Суыту үрдісінің жылулық есебі

Тамақ өнімдерін суытудың негізгі мақсаты: ондағы жүретін микробиологиялық, биохимиялық және физико–химиялық үрдістерді баяулату болып табылады.

Суыту деп өнімнің күйін өзгертпей оның температурасын +4⁰С дейін төмендету үрдісін айтады.

Мұздату деп өнімнің ортасындағы температурасын- 8⁰С дейін төмендету үрдісін айтады.

Өнімді суытуға қолданылатын жұмысшы дене түріне байланысты суыту немесе мүздату үрдісі мынадай әдістерге жіктеледі: ауамен суыту, сұйықпен суыту, газ қоспасы бар ауамен суыту, мұз және сұйық азотты қолдану арқылы суыту.

Жоғарыда аталған әдістердің ішіндегі көп тараған түрлері өнімді ауада суыту үрдісі. Бұл әдіс басқа әдістерге қарағанда экономикалық жағынан тиімді және аппараттармен жабдықтау жағынан оңай болады.

Соңғы жылдары экономикасы дамыған елдерде жеміс-жидектерді суыту және сақтау үшін ауаға әр түрлі газдар қосылған жұмысшы денелер қолданып келеді.

Тамақ өнімдерін ауамен суыту немесе мұздату үрдісін реттеуші параметрлеріне: ауаның температурасы, оның жылдамдығы, ауаның салыстырмалы ылғалдылығы және өнімнің қалыңдығы жатады. Өнімді суыту немесе мүздату үрдістері туннелді немесе жай бөлмелерде жүргізуге болады.

Осы бөлмелерде ауаны салқындату және оның қозғалысын ұйымдастыру үшін көбінде желдеткіші бар ауа суытқыш аппараттары қолданылады. Суыту немесе мұздату бөлмелері, оның ішіндегі ауа суытқыш аппараттарының жұмыс істеу жетістіктері мынадай көрсеткіштермен бағаланады.

- суыту ұзақтығы;

- суыту бөлме көлемділігі ауа температурасының біртектілігімен: температурасы, ауаның салыстырмалы ылғалдылығы және оның жылдамдығы;

- өнімнің кебу дәрежесі.

Жоғарыда келтірілген көрсеткіштердің ішіндегі тоңазытқыш қондырғыларының техника-экономикалық көрсеткіштеріне тікелей әсер ететін негізгі көрсеткіш өнімді суыту ұзақтығы болып табылады.

Қазіргі уақытта өнімнің суыту немесе мүздату үрдістерінің ұзақтығын есептеудің тәсілдері көп. Олардың барлығын үш топқа бөлуге болады.

Мысалы бірінші топқа аналитикалық тәсілдерді жатқызуға болды. Бұл тәсілдерде суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтығын табу үшін жылу өткізгіштіктің дифференциалды теңдеуін аналитикалық әдісті қолдана отырып анықтауға болады. Аналитикалық әдістерде өнімді дұрыс геометриялық дене деп- пластина, цилиндр және шар түрінде қарастыруға болады. Себебі қазіргі уақытта жылу өткізгіштіктің дифференциалды теңдеудің аналитикалық шешімдері жоғарыда аталған дұрыс геометриялық денелер үшін ғана табылған.

Мысалы, параллелепипед тәріздес өнімдердің суыту ұзақтығын Планк теңдеуімен анықтауға болады:

(7.13)

мұндағы: А - геометриялық дұрыс дене (пластина А = 1; шар А = 0,33, цилиндр А = 0,5)

q - өнімнің меншікті жылуы, кДж/кг;

ρ - өнімнің тығыздығы, кг/м³;

t_б - өнімнің бастапқы температурасы, ⁰C;

t_кр - өнімнің криоскопиялық температурасы, ⁰C;

δ - өнімнің қалыңдығының жартысы, м;

λ - өнімнің жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/м∙к;

α - жылу беру коэффициенті, Вт/(м²∙к);

Планк теңдеуін параллелепипед тәріздес өнімдердің мұздау үрдісінің ұзақтығын анықтау үшін де қолдануға болады. Бірақ бұл теңдеу онда былай жазылады:

(7.14)

мұндағы: t_в – суытатын ау температурасы, °С.

Жалпақ пластина тәріздес өнімдердің суыту немесе мұздату үрдісінің ұзақтығын анықтау үшін Д. Г. Рютов мынадай теңдеу ұсынады:

= (7.15)

мұндағы: q- -өнімнен бөлініп шығатын меншікті жылудың шамасы,

Дж;

- меншікті толық жылу сиымдылығы, Дж/(кг∙К);

δ - пластинаның қалыңдығы, м.

Бірінші топтағы аналитикалық тәсілдерді өнімді суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтығын анықтау тек дұрыс геометриялық денелер үшін ғана қолдануға болады. Ал егер бұл тәсілді пішіні дұрыс геометриялық денеден басқа пішінді денелерге қолданса онда тәжірибелік және есептік жолдарымен анықталынған суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтық айырмалары үлкен болып шығады, демек суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтығы дұрыс анықталынбаған деген сөз болып табылады.

Өнім және оны қоршаған ауа арасындағы ылғал алмасу үрдісінің қозғалтқыш күші ретінде судың белсенділік көрсеткіштерімен ауаның салыстырмалы ылғалдылығының айырмасын ала отырып жылулықтың тепе-теңдік дифференциалды теңдеуін шешу негізінде Ә.Ө. Шыңғысов және Ө. Ш. Шоманов өнімді вакуумда суыту ұзақтығын анықтаудың төменгідей теңдеуін ұсынған:

(7.16)

мұндағы: В – ауаның барометрлік қысымы, Па;

- ауадағы су буының парциалды қысымы, Па;

, - өнімді суытқанға дейін және суытқаннан кейінгі судың белсенділік көрсеткіші;

- ауаның салыстырмалы ылғалдығы;

– судың булануына әсер ететін кедергі коэффициенті;

- өнімнің қалыңдығы, м;

– ылғал ауаның тығыздығы, кг/м³.

Ә.Ө.Шыңғысов және Ө.Ш.Шоманов теңдеуінің осы топтағы теңдеулерден айырмашылығы бұл теңдеуде өнімнің беткі қабатындағы судың энергетикалық күйі ескерілген. Сонымен қатар, бұл теңдеуде өнімнің суыту немесе мұздату ұзақтығын анықтауда өнімнің пішіні ескерілмейді.

Екінші тәсілге тәжірибелік жолмен алынған суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтығын «салыстырмалы теория» әдісін қолдану арқылы анықтау жатады.

Бұл тәсілдерде тәжірибелік жолмен суыту немесе мұздату үрдістерін сипаттайтын негізгі деректерді әр түрлі критериалдық теңдеумен өңдеу арқылы осы үрдістердің ұзақтығын анықтайды.

Мысалы Г.Б.Чижов өнімді суықпен өңдеу барысындағы тәжірибелік жолмен алынған нәтижелерін «салыстырмалы теория» әдісін қолдана отырып суыту үрдісінің ұзақтығын анықтайтын мынадай критериалды теңдеу ұсынады:

егер 1,5 6 онда = 331

егер 6 30 онда = 841∙ 10⁵ ∙

мұндағы: Fo - Фурье критериі ();

Bi - Био критериі (Bi = ).

С.Г. Чуклин және И.Г. Чумак өнімді суықпен өңдеу барысында алынған нәтижелерін байыта келе суыту үрдісінің ұзақтығын анықтайтын төмендегі формуланы ұсынады:

(7.17)

мұндағы: s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>Р±</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> , s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>c</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - өнімнің бастапқы және соңғы температурасы, ⁰C;

- суытылған өнімнің жылу сиымдылығы, кДж/(кг );

- мұздатылған өнімнің жылу сиымдылығы, кДж/(кг ).

Осы топтағы өнімнің суыту ұзақтығын анықтаудың тағы тәсілі бұл С.И. Низов теңдеуі. Бұл тәсілде өнімді мұздату барысында алынған тәжірибелік нәтижелерді С.И. Низов өнімнің суыту ұзақтығын анықтайтын мынадай критериалды теңдеуді ұсынды:

= 5,6 (7.18)

Екінші топтағы тәсілдерге жалпы тән нәрсе бұл алынған теңдеулер тәжірибе өткізген өнімдер үшін ғана пайдалануға болады.

Үшінші тәсілге суыту үрдісінің ұзақтығын «сандық әдісті» пайдалана отырып анықтау жатады. Бұл әдісте суыту немесе мұздату үрдістерінің ұзақтығын табу үшін жылу өткізгіштің дифференциалдық теңдеуін өнімнің күрделі формасына қарамай әртүрлі сандық тәсілдерімен дәл табуға болады. Бұл әдістің тағы бір ерекшелігі шекаралық шарттар шешімге әсер етпейді. Бірақ бір кемшілігі жылу өткізгіштің дифференциалдық теңдеуін шешу үшін қуатты электронды есептеуін машинасын қолдануды қажет етеді.

Өнімді суыту үрдісінде бөлініп шығатын жылу шамасын мына теңдеуді пайдалана отырып анықтауға болады:

Q = (7.19)

немесе

Q = (7.20)

мұндағы - өнімнің массасы, кг;

s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>У©РЅ</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - өнімнің жылу сиымдылығы, кДж/кг;

- өнімнің бастапқы және соңғы температуралардағы энтальпиялар айырмасы, кДж/кг.

Өнімдерді суытқан кезде бөлініп шығатын жылу мөлшерінің шамасын анықтау барысында мынадай жайды ескерген жөн. Өнімнен жылудың булануы, конвективті және сәулелену арқылы ауаға беріледі. Өнімді баяу суыту үрдісінде, мысалы ет, құс етінен, балық, жеміс- жидектерден және тағы басқа өнімдер құрамында биохимиялық үрдістердің жүру салдарынан олардан қосымша жылу бөлініп шығады. Осы жағдайды ескере отырып өнімнен суыту үрдісінде бөлініп шығатын жылу шамасын мына формуламен анықтауға болады:

Q = (7.21)

мұндағы: q – өнім құрамына биохимиялық үрдістер салдарынан бөлініп шығатын жылу шамасы, Дж/кг;

– өнімдегі судың шықтануын және булануына кететін жылу шамаларының айырмасы;

W – өнімдегі судың массалы бөлігі, %.

Суыту үрдісінің мұздату үрдісінен айырмашылығы мұздату үрдісінде өнімдегі судың мұзға айналуы болып табылады. Өнімдегі судың мұзға айналуы оның жылуфизикалық қаситетерінің өзгерістеріне алып келеді. Сол себепті мұздату үрдісінде өнімнен бөлініп шығатын жылу шамасын мына теңдеумен анықтауға болады:

= s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>Рј</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> (7.22)

мұндағы: s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>Рј</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - мұздатылатын өнім салмағы, кг;

- өнімнің криоскопиялық температурадан жоғары

температурадағы жылу сиымдылығы, кДж/кг;

- өнімнің криоскопиялық температурасы, °С;

- судың мұзға айналуына кететін жылу шамасы, Дж/кг;

- өнімнің құрамындағы судың мұзға айналған мөлшері;

s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="KZ"/></w:rPr><m:t>Рј</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - мұздатылған өнімнің жылу сиымдылығы, кДж/кг.

Өнім құрамындағы судың мұзға айналған мөлшері табу үшін мына формуланы қолдануға болады

= 1 - (7.23)

Дата добавления: 2015-10-23