logo
А26886=2 Куцакова ВЕ Уварова НА Мурашев Св и др Примеры и за

Расчет продолжительности охлаждения и замораживания рыбы

Для расчета продолжительности охлаждения рыбы можно воспользоваться приближением регулярного теплового режима. Для тела произвольной формы при длительных процессах температура t (C) может быть приближенно описана следующим выражением;

ttср + (tнtср) Aexp {m },

где величина m, называемая темпом охлаждения, с1, не зависит от того, в какой точке тела измеряется температура t, а коэффициент А от нее зависит; tср  температура окружающей среды, С; tн  начальная температура рыбы, С;   продолжительность охлаждения, с.

Для расчета по этой формуле необходимо уметь определять темп охлаждения m и значение констант А для интересующих нас точек. Обычно задаются необходимым значением среднеобъемной температуры tоб, однако необходимо также следить за тем, чтобы поверхность продукта не подмерзала, т. е. температура поверхности tпов не опускалась ниже криоскопической tкр. Таким образом, необходимо знать значения констант Аоб и Апов для среднеобъемной и поверхностной температур соответственно. Справедливы следующие соотношения:

;

;

;

;

,

где   коэффициент формы рыбы; R  характерный размер рыбы, т. е. расстояние от поверхности до наиболее удаленной от нее точки, м; V  объем рыбы, м3; S  площадь поверхности рыбы, м2; ан  температуропроводность незамороженной рыбы, м2/с; Сп  теплоемкость рыбы, Дж/(кгС); н  теплопроводность, Вт/(мС);   плотность, кг/м3;   коэффициент теплоотдачи от поверхности рыбы, Вт/(м2С); Biн  число Био для незамороженной рыбы;   некоторый параметр, который может быть точно определен лишь для тел простой формы (бесконечные пластина и цилиндр, шар) и некоторых простейших составных форм (бесконечный прямоугольный брус, параллелепипед, конечный цилиндр).

Однако имеется простая приближенная аппроксимирующая формула

Что же касается коэффициента Аоб, то при не очень больших значениях числа Био, которые, как правило, имеют место при воздушном охлаждении, его значения практически равны единице.

В качестве примера рассмотрим охлаждение тушек судака и щуки, геометрические параметры которых приведены в табл. 26. Теплофизические параметры тушек принимаются следующими: теплопроводность не-замороженной части н = 0,53 Вт/(мС); теплоемкость незамороженной части Сн = 3480 Дж/(кгС); плотность  = 910 кг/м3; температуропроводность ан = 1,6710–7 м2/с; начальная температура tнач = 20 С.

Таблица 26

Геометрические параметры тушек рыбы

Наимено-вание

Длина,

м

Высота, м

Ширина, м

Площадь поверхности, м2

Объём, м3

Коэффициент формы

Судак

0,4

0,095

0,065

0,0740

0,00088

0,37

Щука

0,385

0,07

0,045

0,0556

0,00049

0,39

Пусть тушки обдуваются холодным воздухом со скоростью 5 м/с. Коэффициент  теплоотдачи при такой скорости обдува, рассчитанный по известным эмпирическим формулам для обдувания тел, составляет  = 38 Вт/(м2С) для обоих видов рыб. Тогда значения числа Био составля-ют: для судака Biн = 2,3, для щуки Biн = 1,6; значения параметра  = 4,0 для судака и  = 3,0 для щуки. Охлаждение тушек можно проводить до того мо-мента, когда температура поверхности достигнет криоскопической, которая составляет tкр = 0,9 С. Дальнейшее продолжение процесса приведет к под-мораживанию поверхности тушки. В табл. 27 приведены значения среднеобъемной температуры тушки на момент охлаждения и продолжительность процесса для различных значений температуры охлаждающей среды tср.

Из данных табл. 27 видно, что применение воздуха более низкой температуры сокращает продолжительность процесса, но при этом увеличивается достигаемая в ходе процесса среднеобъемная температура тушки, причем это увеличение более существенно для крупных тушек, чем для мелких.

Таблица 27

Параметры тушек рыбы на момент охлаждения

Наимено-нование

tср = 4 С

tср = 6 С

tср = 8 С

tср = 10 С

tоб

, мин

tоб

, мин

tоб

, мин

tоб

 мин

Судак

+0,8

42

+0,2

31

+3,1

24

+4,2

20

Щука

+0,2

29

+1,0

22

+1,7

18

+2,5

15

Для расчета продолжительности замораживания в холодильной технологии обычно используют формулу Планка

,

где з – продолжительность замораживания, с;   теплопроводность замороженного тела, Вт/(мС); q – удельная теплота, отводимая от тела за время процесса, определяемая из соотношения

q = Cм (tначtкр) +  w L0 + Cм(tкрtкон),

где См – теплоемкость замороженной рыбы, Дж/(кг С); tкон – конечная среднеобъемная температура продукта, С; L0 – удельная теплота фазового перехода вода-лед, Дж/кг, L0 = 3,3105 Дж/кг; w – влагосодержание рыбы;   доля вымороженной воды в тушке при температуре tкон.

Рассмотрим в качестве примера замораживание тех же тушек судака и щуки при таком же обдуве воздухом с той же скоростью. Примем параметры тушек следующими: теплопроводность замороженной части  = 1,18 Вт/(м С); теплоемкость замороженной части См = 1840 Дж/(кг С); влажность w = 0,8; необходимая конечная среднеобъемная температура tкон = 18 С; доля вымороженной воды при этой температуре  = 0,97. Прочие параметры такие же, как и в рассмотренном выше примере для охлаждения. Удельная теплота q = 3,6105 Дж/кг. При температуре воздуха tср = 30 С продолжительность замораживания судака з = 90 мин, а продолжительность замораживания щуки з = 59 мин.