Расчет продолжительности размораживания

Сырья и продуктов питания

Цель работы – познакомиться с характеристикой процесса размораживания пищевых продуктов, освоить способы расчета продолжительности размораживания.

Теоретический материал

Размораживание – завершающая стадия низкотемпературной обработки продуктов. Это тепловой процесс, при котором определенное количество теплоты передается продукту для повышения его температуры от начальной (минус 18 – минус 25 °С) до минус 1 °С. В соответствии с современными представлениями размораживание рассматривается как процесс, обратный замораживанию. Он состоит в таянии кристаллов льда и восстановлении первоначальной гистологической структуры тканей.

Количество теплоты, необходимой от продукта до полного его размораживания, определяют по формуле (37)

(37)

где Q_р – количество теплоты, подводимой к продукту при размораживании, Дж; G – масса продукта, кг; (i_к – i_n) – разность удельных энтальпий при конечной t_к и начальной t_n температурах, кДж/кг; с_m и c₀ – теплоемкость мороженого и размороженного продукта, кДж/(кг·К); t_кр – криоскопическая температура, ºС; W – содержание влаги в продукте, доли единицы; ω – количество вымороженной влаги, доли единицы; r_a – теплота льдообразования, кДж/кг, r_a = 335,2 кДж/кг.

Способы определения продолжительности размораживания

Процесс размораживания протекает в соответствии с обратной кривой замораживания: температура продукта вначале возрастает до точки таяния льда, затем остается постоянной и в конце процесса повышается до требуемой.

При определении продолжительности размораживания предполагается, что отсутствуют тепловыделения в области продукта лежащей глубже границы раздела, а все тепло, выделяемое при движении границы раздела, отводится к внешней среде через замороженный слой, теплоемкость которого равна 0.

Э. Альмаши предложил вычислять продолжительность размораживания по двум стадиям: продолжительность первой стадии (от t_n до t_кр) рассчитывается на основании уравнения теплопроводности для условий простого нагревания по типу формулы А. Фикина для охлаждения, второй (от t_кр до t_к) – по методу элементарных тепловых балансов.

Г.Д. Кончаков согласившись с расчетом продолжительности первой стадии процесса размораживания, предложил продолжительность второй стадии рассчитывать исходя из скорости продвижения границы раздела. Он получил формулу для расчета продолжительности второй стадии размораживания равнозначную формуле Р. Планка.

Г.Б. Чижовым было предложено продолжительность первой стадии размораживания принять равной 30 % от продолжительности второй стадии. Таким образом, в окончательном виде формула для расчета продолжительности размораживания имеет следующий вид (38):

(38)

где q_p – количество теплоты, подведенной к единице продукта, кДж/кг; ρ – плотность продукта, кг/м³; F – коэффициент формы, для пластины 1, для цилиндра 1/2, для шара 1/3; R – полутолщина (радиус) продукта, м; t_с – температура среды, ºС; t_кр – криоскопическая температура продукта, ºС; l₀ – коэффициент теплопроводности размороженного слоя продукта, Вт/(м·К); α – коэффициент теплоотдачи от продукта к среде, Вт/(м²·К); m – множитель, учитывающий продолжительность первой стадии, m = 1,3.

В этой формуле вместо разности температур (t_с – t_кр) можно брать разность (t_к – t_n), где t_к – конечная температура размораживаемого продукта, ºС; t_n – начальная температура размораживаемого продукта, ºС.

Продолжительность размораживания продуктов можно оценить и по другой, более современной и точно формуле (39):

(39)

где q_m = W ω r_а, кДж/кг; μ₁ – корень характеристического уравнения для тела заданной формы, определяемый исходя из величины критерия Био (см. приложение Г, табл. Г4).

Пример

Рассчитываем теплофизические характеристики, расход теплоты, продолжительность размораживания для тех же продуктов, что и продолжительность замораживания: блок фарша. Начальная температура продукта равна среднеобъемной температуре замороженного продукта, а температуру среды принимаем равной 20 ºС. Конечной считаем криоскопическую температуру.

Решение:

Теплофизические характеристики размороженного продукта:

– теплоемкость

кДж/(кг·К);

– температуропроводность

м²/с

Расход теплоты на размораживание продукта до t_кр

кДж

или приближенно

кДж

Продолжительность процесса размораживания по формуле (38)

ч

Продолжительность процесса размораживания по формуле (39):

q_m = W ω r_а = 0,77 • 0,87 • 335,2 = 224,55 кДж/кг.

Bi = 50 • 0,023 / 0,47 = 2,5

Следовательно, μ₁ = 1,1352

ч

Ответ:теплоемкость блока фарша размороженного 3,56 кДж/(кг·К), коэффициент температуропроводности 1,3 · 10^-7 м²/с, продолжительность размораживания соответственно 3,9 и 2,6 ч, количество отведенной теплоты от 10 кг фарша 2612,7 или приближенно 2610 кДж.

Контрольные термины

Размораживание, продолжительность размораживания

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение процессу размораживания.

2. Какие способы размораживания Вам известны?

3. Как происходит размораживание продуктов в воде и на воздухе?

4. Какие изменения происходят в продукте при размораживании?

5. Как рассчитать количество теплоты, необходимое для размораживания продукта?

6. Какие формулы используют для расчета продолжительности размораживания?

7. Теплофизические характеристики замороженного или размороженного слоя используются при расчетах продолжительности размораживания?

8. Что обозначает коэффициент m в формуле Г.Б. Чижова?

9. Почему в формуле для расчета продолжительности размораживания вместо разности температур (t_с – t_кр) можно брать разность (t_к – t_n)?

10. Что необходимо знать для определения корня характеристического уравнения?