Тепловой расчет процесса замораживания

При тепловых расчетах замораживания задаются начальная и конечная температура продуктов. Конечная температура замораживания никогда не бывает одинаковой во всех точках продукта к концу процесса. Поэтому рассчитывают среднюю температуру продукта за процесс в интервале t₁ и t₂ при условии, что оба эти значения лежат в области от криоскопической температуры до температуры окончания льдообразования:

(7)

В задачу теплового расчета процесса замораживания входит определение продолжительности замораживания и количества теплоты,

отводимой при этом от продукта.

Продолжительность замораживания – время, необходимое для понижения температуры продукта от начальной до заданной конечной, при которой большая часть воды, содержащаяся в тканях, превращается в лед. Определяется по формуле Планка:

(8)

где q₃ – полная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от заданной начальной температуры продукта до заданной средней конечной, кДж / кг; q₃ = i_н - i_ск, где i_н – энтальпия продукта при начальной температуре, кДж/кг; i_ск - энтальпия продукта при средней конечной температуре продукта, кДж/кг; g - плотность замороженного продукта, кг/м³; t_кр – начальная криоскопическая температура, ⁰С; t_с – температура теплоотводящей среды, ⁰С; l_з - коэффициент теплопроводности продукта при средней температуре его в процессе замораживания между криоскопической и средней конечной, Вт/м*К; a - коэффициент теплоотдачи от теплоотводящей среды, Вт/м*К; А – коэффициент, значение которого зависит от формы замораживаемого тела для плоскопараллельной пластины А = 2, для бесконечного прямого круглого цилиндра А = 4, для шара А = 6, при l – толщине пластины, диаметра цилиндра и шара.

При расчетах по формуле Планка можно получить лишь приблизительные значения, т.к. они не учитывают теплоемкость замороженной части тела, а также особенности строения и специфические свойства пищевых продуктов.

Количество теплоты, отводимой от продуктов при замораживании, определяют по формуле:

Q_м = G [C₀ (t_н – t_кр) + r*W*ω + C_м (t_кр–t_ск)](9)

где G – масса замораживаемого продукта, кг; С₀ – удельная теплоемкость продукта при температуре выше начальной криоскопической, Дж/кг*К; t_н – начальная температура продукта (выше криоскопической), ⁰С; t_кр – начальная криоскопическая температура, ⁰С; r – скрытая теплота замерзания воды, Дж/кг; W – относительное содержание воды в продукте; w - количество замороженной воды в продукте, определяемое при средней конечной температуре, ⁰С; С_м – теплоемкость мороженного продукта, Дж/кг*К; t_ск – средняя конечная температура продукта, ⁰С.

Вопросы для самоконтроля

1) Как рассчитывается безразмерная температура ?

2) Что характеризует критерий Био ?

3) Как определяют критерий Фурье ?

Тесты

1) При τ → ∞ к чему стремится t и θ:

а)t → t_н; θ → 0; б)t → t_с; θ → 0; в) t → t_н; θ → ∞; г)t → t_с; θ → ∞.

2) Коэффициент температуропроводности продукта измеряется в:

а) м² / с; б) м³ / с; в) с / м³; г) Вт / (м²* К); д) м / с.

3) Критерий Био определяется по формуле

а) ; б) ; в) ; г) .

4) Средняя температура при замораживании рассчитывается по формуле

а)t_ср = (t₂ - t₁) / (2,31 * lg (t₂/t₁));б)t_ср = (t₂ – t₁) / (2,31 * lg (t₁/t₂));

в) t_ср = (t₁ - t₂) / (2,31 * ln (t₂/t₁)); г)t_ср = (t₂ + t₁) / (2,31 * lg (t₁/t₂)).

5) Критерий Фурье определяется по формуле

а) ; б) ; в) ; г) .