Постановка задачи тепломассопереноса процесса горячей сушки рыбы

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Пищевая промышленность


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 664. 8/. 9
Постановка задачи тепломассопереноса процесса
горячей сушки рыбы.
Д.т.н. Вороненко Б. А., Пеленко В. В., аспирант Стариков В. В.
Как известно [1], горячей сушкой называется способ консервирования, при котором удаление вода из рыбы осуществляется воздухом с высокой температурой (80 — 200°С). Рыба, высушенная таким способом, содержит от 6 до 30% воды.
Существуют два совершенно противоположных мнения относительно выбора температурного режима горячей сушки рыбы [2].
Сторонники медленной сушки рыбы, при температуре 120−140°С, считают, что такой способ исключает подгорание или пересушивание рыбы и придает высокие вкусовые качества продукту- сторонники быстрой сушки рыбы при температуре 160−200°С считают, что такой температурный режим значительно ускоряет процесс сушки и при внимательном ведении процесса также исключает подгорание или пересушивание продукта и придает ему высокие вкусовые качества.
Из опыта работы промышленности следует, что при горячей сушке рыбы необходим комбинированный температурный режим — с высокой температурой сушки в начале процесса и значительным понижением её в конце сушки.
Дегустация сушеной продукции, высушенной в печах различной конструкции, показала, что наилучшими вкусовыми качествами обладала рыба, высушенная в обыкновенной русской печи или печах, работающих по этому принципу [2].
Рассмотрим один из этапов приготовления крупы из крупной рыбы с предварительным её пропеканием или варкой — пропеканием в сушильной печи.
После разделки, мойки и соления в слабом тузлуке при температуре 10−12°С, подсушенные тушки раскладывают на противень и ставят в сушильную печь. Тушки рыбы кладут не прямо на дно противня, а на деревянные рейки, чтобы рыба не прилипала к дну. В печи рыбу пропекают в течение 2,5ч при температуре 150−170°С до тех пор, пока мясо её станет плотным и будет свободно отделяться от позвоночной кости.
Для рассматриваемого этапа характерен молярно-молекулярный высокоинтенсивный тепло- и массоперенос. Поэтому для нахождения полей температуры, влагосодержания и давления внутри капиллярнопористого тела-рыбы — необходимо решить известную систему дифференциальных уравнений совместного тепломассопереноса [3] с учетом соответствующих условий взаимодействия тела (тушки рыбы) с окружающей средой (краевых условий):
01/0т = ад У21 + (ег/сд) • (0и/0т) — (1)
Эи/Эт = ашУ2и + аш5У21 + арсрУ2р- (2)
Эр/Эт = арУ2р — (е/ср) • (Эи/Эт). (3)
Обрабатываемый продукт принимаем за тело одной из основных геометрических форм — неограниченную пластину.
Радиационные источники теплоты являются источниками «тёмного» инфракрасного излучения. Под ИК-излучением понимают невидимую глазом область облучения, примыкающую к красной части спектра. В общем спектре электромагнитных колебаний
ИК-лучи занимают сравнительно небольшой участок с длинами волн от
0. 76. до 750 мкм [4,5]. Нагрев пищевых продуктов осуществляется следующими видами теплообмена: конвекцией и лучеиспусканием. При этом на первом этапе исследования конвективным теплообменом от окружающего воздуха при составлении математической модели пренебрегаем, причем, чем выше температура источника радиационного инфракрасного излучения, тем обоснованнее эта предпосылка [4].
Лучистый поток через поверхность тела принимаем постоянным. Согласно [6] ошибка от такого допущения не превышает 6%.
Лучистый поток, проникая в продукт, затухает по экспоненциальному закону
w = '-п ехр[-к (1-х)], (4)
где '- - мощность лучистого потока по координате тела- '-п — мощность лучистого потока поглощенного поверхностью тела- к — коэффициент поглощения- 1 — толщина продукта.
При 1 & gt- 10 мм и высоком значении к лучистый поток '- быстро затухает по мере проникновения в продукт [7], и можно считать, что вся энергия отдается поверхности, а в нагреве внутренних слоев не участвует. В этом случае инфракрасный источник теплоты учитывают не в уравнении теплопроводности, описывающем теплообмен внутри тела, а в граничном условии [6].
Для упрощения системы уравнений (1) — (3) примем следующие допущения:
1. ввиду сравнительно медленного изменения влагосодержания и со временем при ИК — нагреве опустим в уравнении (1) член (ег/сд)-(Эи/Эт), а в уравнении (3) — составляющую (е/ср)-(Эи/Эт) —
2. на основании многих экспериментальных данных [5] пренебрегаем членом аш5У21 в уравнении (2), т. е. не будем учитывать процесс термодиффузии влаги и изменения влагосодержания.
Таким образом, при ИК — облучении нагрев происходит с поверхности, а внутренним слоям рыбы теплота передается теплопроводностью, влагопроводностью и молярным процессом типа фильтрации под действием градиента нерелаксированного давления.
Принимая теплофизические характеристики обрабатываемого продукта в процессе копчения постоянными, с учетом указанных упрощений опишем
нагрев внутренних слоев рыбы в сушильной печи следующей краевой задачей связанного тепло- и массопереноса: требуется решить одномерную систему уравнений 0t (x, i)/0T = aq (02t/5×2) —
0и (х, т)/0т = am (02u/5×2) + apcp (02p/0×2) —
0p (x, i)/0i = ap (02p/0×2)
(0 & lt- x & lt- l, т & gt- 0) при следующих условиях: t (x, 0) = to = const- u (x, 0) = uo = const- p (x, 0) = 0-
-^•[0t (l, T)/0x] - г^ж + qи = 0-
-am •[5u (l, T)/5x] + am5^[5t (l, T)/5x] + в[и (1,т) — up] = 0- p (1,T) = 0-
5t (0,T)/5x = 5u (0,T)/5x = 5p (0,T)/5x = 0-
Здесь
(5) — уравнение теплопереноса (теплопроводности) —
(6) — уравнение влагопереноса-
(7) — уравнение молярного массопереноса-
(8) — (10) — начальные условия-
(11) — граничное условие второго рода, задающее поток теплоты через
поверхность тела-
(12) — граничное условие третьего рода, описывающее влагообмен тела с
окружающей средой-
(13) — граничное условие первого рода, отражающее факт выравнивания
внутреннего избыточного давления воздуха на выходе его на поверхность материала-
(14) — условие симметрии.
Вывод
1. Предложена физическая и соответствующая упрощенная математическая модель тепловой обработки рыбы в сушильной печи в виде совместного тепломассопереноса внутри тела (рыбы), обусловленного передачей тепла продукту от ИК — источника, нагретого воздуха и стенок печи.
2. Аналитическое решение краевой задачи (5) — (14), определяющее распределения полей температуры и влагосодержания, дает возможность определить темп нагревания, удельный расход энергии для поддержания необходимого режима.
3. После экспериментальной проверки и аналитического исследования с помощью компьютера разработанная математическая модель может быть рекомендована для инженерных расчетов и может послужить основой для оптимизации процесса горячей сушки рыбы.
(5)
(6) (7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
Обозначения.
1 = 1-(х, у, ъ, т) — температура- и = и (х, у, ъ, т) — влагосодержание- р = р (х, у, ъ, т) — избыточное (нерелаксированное) давление- т — время- х, у, ъ — координаты-
ад — коэффициент температуропроводности- е — коэффициент фазового превращения- г — удельная теплота парообразования- сд — удельная теплоемкость материала- аш — коэффициент потенциалопроводности влаги- 5 — термоградиентный коэффициент- ар — коэффициент молярного переноса- ср — удельная пароемкость среды- У2 =02/0×2 + д/ду2 + 52/^2 — оператор Лапласа- X — коэффициент теплопроводности- дж — плотность потока влаги, подводимого к зоне испарения поверхности тела- ди — поток лучистой энергии через поверхность тела-
в — коэффициент влагообмена- ир — равновесное влагосодержание. Литература:
1. Касьянов Г. И., Золотокопова С. В. Технология копчения мясных и рыбных продуктов. — Москва — Ростов-на-Дону: изд. центр «Март», 2004 — 208с.
2. Воскресенский Н. А. Технология посола, копчения и сушки рыбы. М.: Пищпромиздат, 1958. — 547с.
3. Лыков А. В., Михайлов Ю. А. Теория тепло и массопереноса. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 535с.
4. Гинзбург А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. — М.: пищевая пром-ть, 1966 — 376с.
5. Рогов И. А., Некрутман С. В. СВЧ и ИК-нагрев пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1976 — 210с.
6. Лыков А. В. Тепло- и массообмен в процессе сушки. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1956. — 464с.
7. Гинзбург А. С. Основы теории и техника сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая пром-ть, 1973. — 528с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой