9 Факторы, влияющие на выбор режима охлаждения пищевых продуктов
Процесс охлаждения нужно осуществлять как можно быстрее, так как это обеспечивает наиболее эффективное торможение всех изменений, которые сокращают продолжительность хранения и могут нанести ущерб качеству продуктов.
Ускорить процесс можно различными способами.
Выбирая среду с лучшими теплофизическими свойствами. Охлаждать продукты можно в воздухе, в жидкостях (воде, морской воде, слабых солевых растворах), в водном льде. Из перечисленных сред наибольшую теплоемкость имеет вода. Теплоотдача к воде в десятки раз больше, чем к воздуху. Т.о., интенсифицировать процесс можно, используя жидкие охлаждающие среды.
Понижая температуру охлаждающей среды. Понижение температуры среды ограничено возможностью подмораживания или замораживания продукта. В связи с этим, температура среды должна быть не ниже криоскопической температуры продукта. При использовании воды понижение температуры возможно лишь до температуры ее замерзания.
Увеличивая скорость движения среды. Чем выше скорость движения охлаждающей среды, тем лучше теплоотдача от поверхности продукта к среде. Для создания движения необходимы специальные устройства, на привод которых необходимы затраты электроэнергии. Т.о., использование этого фактора для интенсификации процесса ограничено экономическими показателями. Поэтому скорость движения воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов обычно составляет 1÷3 м/с.
При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха на качество и потери продукта влияет относительная влажность. Относительная влажность воздуха влияет на усушку продукта: чем она выше, тем меньше усушка. Однако специальных увлажняющих устройств в камерах охлаждения пищевых продуктов не предусматривают. Во-первых, процессы холодильной обработки по сравнению с холодильным хранением непродолжительны, и усушка за время охлаждения не имеет большой величины. Во-вторых, увлажнение воздуха способствует развитию и размножению микроорганизмов, которых на поверхности охлажденных продуктов достаточное количество. Относительная влажность воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов самоустанавливается за счет испарения влаги с поверхности продукта и конденсации ее на поверхности охлаждающих приборов на уровне 85÷90%.
Использование упаковочной тары защищает продукт от неблагоприятного воздействия охлаждающей среды, уменьшает усушку продукта. При выборе способа укладки также учитывают экономические показатели. Вместимость камеры охлаждения должна быть как можно больше, занимаемая ими площадь – как можно меньше.
Укладывать в штабеля не допускается. Охл в подвешанном состоянии или поштучно.
10 Тепловой расчет процесса охлаждения
В задачу теплового расчета входят определение продолжительности процесса и количества теплоты, отводимой в процессе. Определение продолжительности процесса охлаждения На продолжительность охлаждения пищевых продуктов влияет большое количество переменных величин: внутренняя неоднородность, сложность стереометрической формы, некоторое изменение теплофизических свойств продуктов, а также экзотермичность биохимических процессов в продукте, испарение влаги с незащищенной поверхности, колебания температуры охлаждающей среды и пр. Поэтому в холодильной технологии для упрощения теплофизических расчетов процесса вводят эмпирические либо полуэмпирические коррективы, а также пользуются решениями для тел так называемого «простого» охлаждения. Это понятие включает определенные условия:
– в охлаждаемом теле не должно быть внутренних источников теплоты;
– теплофизические свойства тела не должны меняться во время его охлаждения;
– температура охлаждающей среды и коэффициент теплоотдачи на поверхности тела обязательно постоянны.
Д
ля
«простого» охлаждения применим закон
регулярного теплового режима, который
гласит, что в любой точке охлаждаемого
тела скорость охлаждения пропорциональна
разности температур этой точки и
охлаждающей среды:
Проинтегрировав
выражение и решив его относительно ох,
получим
выражение
где
m
–
темп охлаждения, с -1.
Темп охлаждения – характеристика
быстроты процесса. Определяется опытным
путем или по эмпирическим формулам,
зависит от формы, размеров,
температуропроводности продукта.
tнач – начальная температура продукта, оС; tкон – конечная температура продукта, оС; tср – температура охлаждающей среды, оС.
Довольно простое математическое выражение для определения продолжительности процесса охлаждения пищевых продуктов различной стереометрической формы, предложено А. Фикиином:
,
где
Аф
– эмпирический множитель, зависящий
от формы продукта, (Аф=1
для продуктов в форме пластины, Аф
= 0,5 для продуктов в форме цилиндра, Аф
= 0,33 для продуктов в форме шара);
пр – характерный размер продукта (толщина пластины или диаметр шара, цилиндра), м;
aпр – коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; Bi – критерий Био. Число Био находится по формуле: Bi=п пр / (2пр), где пр – коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(мК); п – коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта, Вт/(м2К)
Коэффициент теплоотдачи п, Вт/(м2.К) при конвективном охлаждении воздухом можно определить по формуле Юргеса: п = к = ( 5,3+3,6 vв )1,163, где vв– скорость движения воздуха, м/с. Определение количества теплоты, отводимой от продукта в процессе охлаждения Количество теплоты Q, кДж, отведенное в процессе охлаждения Q=Qк+Qи+Qр,
где Qк,Qи,Qр – теплота, отведенная конвективным, испарительным и радиационным теплообменом, соответственно, кДж.
Большая часть теплоты отводится конвекцией Qк=Спр·Gпр·(tнач-tкон), где Спр – удельная теплоемкость продукта, зависит от температуры, но при температурах выше криоскопической ее изменение незначительно, кДж/(кг·К); Gпр – масса продукта, кг.
Более точно можно рассчитать Qк через энтальпию, т.к. удельная теплоёмкость продукта зависит от температуры, хотя при температурах выше криоскопической её изменение незначительно: Qк=Gпр·(hнач-hкон), где hнач ,hкон – энтальпии продукта, соответствующие начальной и конечной температурам продукта, соответственно, кДж/кг.
С учетом испарения и внутренних тепловыделений: Q=Gпр·(hнач-hкон)+Wисп·rп+Gпр·g·охл,
где Wисп – количество влаги, испарившейся с поверхности продукта (абсолютная усушка), кг; rп – скрытая теплота парообразования, кДж/кг; g – внутренние тепловыделения единицы массы продукта в единицу времени, кВт/кг;
Потерю массы пищевого продукта вследствие испарения влаги с его поверхности называют усушкой. Усушка обусловлена наличием разности температур, а следовательно и разности парциальных давлений водяного пара над поверхностью продукта рп и в воздухе холодильной камеры рв, Па, и может быть рассчитана по формуле Wисп = испFпр(р˝п - рв) ох 101,325 / рб, где исп – коэффициент испарения, кг/(м2сПа); Fпр – площадь поверхности, участвующая в массообмене, м2; р˝п, рв – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре поверхности продукта и парциальное давление водяного пара в окружающем воздухе, соответственно, Па; 101,325 – нормальное атмосферное давление, кПа;
рб – текущее атмосферное давление, кПа. Коэффициент испарения исп при перпендикулярном к поверхности охлаждения направлении воздушного потока определяется по формуле исп=(0,79+0,645vв)10-7, При горизонтальном направлении потока исп=(0,372+0,316vв)10-7. где vв – скорость движения воздуха, м/с.
Парциальные
давления водяного пара определяются
по h-d
– диаграмме влажного воздуха. Разность
парциальных давлений водяного пара
(р»п
-
рв),
Па, характеризующая массообмен при
охлаждении продукта воздухом, находится
как средняя за весь процесс по формуле:
. Потери
массы продукта в процентном соотношении
G,
%,
(относительная усушка продукта):
G=
Wисп
100/Мпр.
Внутренние тепловыделения учитывают при расчете количества теплоты, отводимой от продуктов растительного происхождения, как теплоту их дыхания. Интенсивность дыхания в процессе охлаждения зависит от вида продукта и температуры охлаждающей среды и приводится в справочной литературе .