Влажностный баланс холодильной камеры

В холодильной камере, как и в любом другом помещении, устанавливается влажностный баланс в результате стремления воздушной системы к влажностному равновесию.

Влажностное равновесие наступает в холодильной камере тогда, когда влагоприток , кг/ч, в нее равен влагооттоку , кг/ч, из нее. Влажность воздуха при таком состоянии называется равновесной относительной влажностью.

 

                                              ,                                             (15)

Влагоприток в холодильную камеру складывается из влаги, испаряющейся с поверхности продукта , влаговыделений людей, работающих в камере , притока влаги из окружающей камеру среды через периодически открывающиеся двери и другие технологические проемы .

 

                                  .                                    (16)

 

Рисунок 2 – Холодильная камера: 1- охлаждающие приборы; 2 - теплоизоляция; 3 – продукт или сырье негерметично упакованный в тару.

 

При хранении в холодильной камере охлажденных или замороженных продуктов всегда будет иметь место явление испарения влаги с их поверхности (за исключением случаев использования для упаковки продуктов влаго- и паронепроницаемых пленок). Это объясняется тем, что всегда будет иметь место разница температур продукта и воздуха в холодильной камере (продукт всегда имеет температуру несколько выше температуры воздуха холодильной камеры), следовательно, всегда будет иметь место разница парциальных давлений водяных паров в воздухе, непосредственно вблизи поверхности продукта, и в воздухе во всем объеме холодильной камеры. Эта разница парциальных давлений представляет собой движущую силу процесса испарения.

Количество влаги, испаряющейся с поверхности продукта, может быть вычислено на основе закона испарения

 

                               ,                                         (17)

где - коэффициент испарения;

- площадь поверхности продукта, м²;

- парциальное давление водяных паров в воздухе над поверхностью продукта, Па;

- парциальное давление водяных паров в воздухе во всем объеме холодильной камеры, Па.

 

При хранении продукта, как было сказано выше, из-за разницы температур, имеет место неравенство

 

                                         .                                                  (18)

Что означает, что процесс хранения продуктов в холодильной камере всегда сопровождается испарением влаги с их поверхности, то есть происходит «усушка» продуктов.

Используя формулы (10) и (11) выразим парциальное давление водяных паров воздуха камеры  через относительную влажность воздуха и парциальное давление водяных паров в стадии насыщения, затем полученное выражение подставим в уравнение (17), получим

 

                                 .                                   (19)

 

С течением времени в холодильной камере устанавливается состояние теплового и влажностного равновесия, при котором , а . У поверхности продукта парциальное давление водяного пара, таким образом, будет соответствовать стадии насыщения, из чего следует

 

                                    .                                      (20)

Выражение (20) характеризует величину «усушки» продукта при хранении в холодильной камере.

Анализ уравнений (19) и (20) позволяет сделать вывод о том, что на величину усушки продукта оказывают влияние следующие факторы:

- площадь поверхности продукта , чем она больше, тем больше усушка;

- величина коэффициента испарения , чем она больше, тем больше усушка;

- парциальное давление водяных паров в воздухе в стадии насыщения для заданных условий процесса (температуры и барометрическом давлении), чем оно выше, тем усушка будет больше;

- относительная влажность воздуха в холодильной камере, чем выше , тем меньше усушка (характер зависимости обратно пропорциональный).

Таким образом, выражение для определения влагопритока в холодильную камеру будет иметь вид

 

                        .                          (21)

 

Количество влаг, отводимой из холодильной камеры ,кг/ч, путем конденсации на поверхности охлаждающих приборов, сопровождающееся образованием «снеговой шубы», может быть определено следующим уравнением

 

                            ,                                         (22)

 

где - коэффициент конденсации;

- площадь поверхности охлаждающих приборов, м²;

- парциальное давление водяных паров в воздухе над поверхностью охлаждающих приборов, Па;

- парциальное давление водяных паров в воздухе в стадии насыщения во всем объеме холодильной камеры, Па.

 

Уравнение влажностного баланса холодильной камеры, с учетом уравнений (21) и (22) примет вид

 

                 .             (23)

 

Анализ уравнения (23) позволяет сделать выводы о факторах, влияющих на величину усушки продуктов при хранении в холодильной камере:

1. чем меньше продуктов находится в холодильной камере, тем ниже в ней будет относительная влажность воздуха;

2. в охлаждаемом помещении постоянно отводится влага в результате непрерывной конденсации пара на охлаждающих приборах;

3. по этой причине в подавляющем большинстве случаев в холодильных камерах требуется увлажнять воздух, чтобы меньше была усушка, чтобы повысить его влажность.

Воздух, как было показано выше, существенно влияет на процессы охлаждения, замораживания и усушку продукта. Движение воздуха оказывает влияние на теплоотдачу между воздухом и охлаждающими приборами, на влагообмен и на распределение температуры и влажности в объеме камеры.

Тепло, отводимое охлаждающими приборами выражается уравнением

 

                                   ,                                              (24)

 

где - тепло, отводимое от сырья, продукта, кДж;

 - площадь поверхности охлаждающих приборов, м²;

- коэффициент теплопередачи от сырья или продукта к охлаждающей среде;

- температура воздуха в охлаждающей камере, °С;

 - температура поверхности охлаждающих приборов, °С.

 

Коэффициент  теплопередачи для охлаждающих приборов можно приблизительно считать равным коэффициенту теплоотдачи , .

Схематично, процесс охлаждения пищевого сырья и продуктов питания в холодильной камере изображен на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – Схема процесса охлаждения: 1 – охлаждающий прибор, поверхность которого имеет температуру ; 2 – продукт; 3 – холодильная камера; 4 – циркулирующий воздух, характеризуемый коэффициентом теплоотдачи.

 

Если рассматривать теплопередачу через поверхность охлаждающих приборов как теплопередачу через плоскую стенку, то коэффициент теплопередачи  можем рассчитать по формуле

 

                                     ,                                                  (25)

 

где - коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлены охлаждающие приборы, Вт/(м·К);

- толщина стенки охлаждающего прибора, м, пренебрежимо мала;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности охлаждающих приборов к воздуху холодильной камеры, Вт/(м²·К).

 

Таким образом, можем заменить в уравнении (24) коэффициент теплопередачи на коэффициент теплоотдачи , характеризующий воздух. Для воздуха коэффициент теплоотдачи очень мал и в значительной степени зависит от скорости циркуляции воздуха в холодильной камере (как правило, составляет от 0,1 до 3,0 м/с). Влияние скорости циркуляции воздуха в холодильной камере на величину  описывает эмпирическое уравнение

 

                                      ,                                             (26)

 

где  - скорость циркуляции воздуха в холодильной камере, м/с.

 

Уравнение (26) действительно в диапазоне  от 1,0 м/с. Скорость циркуляции влияет также на величину усушки продуктов в холодильной камере, при охлаждении рыбы, так как коэффициент испарения влаги зависит от скорости циркуляции воздуха, эмпирическая зависимость  от  имеет вид

 

                                           .                                             (27)

 

Применяя циркуляцию можно усилить все теплообменные процессы. Циркуляция влияет на процесс испарения влаги. Чем интенсивнее будет циркуляция воздуха, тем больше будет его усушка.

 

Углекислый газ

Для хранения пищевого сырья и продуктов его переработки применяют углекислый газ СО₂ в сочетании с низкими положительными температурами. Углекислый газ обладает способностью тормозить развитие плесени и различных бактерий, СО₂ обладает высокой растворимостью и хорошо проникает внутрь мышечных клеток. Растворимость углекислого газа повышается с понижением температуры., поэтому его используют при температурах около 5 °С (не более 10 °С). СО₂ чаще используют для хранения овощей, плодов, куриных яиц.

 

Жидкие охлаждающие среды

К жидким охлаждающим средам относятся вода и различные растворы солей. В настоящее время идет поиск композиций органических соединений.

 

Вода

Для охлаждения продуктов воду используют как в виде раствора солей, так и пресную. Основное требование, которое предъявляется к воде - безупречное санитарное состояние.

Применение воды как охлаждающей среды возможно лишь в пределах до 0 °С, так как при более низкой температуре идет процесс льдообразования. Жидкие среды вообще и вода в частности, обладают более высокой теплоемкостью и более высокими значениями теплопроводящих свойств, то есть имеет значительные преимущества перед воздухом.

 

 Вт/(м²·К),

 Вт/(м²·К).

 

При циркуляции воды со скоростью 0,5 м/с значение  растет и составляет уже около 500,0 Вт/(м²·К). С ростом скорости  может достигать 1000,0 и более Вт/(м²·К).

Еще одним преимуществом воды по сравнению с воздухом является практически полное исключение усушки продукта.

Водные растворы солей

Известно, что растворы солей имеют более низкую температуру замерзания по сравнению с водой. Точка замерзания зависит от концентрации растворенных в воде солей. В холодильной технике применяют водные растворы хлоридов натрия, кальция, магния.

Для непосредственного охлаждения пищевого сырья эти растворы имеют ограниченное применение из-за своих свойств, главное из которых - способность придавать продуктам и сырью соленый или горький вкус.

Каждый раствор соли характеризуется собственной диаграммой замерзания, которая схематично изображена на рисунке 4.

 

t, ºC

Рисунок 4 – Диаграмма замерзания раствора процентной концентрации: точка В – эвтектическая точка, характеризуется эвтектической концентрацией раствора и соответствующей ее эвтектической температурой (в точке эвтектики раствор замерзает однородно, образуется «соленой лед»); АВ – кривая пресного льда (раствор замерзает неоднородно – образуется пресный лед + солевой раствор); ВС – кривая выделения соли

 

Диаграмма характеризует уровень температур, при котором идут изменения агрегатного состояния воды в составе раствора.

Раствор поваренной соли (хлорида натрия) имеет эвтектическую концентрацию примерно 29 частей соли на 100 частей воды. Эвтектическая температура составляет минус 21,2 °С.

Раствор хлорида магния имеет эвтектическую концентрацию примерно 28 частей соли на 100 частей воды, ей соответствует эвтектическая температура минус 33,6 °С.

Раствор хлорида кальция имеет эвтектическую концентрацию примерно 42 части соли на 100 частей воды, эвтектическая температура составляет минус 55,0 °С.

Анализ свойств жидких охлаждающих сред показывает, что

1. растворы солей в воде в качестве охлаждающих сред можно применять при температуре не ниже эвтектической, так как при более низко температуре растворы замерзнут;

2. растворы солей, в частности хлорид натрия, при контактном охлаждении способны вызвать просаливание сырья, что в большинстве случаев нежелательно, а в некоторых – недопустимо.

 

Твердые охлаждающие среды

В качестве твердых охлаждающих средств применяют различные металлы и сплавы. Металлы имеют очень большую удельную массу. Металлы характеризуются высокими теплопроводящими свойствами. В пищевой промышленности применение находят нержавеющая сталь, чугун, медные и алюминиевые сплавы.

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 372; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!