75. Расчет количества теплоты, отводимой в морозильниках

Теплоту, которую нужно отвести от продукта, чтобы осуществить его замораживание, в холодильной технологии часто называют расходом холода при замораживании. Реальный процесс замораживании продуктов заключается в том, что в морозильное устройство помещают продукт, начальная температура которого выше криоскопической, а конечная - ниже криоскопической в любой его точке. Этот интервал изменения температуры продукта включает охлаждение его от начальной температуры tн до криоскопической tкр и собственно замораживание, характеризуемое льдообразованием, происходящим в области температур от криоскопической до конечной tск. При этом переохлаждением влаги в продукте можно пренебречь. В таком процессе замораживания охлаждение и льдообразование не разделяют во времени. Когда в периферийных слоях уже началось льдообразование, центральные слои еще продолжают охлаждаться. Теплота, отводимая от замораживаемого продукта, выражается формулой:

Q = G[с0(tн – tкр) + LWω + cм(tкр – tск)], (7.3)

где G - масса продукта, кг; с0 - удельная теплоемкость незамороженного продукта, кДж/(кг ∙К); tн, tск,tкр - соответственно среднеобъемная начальная, конечная и криоскопическая температура продукта, oС: L - удельная теплота льдообразования, кДж/кг; W - относительное содержание влаги в продукте в долях единицы; ω - количество вымороженной воды в продукте в долях единицы, которое находится для конечной среднеобъемной температуры tск; см - удельная теплоемкость замороженного продукта в интервале среднеобъемных температур (tкр–tск), кДж/(кг∙К); определяется при среднелогарифмической температуре:

tср.л = (tк – tкр)/ln(tk/tкр). (7.4)

Допуская, что теплоемкость льда не зависит от температуры, можно принять см = с0 – 2,1 Wω. Первое слагаемое в формуле (7.3) выражает теплоту охлаждения продукта до tкр. Второе слагаемое - количество теплоты, выделившееся при кристаллизации влаги. Это слагаемое составляет 70-80 % от Q. Третье слагаемое - теплота, отводимая при понижении температуры замороженного продукта и при одновременно продолжающемся кристаллообразовании. Существует более простая формула вычисления теплоты, отводимой при замораживании.

Q = G(iн – iк), (7.5)

где iн и iк - удельные энтальпии при среднеобъемной начальной и конечной температуре, кДж/кг. Теплота, которою нужно отвести от продукта для его домораживания от начальной температуры t′, лежащей ниже криоскопической, до конечной tкр, выразится следующим образом:

Q = G[LW (ωk - ω′) + cм (t′ – tкр)], (7.6)

где ωk и ω′ - количество вымороженной воды при температурах tк и t′ , которые нужно находить как среднеобъемные.