CC BY
95
УДК 664.144
Р. А. Хайбулов, О. А. Петровичев, Ю. А. Максименко, Е. Д. Кромский Астраханский государственный технический университет
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕКТИНА
Очевидно, что при определении теплофизических характеристик (ТФХ) продуктов, к которым относятся коэффициенты теплопроводности X, температуропроводности а и удельная теплоемкость С, следует учитывать реальные условия проведения соответствующих технологических процессов для научного анализа процесса сушки, а также изучения кинетики и динамики процессов, их моделирования и оптимизации [1]. Для оценки влияния отдельных ТФХ на характер и продолжительность обезвоживания были изучены их зависимости от температуры и влажности пектинового экстракта. С использованием литературных данных получены аппроксимирующие уравнения функций Ст, 1, а = /(Ж, Т) (Ж- влажность; Т - температура) в реальном интервале Т и Ж. Полученная по формуле аддитивности с использованием литературных данных линейная зависимость удельной массовой теплоемкости Ст в кДж/(кг-К) от влажности Ж имеет вид
Ст (Ж) = {СР п - С Жн )-(1 - Ж )/(1 - Жн) + С Ж , (1)
где Ср п = 1 410 кДж/(кг-К) - удельная теплоемкость пектина при 303 К и начальной влажности Жн = 0,05 кг/кг, при которой известна теплоемкость; Су = 4 190 кДж/(кг-К) - теплоемкость воды (рис. 1).
С,, Дж/(кг-К)
4 500 4 ОСЮ Я 500
3 ООО 2 500 2 ООП
1 500 ---------------------------------------------
0,] 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,985
кг/кг
Рис. 1. Зависимость удельной массовой теплоемкости Ст от влажности в процессе сушки: Ж = 0,1-0,985 кг/кг
Анализ литературных данных показывает, что теплоемкость и теплопроводность пектина практически не зависят от его вида. Кроме того, в диапазоне температур от 293 до 363 К теплоемкость пектина практически не зависит от температуры, как и теплоемкость основных его составляющих - сухих пектиновых веществ и воды. Кроме того, в диапазоне температур от 293 до 363 К теплопроводность сухого пектина практически не зависит от температуры.
Имея зависимость теплопроводности воды от температуры, получим зависимость коэффициента теплопроводности X пектина от влияющих факторов: Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг.
1(Ж, Т) = 0,625 Ж + (-10-5 • (Т - 273)2 + 0,0024 • (Т - 273))- 0,07 . (2)
На рис. 2 представлено поле значений коэффициента теплопроводности X для реальных диапазонов температуры и влажности в процессе влагоудаления.
Рис. 2. Поле коэффициента теплопроводности X для Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг
Зависимость плотности пектина р, кг/м3, от влажности Ж, полученная по формуле аддитивности с использованием литературных данных, имеет вид
р(Ж) = (рн -р„-Жн )(1 - Ж )/(1 - Жн ) + р„-Ж , (3)
где рн = 1 420 кг/м3 - плотность пектина при 303 К и влажности Жн = = 0,05 кг/кг; ру = 1 000 кг/м3 - плотность воды. Плотность пектина (рис. 3) практически не зависит от его вида, а в диапазоне температур от 293 до 363 К плотность сухого пектина практически не зависит от температуры.
Имея зависимость плотности воды от температуры, получим зависимость плотности пектина р от Т и Ж (Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг).
р(Ж, Т) = 1449 - 447,3 • Ж + (-0,0033 • (Т - 273)2 - 0,1071 • (Т - 273)). (4)
Рис. 3. Поле значений плотности пектина р для реальных диапазонов влажности и температуры в процессе сушки: Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг
Зависимость коэффициента температуропроводности а от влияющих факторов (Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг) (рис. 4):
а (Ж, Т) = Х(м>, Т) /(Ст (Ж) • р(Ж, Т)).
(5)
Рис. 4. Значения коэффициента температуропроводности а для реальных температур и влажностей в процессе сушки: Т = 293-363 К, Ж = 0,1-0,985 кг/кг
Таким образом, проведен анализ и обобщение основных ТФХ пектина и пектиносодержащих продуктов и получены зависимости коэффициента температуропроводности а, теплопроводности X и удельной теплоемкости С пектинового экстракта от влажности и температуры для оценки влияния отдельных теплофизических свойств на характер и продолжи-
тельность обезвоживания. Для средней T = 323 К в температурном диапазоне сушки пектинового раствора Cm = 2 600 Дж/(кг • К), X = = 0,31 Вт/(м • К) при W = 0,45 кг/кг.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Алексанян И. Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М.: МГУПБ, 2001. - 52 с.
Получено 4.10.2006
THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF PECTIN
P. A. Khaibulov, O. A. Petrovichev, Yu. A. Maksimenko,
E. D. Kromsky
The results of the analysis and generalization of main thermophysical properties of pectin and products containing pectin are shown in the paper. Coefficient dependences of thermal diffusivity, thermal conductivity, thermal capacity and density of a pectin extract on the influencing factors that are necessary for an assessment of influence of some thermal properties on the character and duration of dehydration are also received there.
