4.1.1. Закономерности изменения теплосодержания жировой продукции

Основные принципы расчетов тепло- и массообменных процессов жи-ровых производств в значительной степени связаны с изучением свойств и закономерностей теплосодержания жировых продуктов.

Согласно теоретическим представлениям о термодинамическом состоянии вещества, энтальпия (теплосодержание) зависит от температуры и удельной теплоемкости, которая определяется инструментальными методами. При этом значения энтальпии могут быть определены по формуле

h = dt, (4.3)

где с – удельная теплоемкость исследуемого образца (при Р = const); t и t – температурный диапазон измерения.

Исследованиями установлены значения энтальпии некоторых жировых компонентов [6, 27, 28]. В [6] для молочного жира предложена расчетная формула вида

h_ж = 

 , (4.4)

где h_ж – теплосодержание молочного жира; Т₀ – температура, при которой h_ж = 0; a, b, A_j, B_j – эмпирические коэффициенты; Т_j – температуры максимумов изобарной удельной теплоемкости; j – число учитываемых максимумов теплоемкости.

В работе [60] для определения теплосодержания молочного жира в твердом h и жидком h состояниях предложены следующие расчетные уравнения:

h = (100 + 1,34 t) 10³; (4.5)

h = (214 + 1,87 t + 0,0021 t²) 10³. (4.6)

При определении энтальпии жировых пищевых продуктов, содержащих водную фазу в области температур фазовых переходов, предложено расчет энтальпии производить по формуле [6]

Н = ++ – (4.7)

где с_с, с_ж, с_л – удельные теплоемкости сухих веществ, жира и льда; r – теплота фазового перехода; w – массовая доля вещества в твердой фазе.

Поскольку у жировых компонентов отмечаются температурные участки с полной кристаллизацией, фазовым переходом и полным расплавлением, то значение энтальпии жирового компонента H_ж.к можно рассматривать как сумму трех энтальпийных участков:

H_ж.к = + + (4.8)

где c₀ – собственная удельная теплоемкость жирового компонента до фазового перехода; t₁ – температура начала измерения; t₂ – температура начала фазового перехода; t₃ – температура окончания фазового перехода; t₄ – температура окончания измерения; с_эф – эффективная удельная теплоемкость; с_к – собственная удельная теплоемкость после окончания фазового пе-рехода.

Энтальпия фазового перехода жирового компонента

H_ф.п = (4.9)

Результаты определения энтальпии для всего диапазона фазового перехода жировых компонентов приведены в [9] с учетом ранее установленных температурных границ процесса кристаллизации (см. табл. 4.2).

4.1.2. Теплота фазовых переходов в процессах кристаллизации жировой продукции

Для определения теплоты фазовых переходов жировых продуктов использованы результаты исследований эффективной удельной теплоемкости для всего температурного диапазона процесса кристаллизации [9].

Эндотермический эффект, определяющий теплоту кристаллизации, графически представляет собой площадь кривой, ограниченной кривыми значений эффективной удельной теплоемкости и истинной теплоемкости (рис. 4.5). Таким образом, вычисление теплоты фазового перехода сводится к измерению площади пика, соответствующего процессу кристаллизации, характерной для меняющихся в определенных пределах физико-хими-ческих свойств жировых продуктов в зависимости от особенностей и условий производства сырья. По площади пика можно судить о величине теплоты кристаллизации соответствующего фазового перехода.

Рис. 4.5. Эндотермический эффект фазового перехода вещества

Исходя из вышесказанного теплота кристаллизации

L_ф = H_ф.п – H_ист.т, (4.10)

где H_ист.т – энтальпия от собственной (истинной) теплоемкости жирового продукта в диапазоне фазового перехода, кДж/кг.

В табл. 4.6 приводятся расчетные данные энтальпии жирового сырья для диапазонов фазовых переходов по значениям эффективной и собственной удельной теплоемкости и теплоты фазового перехода.

Таблица 4.6

Жировой компонент (Тпл / Тв)	Энтальпия, кДж/кг		Теплота фазового перехода Lф, кДж/кг
	эффективной теплоемкости Hф.п	собственной теплоемкости Hист.т
Саломас, марка 1: (31/230) (36/450) (40/380) (37/200) Переэтерифицированный жир: марка 1, рец. 1 (35/110) марка 2, рец. 1 (33/50) Кокосовое масло (24/350) Пальмовое масло (35/110) Пальмовый стеарин (49/500) Жир говяжий топленый (47/ > 650) Жир свиной топленый (46/280)	313,80 288,08 315,16 312,44 312,67 300,77 234,79 343,78 437,54 345,28 318,18	181,45 172,81 195,62 181,90 196,42 208,09 86,10 214,83 226,57 201,48 189,18	132,14 115,27 119,54 130,54 116,25 92,58 148,70 128,95 210,97 143,80 129,00

Отклонения значений теплоты кристаллизации жиров и масел находятся в пределах от –3,2 до +20,8 %, что связано с особенностями используемого сырья и условиями его технологической обработки.