Как рассчитать время заморозки продукта

Как рассчитать время заморозки продукта

• 
• 

замораживания отдельных видов и форм продуктов. При выводах

этих уравнений допущен ряд упрощений и условностей в

осуществлении процесса замораживания. Поэтому они тоже не

отображают истинного его течения. Однако для приближенных

расчетов ими нередко пользуются. А главное значение этих формул

заключается в том, что по ним можно судить, какие из факторов и в

каком направлении влияют на продолжительность замораживания.

Широко известными из таких математических выражений

являются формулы Планка, предложенные им для определения

продолжительности замораживания однородных тел простых

геометрических форм. При выводе этих формул приняты

следующие упрощения: к началу замораживания продукт

полностью во всех своих частях охлажден до криоскопической

температуры; замораживание происходит при постоянной

температуре теплоотводящей среды и постоянном коэффициенте

теплоотдачи от поверхности замораживаемого тела; коэффициент

теплопроводности замороженного слоя остается постоянным, а

теплоемкость этого слоя равна нулю. Формулы даны для трех

различных геометрических форм замораживаемых тел: плоской

пластины, бесконечно длинного цилиндра и шара.

Для продуктов, имеющих форму плоской пластины при

двухстороннем их замораживании, рекомендуется формула

Источник

Рассчитайте продолжительность замораживания продукта.

Для выполнения расчетов выбираются исходные данные из таблицы 2 согласно варианту.

№ варианта	Продукт	Физическая модель	Характер- ный размер, 2l, м	Температура продукта, конечная, tк, 0 C	Температура охлаждаю- щей среды, tс, 0 С	Температура продукта, начальная, tн, 0 С	Вид охлаждающей среды	Масса продукта, G, кг
Говядина	Пластина	0,02	-9	-20	Воздух
Рыба	Сфера	0,06	-11	-21	Воздух
Яблоко	Цилиндр	0,09	-20	-35	Воздух
Говядина	Цилиндр	0,07	-10	-19	Воздух
Помидор	Сфера	0,06	-17	-29	Воздух
Клубника	Сфера	0,03	-22	-37	Воздух
Морковь	Цилиндр	0,05	-15	-22	Воздух
Свинина	Цилиндр	0,06	-18	-23	Воздух
Картофель	Пластина	0,09	-13	-20	Воздух
Птица	Сфера	0,08	-18	-30	Воздух

1) Определите значение критерия Био:

l – половина характерного размера продукта, м

a — коэффициент теплоотдачи от продукта к охлаждающей среде, Вт/м 2 * К, равен » 210 Вт / м 2 * К,

l_охл – коэффициент теплопроводности охлажденного продукта, Вт/м*К (выбирается из таблицы 3 для данного продукта, выше t_кр);

2) Рассчитайте безразмерную температуру для режима охлаждения до момента достижения криоскопической температуры на поверхности продукта;

t_кр – криоскопическая температура продукта, 0 С (выбирается из таблицы 3 для данного продукта);

t_с – температура охлаждающей среды, 0 С,

t_н – начальная температура продукта, 0 С.

3) По номограмме для полученных расчетом Bi и q_п на поверхности продукта, с учетом конкретной физической моделью (цилиндр, шар или пластина) определите критерий F₀ охл .

4) Рассчитайте продолжительность процесса охлаждения:

[ч], [c]

а_охл – коэффициент температуропроводности охлажденного продукта, м 2 /ч или м 2 /с, определяется по формуле:

где С_охл, ρ_охл – удельная теплоемкость и плотность для данного продукта соответственно, выбираются из таблицы 3. Значения берутся выше t_кр.

5) По формуле Планка рассчитывают длительность процесса замораживания:

[ч], [с]

— плотность замороженного продукта, берется из таблицы 2.3.

А_ф – коэффициент формы (А_ф = 1 для неограниченной пластины, А_ф = 0,5 для цилиндра, А_ф = 0,33 для шара);

q_зам – удельная теплота замораживания продукта, определяемая по формуле:

[кЖж/кг]

W – влагосодержание продукта в долях единицы (выбирается из таблицы 3; r = 335 кДж/кг – удельная теплота замерзания 1 кг воды;

ω – количество вымороженной воды, определяемая по формуле:

t_к – конечная температура, берется по абсолютной величине, т.е. со знаком «+».

6) Рассчитайте критерий Био для замороженного продукта:

где берется из таблицы 3 ниже t_кр (т.к. идет процесс замораживания).

7) Определите безразмерную температуру в центре продукта по его абсолютной конечной величине заданной температуры

8) По номограмме для найденных Bi_зами q_ц в центре продукта с учетом конкретной физической модели (шара, цилиндра или пластины) найдите значение F₀.

9) Рассчитайте продолжительность третьего периода процесса замораживания:

[ч], [с]

где а_зам – коэффициент температуропроводности замороженного продукта, м 2 /ч или м 2 /с, определяется по формуле:

где С_зам, ρ_зам – удельная теплоемкость и плотность для данного продукта соответственно, выбираются из таблицы 3. Значения берутся ниже t_кр.

10) Определите полную длительность процесса:

[ч], [c]

11) Рассчитайте количество теплоты, отведенное от продукта по формуле:

[кДж]

G_пр – масса продукта, кг.

Таблица 3 Теплофизические характеристики пищевых продуктов

Наименование Продукта	Влагосо- держание W, %	Криоско- пическая температура tкр, 0 С	Плотность ρ, кг/м 3	Теплоемкость, С [кДж/(кг*К)] при температуре	Коэффициент теплопроводности, λ, [Вт/(м*К)] при температуре
ниже tкр	выше tкр	ниже tкр	выше tкр
Говядина	62 — 80	-1,7	960 — 1070	1,59 — 1,8	2,93 — 3,52	0,94 — 1,53	0,48 — 0,5
Свинина	48 — 55	-1,7	900 — 1030	1,3 — 1,34	2,01 — 2,26	0,77 — 1,39	0,46 — 0,49
Птица	69 — 74	-1,8	980 — 1070	1,68 — 1,88	3,18 — 3,3	1,5	0,41 — 0,51
Рыба	62 — 82	-2,2	950 — 1070	1,26 — 1,84	2,76 — 3,6	0,81 — 1,16	0,35 — 0,56
Картофель	-1,2	920 — 1020	1,68 — 1,8	3,43 — 3,68	1,09	0,58
Томаты	94 — 95	-0,9	940 — 1064	2,05 — 2,09	3,98 — 4,05	2,16	0,51 — 0,57
Яблоки	84,1	-1,5	804 — 889	1,88	3,64 — 3,85	1,45	0,49 — 0,6
Клубника	89,9	-0,9	840 — 900	1,75	3,85	1,1	0,48
Морковь	78 — 89	-1,6	970 — 1035	1,93	3,77	1,3	0,46

4. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что такое замораживание? Для достижения каких целей прибегают к замораживанию?

2. Чем отличается замороженный продукт от охлажденного?

3. Как в холодильной технологии называют воду, перешедшую в твердое состояние?

4. Что оказывает влияние на качество замороженных продуктов?

5. От чего зависит характер кристаллообразования?

6. От чего зависит скорость замораживания? Как делится замораживание по скорости?

7. Назовите теории, объясняющие повреждение тканей при замораживании.

8. Как определить количество вымороженной воды?

9. Как по формуле Планка рассчитать продолжительность замораживания?

10. Как рассчитать количество теплоты, отводимое от продукта?

ГОБУ СПО ВО

Россошанский колледж мясной и молочной промышленности

Дисциплина «Технология холодильной обработки продукции»

Источник

Продолжительность замораживания (размораживания) пищевого сырья и продуктов его переработки

Задача о продолжительности замораживания (размораживания) – одна из наиболее сложных в теплофизике, что обусловлено наличием большого числа влияющих на этот процесс факторов.

Каждый из существующих на сегодняшний день методов вычисления продолжительности замораживания (размораживания) специфически связан с исходной физической схемой процесса, его начальными и граничными условиям, которые задаются в частном виде, с допущениями, упрощающими задачу.

Физическая постановка задачи о продолжительности замораживания (размораживания) пищевых продуктов есть задача о теплопроводности в системах с подвижной границей раздела, под которой понимают перемещающуюся границу раздела между отвердевшей и жидкой фазами от периферии в глубь тела по мере отвода теплоты от его поверхности при замораживании, или, наоборот, при размораживании. Отвердевающую в таком процессе жидкость принято рассматривать как не подверженную свободному или вынужденному конвективному движению (неконвективную), если она распределена в виде мелких включений в пористом твердом теле или как-либо иначе, механически связана с неподвижной скелетной структурой тела, а также, если вязкость отвердевающей жидкости велика.

Классическим решением задачи о замораживании Международным институтом признано решение Р. Планка, полученное им в 1913 г. и существенно развитое им и другими исследователями в последующие годы. Формула для определения продолжительности замораживания называется по имени ее создателя – формула Планка, как фундаментальная, она включена в рекомендации Международной академии холода.

Для упрощения задачи Планком было сделано несколько допущений, которые приведены ниже:

1. Замораживанию подвергается физическое тело простой геометрической формы (пластина, шар или цилиндр) однородное по своим свойствам.

2. Теплоемкость замороженной части тела равна нулю.

3. Тело перед началом замораживания охлаждено до криоскопической температуры.

4. Льдообразование в теле происходит без переохлаждения при криоскопической температуре; теплофизические свойства замороженной части (коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость) не зависят от температуры.

5. Коэффициент теплоотдачи и температура охлаждающей среды не зависят от времени.

Формула Планка для простых тел имеет вид:

— для плоской неограниченной пластины при двустороннем замораживании

, (25)

где — теплота, выделяемая единицей массы тела при замораживании, кДж/кг;

— половина толщины пластины, м;

— объемная масса или плотность тела, кг/ м 3 ;

— коэффициент теплоотдачи от поверхности тела, Вт/ (м 2 · К);

— коэффициент теплопроводности замороженной части продукта, Вт/(м·К);

— криоскопическая температура замораживаемого продукта, ° С;

— температура охлаждающей среды, ° С;

— для бесконечного круглого цилиндра

, (26)

где — радиус цилиндра, м;

— для однородного шара радиусом , м

. (27)

Варианты заданий: задание (номер варианта задания практической работы) студент выбирает по сумме двух последних цифр шифра зачетной книжки. Номера вариантов для выполнения практической работы приведены в Приложении № 1. Условия заданий первой и второй части практической работы по вариантам приведены в приложении № 2 и № 3 соответственно.

Порядок выполнения работы:

Для расчета продолжительности охлаждения и продолжительности размораживания пищевого сырья и продуктов его переработки необходимо знать:

— химический состав 100 г пищевого сырья или продукта (используя Приложение 4);

— характерный геометрический параметр замораживаемого объекта (толщину – в случае, если продукт по форме приближается к пластине, радиус, в случае если продукт по форме приближается к цилиндру или шару, принимается студентом из Приложения 4);

— плотность сырья или продукта, кг/м 3 (принимается студентом из Приложения 4).

В первой части практической работы рассчитывают ТФХ продукта, продолжительность его охлаждения в соответствии с условиями задания (Приложение 2) двумя методами – методом сеток и номографическим методом.

В случае, если метод сеток приемлем для расчета, то по полученным данным распределения температуры по толщине продукта, строят график изменения температуры в процессе охлаждения в геометрическом центре продукта (данные температуры в узлах сетки для ), а также график изменения среднеобъемной температуры продукта (рассчитывается как среднее арифметическое температур в каждой точке стеки в заданный момент времени). В случае, если применение метода сеток неэффективно (см. пример расчета), выполняется только номографический расчет, температурные графики не строят.

Во второй части практической работы рассчитывают продолжительность размораживания пищевого сырья (в соответствии с заданием в Приложении 3), используя формулу Планка.

Пример выполнения задания первой части практической работы: рассчитать продолжительность охлаждения тушки цыпленка-бройлера (R=5,5 см; t_нач.=25 ºС, t_{конеч.в центре}=5 ºС) интенсивным (5 м/с) потоком влажного воздуха температурой минус 12 ºС.

Источник