Нагрівання, типи нагрівання, теплообмінні апарати. План

1. Способи нагрівання

2. Нагрівання водяною парою

3. Нагрівання електричним струмом

4. Нагрівання проміжними теплоносіями

5. Типи теплообмінних апаратів.

1. Способи нагрівання.

Нагрівання в харчовій технології та громадському харчуванні широко застосовують для прискорення багатьох гідромеханічних, теплових, масообмінних, хімічних та біохімічних процесів, а також для проведення пастерізації ряду харчових продуктів.

Залежно від температурного режиму та інших умов проведення процесу для кожного з них вибирають такий спосіб нагрівання, що є найбільшим доцільним в технологічному та економічному відношеннях.

Найбільше розповсюдження в харчовій технології одержали такі способи:

• нагрівання прямими джерелами теплоти – димовими газами і електричним струмом;

• проміжними носіями – водяною парою, горячою водою, гарячим повітрям, мінеральними маслами.

При виборі теплоносія враховують його термічну та хімічну стійкість, токсичність, вартість і доступність. Однією з найважливіших характеристик теплоносія є величина коефіцієнту тепловіддачі (табл. 5.2).

2.Нагрівання водяною парою. Водяна пара є найбільш розповсюдженим теплоносієм. Економічним є використання відпрацьованої пари паросилових установок і вторинної пари випарних установок. Частіше використовують насичену водяну пару тиском до 1,2 МПа. Використання пари більшого тиску вимагає складної та дорогої апаратури, що, як правило, економічно не виправдовується. Відповідно до тиску 1,2 МПа нагрівання насиченою водяною парою обмежене температурою = 180°С.

Нагрівання водяною парою має такі переваги: 1) велика кількість теплоти, що виділяється під час її конденсації (2264...2024 кДж/кг з тиском відповідно 0,1... 1,0 МПа); 2) високий коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки - 5... 18 кВт/(м²-К); 3) створюється рівномірний нагрів теплопередаючої поверхні, оскільки пара конденсується за постійної температури; 4) водяна пара дешева, не токсична і пожежобезпечна.

Розрізняють нагрівання гострою, глухою і м'ятою парою.

Під час нагрівання гострою парою водяна пара вводиться безпосередньо в середовище, що нагрівається, і змішується з нею. Цей спосіб застосовується, коли допустиме змішування середовища, що нагрівається, з паровим конденсатом. Уведгння гострої пари здійснюється по трубі 3, через барботери - труби 2, що розташовані біля дна апарату І і обладнані безліччю дрібних отворів (рис. 5.10).

Під час барботерування пара потрапляє в шар рідини і конденсується, віддаючи їй теплоту конденсації. Таке нагрівання визначає найбільш повне використання теплоти, яку містить водяна пара. Наведемо деякі приклади використання гострої пари в харчовій технології:

• парова очистка картоплі та інших коренеплодів;

• обробка водяною парою тістових заготовок під час випікання хліба;

• пароконтактна обробка м'ясопродуктів у виробництві консервів для дитячого харчування;

• варення продуктів у пароварильних апаратах громадського харчування (рис 5.11);

- дезодорація жирів і масел у виробництві харчових жирів. Пароварильна шафа, схему якої наведено на рисунку 5.11, має власний

парогенератор 3 та робочу камеру 2. Корпус 6 камери виконаний із нержавіючої сталі і покритий шаром ізоляції 1. Продукт 7 встановлюється в камері на полці-решітці 5. Нагрівання води в парогенераторі відбувається за допомогою тенів 4.

Технологічними перевагами цих процесів є їхня короткочасність, збереження біологічної цінності, надання готовому продукту реологічних властивостей, що вимагаються, та ін.

Витрати гострої пари О (кг/с) визначають з теплового балансу

де - кількість рідини, що нагрівається, кг/с; - початкова і кінцева температури середовища, що нагрівається,°С; с - середня теплоємність середо­вища, що нагрівається в інтервалі температур , Дж/(кг*К); і - ентальпія гріючої пари, Дж/кг; с_к - теплоємність конденсату, Дж/(кгК); О__в - втрати теплоти в довкілля, Дж.

З рівняння (5.54) витрата пари становить:

Потрібна кількість пари для здійснення інших технологічних операцій обчислюється з відповідних рівнянь теплового балансу, складених з урахуванням всіх процесів, що відбуваються при цьому.

Так, наприклад, потрібна кількість пари, яка конденсується на поверхні тістових заготовок у промислових хлібопекарних печах, визначається виразом

(5.56)

де Б_м - кількість конденсату, яка потрібна для вилучення мучнистості на поверхні; О„ - кількість конденсату, що потрібна для доведення температури поверхні заготовки до температури початку клейстеризації крохмалю (55...60°С); О_кп -кількість пари, що потрібна для проведення повної клейстеризації крохмалю поверхневого шару заготовки (8О...90°С).

Під час нагрівання глухою парою (рис. 5.12) остання надходить у спеціальний простір 1 (оболонку, трубку, змійовик) що відділений від продукту З, який нагрівається, теплообмінною поверхнею (стінкою) 4. У гріючій камері, пара повністю конденсується, і конденсат за допомогою конденсатовідвідника 5 виводиться з теплообмінника.

При нагріванні глухою парою у паровій оболонці апарата накопичуються гази, головним чином повітря, що потрапляє в оболонку разом з парою. Із-за наявності газів в паровому просторі знижується коефіцієнт тепловіддачі від пари, яка

конденсується, до стінки апарату і зростає витрата пари. Нижче представлені приблизні зразки значення а в Вт/(м²-К) для суміші пари з повітрям: чиста пара - 11000; пара, що містить З % повітря - 3400; пара, що містить 6 % повітря -1100.

Тому періодично гази слід виводити з парової оболонки апарату через спеціальний штуцер 2 (рис. 5.12). Це особливо важливо враховувати під час експлуатації харчоварильних котлів, що використовують для процесів варення в громадському харчуванні.

Витрата глухої пари (в кг/с) визначається з теплового балансу процесу нагрівання:

де і_п та і_к - ентальпії відповідно гріючої пари і конденсату, Дж/кг. Інші позначки тут такі ж самі, що і в рівнянні (5.54.).