринницької продукції, охолодження жирової сировини (процеси із зовнішнім масообміном) тощо.

При реалізації процесу нагрівання продукції використовується паровий або рідинний теплоносій. При паровому обігріванні найбільш розповсюджені насичена або перегріта водяна пара. У змішувальних апаратах пара, як пра­вило, барботується в рідину, а в поверхневих – пара конденсується на поверхні на­грі­­вання та конденсат видаляється окремо від продукта за допомогою спе­ціальних пристроїв. Останній спосіб не допускає контакту теплоносія з про­дук­том, характеризується легкістю транспортування та регулювання параметрів робочого режиму, високою інтен­сивністю тепловіддачі. При цьому можливе кількаразове використання пари, коли вода, що випаровується з продукції, спрямовується у вигляді гріючої пари в інші теплообмінні апарати.

1.4 Особливості процесу штучного охолодження продукції

Охолодження – це процес відведення теплоти від тіл та передачі її іншим тілам або в навколишнє середовище. При цьому теплоту, відведену від тіла в про­цесі штучного охолодження, називають холодом. Для реалізації цього техно­ло­гіч­ного процесу ви­ко­ристовують помірно-низькі температури (Т = 273…120 К), криогенні (Т = 120…0,5 К) та наднизькі (Т = 0,5…0 К). При цьо­му чим нижча температура, тим більші витрати енергії та матеріалів необ­хідні для отримання холоду.

Речовина, що використовується для передачі теплоти від об’єкта, який охо­лод­жується, до робочого тіла (тобто холодоагента), називається холодоносієм. В якості останнього застосовуються здебільшого рідини, що мають низькі температури твер­діння. Так, наприклад, водний розчин пропіленгліколя, що слугує для безпосереднього замо­рожування харчових продуктів, не володіє запахом, не викликає корозію металів та має температуру твердіння  5…52 °С залежно від концентрації пропі­ленг­ліко­ля; розчин NaCl використовується до температури  16 °С, розчин етиленгліколя (HOCH₂CH₂OH)  до – 65 °С, розчин CaCl₂  до  50 °С, розчин фреона R-11 (CFCl₃)  до  90… 100 °С.

Процес отримання холоду можна реалізувати в таких режимах:

– криостатирування, який полягає у підтриманні об’єкта в межах за­да­ного інтервалу низьких температур та здійснюється у робочій ємності, що нази­вається криостатом (при Т < 120 К) або холодильною камерою (при Т > 120 К);

– охолодження, коли відведення теплоти від об’єкта здійснюється в стаціо­нарних неізотермічних умовах;

– захолоджування, при якому відведення теплоти від об’єкта відбу­вається в нестаціонарних умовах з метою зниження його температури до заданої.