Оценка потенциала тепловлагопереноса при сушке в кондиционированном воздухе слоя вязкого пищевого продукта на сферическом инерте с внутренним источником тепла Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

"аблица 3

ие

юв

ий, с зренью

\) слегка )речью

Горечь,

[кус

№, не 1 вкус

Деления |ет быть гании с ильных ы pH.

М., Левов, обра-ва, полу-// Изв. ■3. - С.

гвование еного яч->м, 1971.

солода и 68.

|ва Т.Л.

ой сыво-/ / Изв. 1-3. -

>ге сусла [воротки №1,-

я молоч-|«-сть. —

солода и гоом-сть,

ртов для метод их

66.047.1.001.573

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ТЕПЛОВЛАГОПЕРЕНОСА ПРИ СУШКЕ В КОНДИЦИОНИРОВАННОМ ВОЗДУХЕ СЛОЯ ВЯЗКОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА НА СФЕРИЧЕСКОМ ИНЕРТЕ С ВНУТРЕННИМ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛА

В.М. ШЛЯХОВЕЦКИЙ, Ю.В. ГОРДИЕНКО го воздуха. Одновременно протекающие при этом

Кубанский государственный технологический университет тепло-, хладо- И оарометрический обмены обуслов-

Конвективную сушку пищевых продуктов, в том числе и вязкой концентрации, проводят при температурах сушильного агента (воздуха) 100°С и выше [1]. По традиционным представлениям процесс сушки протекает в такой последовательности: в первой стадии понижающееся среднее влагосо-держание продукта И1 сопровождается подводом тепла и повышением температуры поверхности продукта; во второй стадии и2 изменяется мало, а скорость сушки и температура продукта становятся постоянными [1-3]. При отводе влаги из продукта температура поверхности непрерывно повышается, приближаясь к температуре горячего воздуха. Это приводит к денатурации белков, окислению жиров, карамелизации, потере ароматики, витаминов и др. Поэтому в последние годы находит применение низкотемпературная сушка [4], где параметры воздуха — температура и влагосодер-жание — доводятся соответственно до значений t от 10 до 50°С и dBi не более 3 г/кг с.вз, чем обеспечивается сохранение высокого качества высушенного продукта.

Использование в процессах низкотемпературной сушки компрессионных термотрансформаторов (тепловых насосов) позволяет утилизировать теплоту термотрансформации. Рассмотрена такая организация процесса сушки, при которой сферические частицы инерта утилизируют теплоту термотрансформации, после чего на них наносится слой вязкого пищевого продукта и частицы с продуктом продуваются потоком кондиционированно-

Рис. 1

ливают перенос влаги со слоя продукта в кондиционированный воздух.

Таким образом, для проведения эффективной низкотемпературной сушки в кондиционированном воздухе необходимо рассчитать продолжительность сушки гс, процесс изменения средней температуры продукта Т и среднего влагосодержания продукта и, анализируя динамику изменения полей температуры Т(х, у, г), парциальных давлений водяного пара р(х, у, г) и влагосодержаний и{х, у, г), учитывая температуру нагрева сферической частицы инерта Т0 и параметры кондиционированного воздуха <рс; йс, при условии

рп>рс, <р<<рвз, у поверхности продукта.

Согласно принципиальной схеме модели (рис. 1) принимаются следующие исходные условия: участвующая в процессе сушки частица сферической формы радиуса /?, инертна к наносимому продукту Я2, негигроскопична, имеет плотную наружную поверхность и не содержит газовых включений; слой продукта толщиной бсл характеризуется капиллярно-пористым строением с открытой структурой пор; предусматривается равномерный отвод паров с поверхности сферы в кондиционированный воздух, параметры которого поддерживаются постоянными в процессе сушки.

Частица аккумулирует количество тепла <?2К и характеризуется температурным потенциалом АТ'дк = Тчкг - Гвз; принимается, что объем нанесенного на частицу продукта V является линейной функцией и, например, в виде

Упр = Уо(1+0гД

где У0 — объем абсолютно сухого продукта, м3;

_ коэффициент объемной усадки, величина безразмерная, равная относительному уменьшению объема при изменении влагосодержания на 1 кг/кг,

что обусловливает изменение Я2 частицы со слоем продукта в виде соотношения

1 4 л

Характер процессов тепловлагообмена в модели (рис. 1) при раздельном протекании этапов сушки представлен на рис. 2. На первой стадии, продолжительностью г,, происходит понижение температуры наружной поверхности ?2 слоя продукта и следующее, с запаздыванием во”времени, — внутреннего слоя обусловленное, с одной стороны,

.Те

Тит

It.

Рис. 2

теплопроводностью продукта Я2 и термическим сопротивлением слоя <5СЖ/АМ, с другой — теплопод-водом к слою аккумулированного частицей тепла д , Среднее влагосодержание продукта и резко убывает, так как парциальное давление на его наружной поверхности весь период г1 остается соответствующим состоянию насыщения, а в воздухе значение рвз<рнас. На второй стадии, продолжительностью г2, в результате полного отвода (?ак температура частицы tчxт становится равной температура 12 остается постоянной и равной температуре адиабатического насыщения кондиционированного воздуха (мокрого термометра) 1ит. Так как tl достигает значения 1т с запаздыванием из-за увеличения термического сопротивления ба/Х2, то величина Я, снижается из-за осушения слоя. Температурный градиент VТ внутри материала, при постоянном перепаде температур А? = - ?вз,

равен нулю, и отвод влаги обеспечивается наличием разности парциальных давлений Ар2 = р12 - рву На третьей стадии процесса сушки, продолжительностью г3, влагосодержание продукта приближается к равновесному значению и ; £2 повышается, приближаясь к значению £вз по сухому термометру, наличие температурного потенциала Atвaг = 12Ъ -- 113 способствует досушиванию продукта, по мере осушения слоя повышается при этом градиент температуры уменьшается и при достижении равновесного влагосодержания ир величина Д?вн3 становится равной нулю.

Поскольку по сравнению с первой на второй и третьей стадиях интенсивность отвода влаги резко снижается, целесообразно обеспечивать совмещенное проведение первого и третьего этапов (рис. 3), для чего необходимо оценить соответствие количества теплоты д

параметрам частицы Rv слоя

и кондиционированного

продукта (бсл, С цсл;нач) воздуха.

Для этого рассмотрим систему дифференциальных уравнений, решение которых даст возможность перейти к аналитическим расчетным зависимостям, позволяющим решать конкретные приложения.

Применительно к первому этапу рассмотрим теплоперенос от сферической частицы к слою продукта при граничном условии четвертого рода. Для одномерного нестационарного температурного поля в шаре дифференциальное уравнение теплопроводности имеет вид [2, 3]

дТ1 (R, г)

/Э2Г,

дт

= а,

10L.

dR2 г R dR

(1)

при начальных условиях

О<R<Rt при х = О,

Г, (Я, 0) = Т0 = const и граничных условиях

ВД, г) = Г2(й„ г),

dR

= я„

R = Л,

dR

(2)

(3)

где Я) — коэффициент теплопроводности материала частицы, Вт/(м-К);

'дТ}

dR

= 0.

(4)

' ) к = о

Применительно к тепловлагопереносу в слое продукта рассмотрим происходящие процессы при граничных условиях третьего рода — для внешней поверхности и четвертого рода — для внутренней поверхности слоя продукта.

Рис. 3

Система дифференциальных уравнений диффузионного тепловлагопереноса для анализируемой модели примет вид

ди (R, т) дг

— а

д и

_____ 2_ ди]

dR2 + R dR I

+ аи 4>t

d2T? 2 d Т,

~dW + ~R Hr

(5)

с)Т2 (R,г)

дт

— а

dR2 + R dR при начальных условиях

/?, <R<R2 при г = 0, u = и0 = = const;

Т2 - Т0 = Т0 = const и граничных условиях

[q (т)] 2 = Я2

К(х)\=~а^

(д L

dRj r = r2

+ r.( 1 - е) \qu(г)] 2 ; (7)

дТ2

г Гэя I „

I У

, (8)

где

Сред

жания

Пло'

наружі

составі

где

Для

щейся

перату

М.Л. К

Красно% торгово

При стей д ции) й цесс ю в лите конкре

(1)

(2) - (3)

одности

■К);

(4)

в слое ссы при яешней гренней

г Т К ’ "^кач

Тмт

диффу-

руемой

(5)

■I <6)

г; (7)

где

коэффициент потенциалопровод-ности продукта, зависящий от его влагосодержания и температуры, м2/с;

термоградиентный коэффициент, зависящий от капиллярно-пористой структуры продукта, его влагосодержания и температуры, кг/(кг;К), в виде ди_ |

плотность потока влаги на поверхности слоя продукта, кг/(м2,с); коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; теплота фазового перехода воды, Дж/кг;

удельная теплоемкость воды, Дж/(кг-К);

критерий фазового превращения, равный ./сЫ (йи, — изменение

где

С.Пр

— коэффициент массообмена, отнесенный к разности давлений

кг/м2-сПа)

влагосодержания за счет фазового перехода, Iйи — полное изменение влагосодержания, с!и = + йиж,

ёиж — изменение влагосодержания за счет переноса жидкости); — плотность сухого продукта, кг/м3. Средние значения температуры Т0 и влагосодержания и в слое продукта определятся как

Т0 = ~ $Тйь и й = тг-/ш/и .

>пр « пр V

Плотность теплового потока я(т)2, отводимого с наружной поверхности слоя продукта, Дж/(м2-с), составит:

<?(г)2 = авз(Гвз - Г2), (9)

где авз — коэффициент теплоотдачи к конди-ционированному воздуху,

— Дж/(м -с-К);

Твз — средняя температура потока воздуха у частицы, К.

Для второго этапа, характеризуемого понижающейся температурой частицы и неизменной температурой слоя продукта,

<7, = <'М ~ Р::)’ ? (10)

р2, рш — парциальное давление водяного пара, соответственно, на наружной поверхности слоя и среднее значение для потока воздуха, Па.

Для третьего этапа, характеризуемого повышающейся температурой продукта,

Ча = М,Р(“23 " «р)’ (П)

где /3 — коэффициент массообмена, отнесенный к разности влагосодержа-ний и23 - и , м/с; и23 — влагосодержание на наружной поверхности в слое на третьем этапе, кг/кг;

ир — равновесное гигроскопическое влагосодержание, кг/кг. Совместным решением уравнения (1), при начальных и граничных условиях (2)-(4), и системы уравнений (5)-(6), при начальных и граничных условиях (7)-(8), определяются поля температур ТД/?, г), Т2(Я, г), влагосодержаний и(Я, г) и парциальных давлений р(Н, т) в процессе сушки. Зная поле влагосодержаний и(Я, г), можно определить продолжительность сушки гс [1]. Рассмотрев поставленную задачу для разных условий сушки, найденные решения можно обработать и получить такие аналитические зависимости, которые позволят, приняв параметры кондиционированного воздуха tc, <рс; ьг, размеры Я, и количество аккумулированной теплоты частицы определять толщину наносимого слоя продукта <5СД, которым обеспечиваются условия совмещения первого и третьего этапов сушки (рис. 3) для конкретного высушиваемого продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гинзбург А.С. Сушка пищевых продуктов. — М.: Пище-промиздат, 1960. — 684 с.

2. Лыков А.В., Теория сушки. — М.: Энергия, 1968. — 472 с.

3. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. — М.:Энер-гия, 1972. — 560 с.

4. Шаззо Р.И., Шляховецкий В.М. Низкотемпературная сушка пищевых продуктов в кондиционированном воздухе. — М.: Колос, 1994. — 119 с.

Кафедра холодильных и компрессорных машин и установок

Поступила 15.04,97

665.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ И МАСЕЛ НА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ

М.Л. КОНОВАЛОВ, С.Г. ЕНЮТИНА, В.М. ЛЕОНТЬЕВ

Красноярский государственный >

торгово-экономический институт

При рассмотрении кинетических закономерностей дезодорации (дистилляционной нейтрализации) недостаточно изучено влияние на этот процесс коэффициента насыщения. Данные по нему в литературе приводятся, как правило, без учета конкретных условий работы — температуры, дав-

ления, высоты барботажного слоя, состава отгоняемых компонентов и т. п.

С целью изучения влияния коэффициента насыщения на кинетику отгонки были разработаны математические модели дезодорации 11, 2], которые включают в себя величины, нуждающиеся в экспериментальном определении. На первом этапе для анализа построенных математических моделей использовали уже опубликованные сведения [3], а для получения новых данных был создан экспериментальный стенд, принципиальная схема которо-