CC BY
33
CALCULATION METHODS OF COMPRESSION ALCOHOL VAPOR WHEN USED IN BREW DISTILLATION INSTALLATION CHART HEAT PUMP
S.S. MARINENKO \ O.V. MARINENKO \ E.N. KONSTANTINOV2, T.G. KOROTKOVA2
1 Maikop State Technological University,
191, Pervomaiskaya st., Maikop, 352700; e-mail:popova@maykop.ru
2 Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: intrel@kubstu.ru
The problem of calculating the power expended in compression of non ideal gas mixture with respect to the heat pump brew distillation installation. It is shown that the power of the screw compressor is determined by the difference in enthalpy output and input streams and mass productivity.
Key words: adiabatic compression, screw compressor, the energy of the gas flow, steady motion, the calculation of compression, a vapor of alcohol.
664.8.036:62
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РОТАЦИОННОГО НАГРЕВА НАТУРАЛЬНЫХ ФРУКТОВЫХ СОКОВ В СТЕКЛЯННОЙ ТАРЕ СКО 1-82-3000 В ПОТОКЕ ГОРЯЧЕГО ВОЗДУХА
Т.А. ИСМАИЛОВ, М.Э. АХМЕДОВ, В.В. ПИНЯСКИН, А.Ф. ДЕМИРОВА, М.М. РАХМАНОВА
Дагестанский государственный технический университет,
367015, г. Махачкала, пр-т И. Шамиля, 70; тел.: (8722) 62-37-61, факс: (8722) 62-37-97, электронная почта: dstu@dstu.ru
Получена математическая модель прогреваемости фруктовых натуральных соков в стеклянной таре СКО 1-82-3000 в зависимости от времени, начальной температуры, скорости и температуры греющего воздуха. Получено уравнение, определяющее прогреваемость сока, выявлено хорошее соответствие теоретических расчетов экспериментальным данным.
Ключевые слова: тепловая обработка продуктов, режим стерилизации, коэффициент теплоотдачи, прогреваемость.
Задача настоящего исследования - определение оптимальных параметров, обеспечивающих эффективный режим тепловой стерилизации консервов, который влияет как на качество продукта, так и на энергоэффективность всего процесса. Наиболее существенными факторами, определяющими режим стерилизации, являются начальная и конечная температуры продукта, скорость и температура греющего воздуха, объем и тепловые характеристики тары и продукта.
Количество теплоты, передаваемое горячим воздухом стеклянной таре с продуктом, можно представить в виде [1]
Q = aFt(TCT - Тж),
(1)
данного случая внутренняя энергия полностью переходит в тепло.
При охлаждении тела от температуры Т до ТШн внутренняя энергия и перейдет в виде теплоты <2 в окружающую среду
dU = Q ,„„ d[P<V(T ~T-
dt dt
)]
—aF (T TK0H ), (2)
где Е и V - соответственно площадь поверхности и объем банки, с - теплоемкость; Т- температура, Т = Т(); Ткон - температура, относительно которой и = 0.
Тогда
где Е - площадь поверхности тары; t - время нагревания; Тст, Тж -температура стенки поверхности банки и продукта; а - коэффициент теплоотдачи, который зависит от плотности, вязкости, удельной теплоемкости, теплопроводности продукта, а также геометрических параметров формы и размеров стенки.
Вследствие сложной зависимости а от многих факторов, получить расчетное уравнение для него крайне сложно. Поэтому построим упрощенную математическую модель, которая позволит с достаточной точностью определять температуру продукта в стеклянной банке с течением времени при нагревании горячим воздухом со скоростью подачи ув и температурой Тв при различных начальных температурах продукта Тнач.
Для выявления вида уравнения сначала рассмотрим процесс конвективного охлаждения тела, так как для
d(T -TKoH )_ dt
aF
pcV
(T-T ).
V кон /
Решен„е уравнен„я (3) в общем в„де
t
ln(T -Tkoh ) =
pcV/aF
+ C.
(3)
(4)
Пусть Ь = рс^аЕ - величина постоянная, тогда С определяем из условия = 0) = Тнач, отсюда С = = 1п(Т- Тнач). Уравнение (4) примет вид
T-T
T -T
нач кон
кон п— t/L
— e ,
или
Продолжительность, мин
Рис. 1
Т = Ткон + (ТНаЧ -ТкоН)е-ЧЬ . (6)
Уравнение (6) описывает изменение температуры тела с течением времени t при охлаждении тела от температуры Тнач до Ткон.
Аналогично для процесса нагревания получим зависимость
или
Т = Тв - (Тв -ТНаЧ)е-ЧЬ. (8)
Для использования уравнения (8) необходимо определить значение параметра Ь. Для этого задействуем экспериментальные данные прогреваемости натуральных фруктовых соков в 3-литровой стеклянной банке при различных режимах нагрева: Тв 120-150°С; V 1,75-6,75 м/с; Тнач 50, 65 и 80°С. Нагревание проводили до температуры продукта 100°С.
На рис. 1 представлены кривые прогреваемости, рассчитанные по уравнению (8) при Ь = 60,16, и экспериментальные данные наименее прогреваемой точки консервов «Сок яблочный натуральный» в стеклянной банке СКО 1-82-3000 с вращением банки при скорости воздушного потока V 1,75 м/с и температуре греющего
Продолжительность, мин
Продолжительность, мин
Рис. 2
воздуха 150, 140, 130 и 120°С (кривые 1, 2,3,4 соответственно).
Графики показывают, что при скорости воздушного потока 1,75 м/с и температурах в интервале от 120 до 150°С все кривые прогреваемости хорошо воспроизводятся уравнением (8) при значении Ь = 60,16. Среднее квадратичное отклонение 0,44.
Расчет Ь по методу наименьших квадратов для скоростей 3,75 и 6,75 м/с дает соответственно значения 47,18 и 38,15. Экспериментальные значения и результаты расчетов для этих параметров приведены на рис. 2 и 3. Среднее квадратичное отклонение между экспериментальными и расчетными данными составляет соответственно 0,67 и 0,57.
Параметр Ь, который можно было принять как постоянную величину для одной скорости греющего воздуха, при различных скоростях изменяет свое значение. Зависимость Ь от V (рис. 4) существенно отличается от линейной. Аппроксимируя ее в виде экспоненциально убывающей зависимости, получим выражение
Ь^) = 32,42 + 27,73е-(^1,75)/3,17. (9)
Окончательно уравнение (8) запишем в виде
Т = Тв - (Тв -ТНаЧ)е-^ (10)
1/в, м/с
Рис. 3
Рис. 4
Среднее квадратичное отклонение между экспериментальными данными и результатами расчетов с использованием уравнения (10) равно 0,55.
Уравнение (10) достаточно хорошо описывает экспериментальные данные почти на всем интервале температур от 50 до 100°С, только при значениях близких к 100°С они несколько отличаются.
Уравнение (10) может быть полезным при поиске оптимальных режимов тепловой стерилизации натуральных фруктово-ягодных соков в зависимости от начальной температуры продукта, температуры греющего воздуха и его скорости, для определения времени
достижения определенной температуры продукта, а также позволяет сократить количество проводимых опытов.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.: Энергия, 1977.
Поступила 28.07.10 г.
MATHEMATICAL MODEL OF ROTATIONAL HEATING OF NATURAL FRUIT JUICE IN GLASS CONTAINER SKO 1-82-3000 IN THE STREAM OF HOT AIR
T.A. ISMAILOV, M.E. AKHMEDOV, V.V. PINYASKIN, A.F. DEMIROVA, M.M. RACHMANOVA
Daghestan State Technical University,
70, Imam Shamilprosp., Mahachkala, 367015;ph.: (8722) 62-37-61, fax: (8722) 62-37-97, e-mail: dstu@dstu.ru
It is received the mathematical model of heating fruit natural juices in a glass container SKO 1-82-3000 depending from time, reference temperature, speed and temperature of heating air. Received the equation, determines heating of the juice, revealed good conformity of theoretical calculations to experimental data.
Key words: thermal processing of products, a sterilization mode, heat irradiation factor, heating.
664.8.037.5
КИНЕТИКА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ТЕСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ С НЕЗАМЕРЗАЮЩЕЙ НАЧИНКОЙ
В.Е. КУЦАКОВА, С.В. ФРОЛОВ, Д.С. КАЗАКОВ
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий,
191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9; тел./факс: (812) 571-80-16, электронная почта: d.kazakov@pmk98.ru
Изложены кинетические закономерности процесса замораживания многослойных пищевых продуктов применительно к случаю, когда толщина слоев с разных сторон продукта различна, а один из составляющих продукт слоев вплоть до температуры -18°С лишь охлаждается. Получены аналитические уравнения для расчета времени замораживания подобных объектов.
Ключевые слова: замораживание, многослойные пищевые продукты, охлажденные слои.
В настоящее время в мясные и плодово-ягодные начинки тестовых полуфабрикатов, таких как блины, пироги, пельмени и др., вносятся добавки животного и растительного происхождения. Как правило, эти добавки обладают высокой влагосвязывающей способностью. При этом влага начинки, в зависимости от вида и количества добавки, в разном соотношении переходит из свободного состояния в связанное. Как известно, при снижении температуры объекта до крио-скопического значения свободная влага способна претерпевать фазовый переход из жидкого состоянии в твердое (лед), а связанная нет. С другой стороны, уменьшение количества свободной влаги приводит к снижению криоскопической температуры объекта, и, следовательно, к уменьшению времени достижения наперед заданной отрицательной температуры.
В настоящее время в промышленных объемах производятся такие начинки, как брусничная, вишневая, клюквенная, сгущенное молоко и др., в которых и при
достижении температуры -18°С не наблюдается фазового перехода воды в лед. Следовательно, начинка при снижении температуры до -18°С лишь охлаждается, тогда как тестовая составляющая продукта замораживается.
Ранее нами были разработаны методы расчета времени замораживания многослойных объектов, когда толщина слоев одного из составляющих изделие продуктов (например, тестового полотна) от верхней и нижней границ могла быть как одинаковой, так и разной [1-3]. При этом слои как блинного полотна, так и начинки замораживались, т. е. имели криоскопическую температуру выше -18°С. В случае, когда это условие не выполняется, т. е. верхний и нижний слои изделия при снижении температуры до -18°С замораживаются, а внутренний (начинка) лишь охлаждается, методов расчета времени замораживания не существует. В настоящей работе предлагается алгоритм расчета продолжительности такого процесса.
