Тепловой расчет процесса замораживания

 

В задачу теплового расчета процесса замерзания входит определение продолжительности замерзания и количества теплоты, отводимой от продукта.

При тепловых расчетах замораживания задаются начальной и конечной температурами продукта.

    Конечная температура замораживания практически не бывает одинаковой во всех точках продукта в конце процесса, поэтому берут средние температуры продукта за процесс.

    Конечная температура зависит от размеров, теплофизических свойств, а также температуры теплоотводящей среды. Она может быть рассчитана по формулам Алямовским для тел различной формы:

пластины

цилиндра

шара .

    Для соблюдения постоянства температурного режима в камере хранения при внесении в неё продуктов сразу после замораживания необходимо, чтобы t_с.к. продукта после замораживания была равна температуре воздуха в камере хранения. Её можно рассчитать по формуле:

t_ц = 2t_с.к.(Bi + 1) -

t_с – температура теплоотводящей среды.

 - при средней температуре замерзания.

    Продолжительность замерзания – время, необходимое для конечной температуры продукта от начальной до заданной. Она зависит от свойств продукта, толщины, формы, начальной и конечной температур замерзания, температуры и свойств охлаждающей среды.

    Продолжительность замерзания: (по формуле Планка)

q₃ – постоянная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от заданной начальной температуры и заданной средней конечной, кДж/кг.

q₃ = h_н –h_с.к..

 h_с.к. – средне конечная энтальпия продукта;

h_н – начальная энтальпия продукта;

j – плотность замороженного продукта;

l – толщина продукта, м;

t_к – начальная криоскопическая температура продукта;

t_с – температура теплоотводимой среды;

α – коэффициент теплоотдачи;

А – коэффициент зависящий от формы замораживания продукта (А = 2- для пластины, А = 4 – цилиндра, А = 6 – шар).

    Для упаковочных продуктов:

R и Р – коэффициенты, значение которых зависит от соотношения размеров тела и направления тепловых потоков;

- сумма тепловых сопротивлений слоев упаковки, .

    Количество теплоты, отводимой от продуктов:

Q_м = G(c₀(t_н –t_кр)+r·W·ω + c_л(t_кр –t_с.к.))

c₀ – удельная теплоемкость продукта при температуре выше начальной криоскопической, Дж/кг·К;

t_кр – начальная криоскопическая температура;

r – скрытая теплота замерзания воды, Дж/кг;

W – относительная содержание воды в продукте;

ω – количество замороженной воды при средне конечной температуре;

t_с.к. – средне конечная температура продукта.

    Количество теплоты, при его домораживании:

Q_л = G(r·W(ω₂ – ω₁)+c_м · (t_кр –t_с.к.)).

ω₂ и ω₁ – количество вымороженной воды при температурах t_с.к. и t_кр;

t_кр – начальная температура продукта, поступающая на домораживании (определяется как среднеобъемная)

с_м – удельная теплоемкость продукта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.- М.: Высшая школа, 1980. – 552 с.

2. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов. Учеб. пособие для втузов. – М.: Высшая школа, 1975. – 264 с.

3. Арнольд Л.В. и др. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1979. – 446 с.

4. Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели. – Л.: Машиностроение, 1973. – 446 с.

5. Болгарский А.В. и др. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1975. – 495 с.

6. Данилов А.М. Холодильная технология пищевых продуктов. Издательское объединение «Вища школа», 1974. – 256 с.

7. Ионов А.Г. и др. Определение конечной температуры в замороженных пищевых продуктов. «Холодильная техника, 1971, №11».

8. Кудинов В.А. и др. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 2001. – 261 с.

9. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – 469 с.

10. Применение холода в пищевой промышленности (холод в рыбной и пищевой промышленности). Справочник/Под ред. А.В. Быкова. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 152 с.

11. Применение холода в пищевой промышленности (микробиология холодильного хранения, холод в мясной и молочной промышленности). Справочник/Под ред. А.В. Быкова. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 272 с.

12. Стрельцов А.Н. и др. Холодильное оборудование предприятий торговли и общественного питания: Учебник для нач.проф.образования. – М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с.

13. Теплотехника: Учебник/Под ред. А.П. Баскакова, - 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

14. Теплотехника/ Под ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 426 с.

15.  Физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов: Учебное пособие/Под ред. Э.И. Каухчешвили. – М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с.

16. Холодильная техника и технология: Учебник/Под ред. А.В. Руцкого. – М.: ИНФРА-М, 2000. – 286 с.

17. Холодильная техника/Под ред. В.Ф. Лебедева. – М.: Агропромиздат, 1986. – 335 с.

18. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 272 с.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие

Глава 1. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ.. 4

1.1 Основные положения. 4

1.2 Термодинамическая система и параметры состояния. 4

1.3 Основное уравнение состояния идеального газа. 7

1.4 Теплоемкость газов. 7

1.5 Внутренняя энергия. Энтальпия. 10

1.6 Теплота и работа - формы передачи энергии. 11

1.7 Первый закон термодинамики. 13

1.8 Энтропия. Тепловая Т-s диаграмма. 15

1.9 Термодинамические процессы идеальных газов. 16

1.10 Термодинамические циклы.. 17

1.11 Прямой обратимый цикл Карно. 20

1.12 Обратный обратимый цикл Карно. 21

1.13 Реальные газы и пары.. 22

1.14 р-Т диаграмма воды и водяного пара. 24

1.15 рv – диаграмма воды и водяного пара. 24

1.16 Т-s диаграмма воды и водяного пара. 26

1.17 h-s - диаграмма воды и водяного пара. 27

1.18 Таблицы воды и водяного пара в состоянии насыщения. 28

1.19 Основные термодинамические процессы с водяным паром.. 28

1.20 Паросиловые установки. 30

1.21 Влияние основных параметров пара на величину термического кпд цикла ренкина. 32

1.22 Влажный воздух. 33

1.23 H-d (i-d) - диаграмма влажного воздуха. 35

Глава 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 36

2.1 Сжатие газов и паров. 36

2.2 Мощность привода и коэффициенты полезного действиякомпрессора. 38

2.3 Многоступенчатый компрессор. 39

Глава 3. ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.. 42

3.1 Цикл воздушной холодильной машины.. 42

3.2 Цикл паровой компрессорной холодильной установки. 43

Глава 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА.. 44

4.1 Основные положения. 44

4.2 Теплопроводность при стационарном режиме. 45

4.3 Дифференциальное уравнение теплопроводности. 47

4.4 Теплопроводность через однослойную и многослойную плоскую стенки при граничных условиях первого рода. 48

4.5 Теплопроводность через однослойную и многослойную цилиндрическую стенки при граничных условиях первого рода. 49

Глава 5. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ... 50

5.1 Основы теории подобия. Числа подобия. 51

5.2 Основные понятия и законы излучения. 53

Глава 6. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.. 54

6.1 Теплопередача через плоскую стенку при граничных условиях 3 рода. 55

6.2 Теплопередача через цилиндрическую стенку при граничных условиях 3 рода. 56

6.3 Интенсификация теплопередачи. Тепловая изоляция. 57

6.4 Теплообменные аппараты.. 59

6.5 Схема рекуперативного теплообменника «труба в трубе» и характер изменения температуры теплоносителей вдоль его поверхности. 60

Глава 7. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.. 61

7.1 Конденсаторы паровых холодильных машин. 61

7.1.1 Расчет теплопередающей поверхности конденсаторов и подбор конденсаторов. 62

7.2 Испарители паровых холодильных машин. 63

7. 2.1 Расчет теплопередающей поверхности конденсаторов и подбор испарителей. 64

7.3 Вспомогательное аппаратура холодильных машин. 66

Глава 8. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР. 67

8.1 Способы получения низких температур. 67

8.2 Холодильные агенты и хладоносители. 69

Глава 9. ХОЛОДИЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.. 71

9.1 Принципы сохранения пищевых продуктов. 71

9.2 Состав и свойства пищевых продуктов как объектов консервирования. 74

9.3 Воздействие низких температур на клетки и ткани. 75

Глава 10. ВИДЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.. 77

10.1 Процесс охлаждения. 77

10.2 Замораживание пищевых продуктов. 78

10.3 Подмораживание пищевых продуктов. 81

10.4 Холодильное хранение пищевых продуктов. 82

10.5 Отепление и размораживание пищевых продуктов. 83

Глава 11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.. 84

11.1 Технология охлаждения пищевых продуктов. 85

11.2 Охлаждение мяса и мясопродуктов. 85

11.3 Охлаждение птицы.. 86

11.4 Охлаждение рыбы.. 87

11.5 Охлаждение молока и молочных продуктов. 87

ГЛАВА 12. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ.. 88

12.1 Способы замораживания. 88

12.2 Замораживание пищевых продуктов животного происхождения. 89

12.3 Замораживание молока и молочных продуктов. 91

12.4 Хранение пищевых продуктов в охлажденном состоянии. 92

12.5 Хранение пищевых продуктов в замороженном состоянии. 94

ГЛАВА. 13. ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 96

13.1 Тепловой расчет процесса охлаждения. 96

13.2 Тепловой расчет процесса замораживания. 97

 

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

 

 

Лифенцева Людмила Владимировна

 

 

Теплотехника

 

Учебное пособие

 

Для студентов вузов

 

Зав.редакцией И.Н. Журина

Редактор Н.В. Шишкина

Технический редактор Т.В. Васильева

Художественный редактор Л.П. Токарева

 

Подписано к печати   Формат 60´84^1/16.

Бумага типографская. Гарнитура Times.

Уч.- изд. л..Тираж экз.

Заказ №

 

Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

650056, г. Кемерово, 56, б-р Строителей, 47.

 

ПЛД №44-09 от 10.10.09.

Отпечатано в лаборатории множительной техники

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

650010, г. Кемерово, 10, ул. Красноармейская, 52.