Кинетика замораживания тестовых полуфабрикатов с незамерзающей начинкой Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

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: [email protected]

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: [email protected]

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.

Чь Рь А 1

147 с = 2,5 мин. (1)

Чь РьА;

2Х,

(2)

1113 с -147с = 966с = 16,1 мин.

Б1 =

— = 0,34; к = — -1= 0,6;

X,-

Б1(к + 1)(Б1 + л/2к+6 )(к + 242к + 6 + 5)

Л,

4Б12 + 4(4 2к + 6 + 2)Б1 +

+л/2к + 6 (к + 242к + 6 + 5) (2Б1 + к + 7 2к + 6 + 3)У2к + 6

Рассмотрим замораживание блина, представляющего собой параллелепипед размерами — х —2 х —3 = = 10 х 5 х 2 см, внутри которого находится начинка, а снаружи - блинное полотно (рисунок).

Решение подобной задачи затруднено тем, что по технологическим причинам толщина блинного полотна сверху и снизу блина существенно различается: сверху блинное полотно лежит в один слой, а снизу - в восемь слоев. Кроме того, начинка не замерзает, а лишь охлаждается. Пусть начинка имеет толщину А = 0,011 м; толщина самого блинного полотна с одной стороны А1 = 0,001 м, а с другой А2 = 0,008 м (А1 < А2). Теплофизические параметры начинки и блинного полотна принимаются следующими: удельная теплота кристаллизации воды в тестовом полотне чь = 1,32 • 105 Дж/кг (с учетом влажности, доли вымороженной воды, начальной и конечной температур), теплоемкость начинки С, = 3,8 • 103 Дж/(кг • °С); плотности блинного полотна рь = 800 кг/м3, начинки р,- = 1000 кг/м3; теплопроводность блинного полотна Хь = 0,3 Вт/(м • °С), начинки X, = 0,6 Вт/(м • °С); криоскопическая температура блинного полотна 'сгЬ = —1°С, начальная температура блинного полотна '0 = 20°С. Пусть температура охлаждающего воздуха 'а = —31°С, скорость обдува 2 м/с, коэффициент теплоотдачи а = 20 Вт/(м2 • °С) Коэффициент формы для такого параллелепипеда составляет Ф = -^1-^2-^3/((^1-^2 + -1-3 + -2—3)—3) = 0,625.

Процесс замораживания состоит из 3 этапов. На первом этапе т1 промораживается тонкий слой блинного полотна А1, продолжительность этого этапа

4Б12 + 4(4 2к + 6 + 2)Б1 + ' +4 2к + 6 (к + 242к + 6 + 5) кХх

(к + 3)

0,50;

1,00;

'■ “ 'а +(' 0 - 'а )Л- (

4 С.

Факт, что охлаждение идет с одной стороны, мы учли, используя в качестве характерного размера всю толщину начинки, а не ее половину, как при симметричном охлаждении. Также учтено термическое сопротивление замерзшего блинного полотна.

На третьем этапе идет доохлаждение начинки до требуемых 'об = —18°С. Процесс охлаждения уже двусторонний, поэтому необходимо пересчитать значения констант по тем же формулам, подставив в них половину толщины начинки. Получим Б1 = 0,17; к = 0,26; Лт = 1,00. Тогда требуемое время доохлаждения:

С Р.(А/2)г |п( Лт(>,- >. )1

кХ,.

539с = 9,0 мин.

На втором этапе х2 домораживается толстый слой блинного полотна А2:

При этом со стороны тонкого слоя блинного полотна идет охлаждение начинки. Мы полагаем, что процесс охлаждения идет лишь с одной стороны (со стороны непромерзшего толстого слоя блинного полотна температура заведомо выше криоскопической, и мы пренебрегаем охлаждением с этой стороны). Используя полученные ранее [3] соотношения для охлаждения тел, считаем среднеобъемную температуру начинки по окончании второго этапа х2:

Итоговая продолжительность замораживания блина определяется как сумма продолжительностей трех этапов:

х = х 1 + х 2 + х 3 =

= 2,5 мин + 16,1 мин + 9,0 мин = 27,6 мин.

В работе [1] для этих же условий было рассчитано время замораживании блина с начинкой, но при условии замораживания как блинного полотна, так и слоя начинки. Итоговая продолжительность в этом случае составила 40,8 мин, т. е. в 1,5 раза больше. Однако в промышленных условиях этот факт не учитывается, и потоки продукции с замерзающей и незамерзающей начинкой пребывают в камере замораживания одинаковое время. Разделение этих потоков и дифференциация продолжительности замораживания продуктов с различными начинками приведет к существенной экономии энергии, затрачиваемой на замораживание.

ЛИТЕРАТУРА

1. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Шкотова Т.В., Казаков

Д.С. Кинетика замораживания многослойных пищевых продуктов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 2-3. - С. 102-103.

2. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Филлипов В.И., Данин В.Б. Холодильная технология. Теплофизические основы. - СПб.: Гиорд, 2007. - 223 с.

3. Бараненко А.В., Куцакова В.Е., Борзенко Е.И., Фролов С.В. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. Теплофизические основы. - СПб.: Гиорд, 2008. - 272 с.

Поступила 22.02.11 г.

-1

3

' сгЬ 'а

2

2

' сгЬ 'а

KINETICS OF FREEZING OF BATTER SEMI-FINISHED PRODUCTS WITH NONCONGEALABLE FILLING

V.E. KUTSAKOVA, S.V. FROLOV, D.S. KAZAKOV

Saint-Petersburg State University of Low-Temperature and Food Technologies,

9, Lomonosova st., Saint-Petersburg, 191002; ph./fax: (812) 571-80-16, e-mail: [email protected]

In the abstract the kinetics regularities of the freezing process relating to the case when layers thickness is various from the different sides of the products and One of the layers of a batter semi-finished product does not become frozen even at the temperature of -18°C. The analytic equations for time calculation of the freezing process of such objects are obtained.

Key words: freezing, multilayered food products, cooled layers.

621.31.004.18

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С МОМЕНТОМ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТИПА ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ПО НАПРЯЖЕНИЮ И ТОКУ

Ю.П. ДОБРОБАБА, Т.С. ЖИВОДРОВ, В.В. ЛЮЛЬКОВИЧ

Кубанский государственный технологических университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: [email protected]

Автоматизация технологических процессов достигается на основе позиционных электроприводов. Предложены три вида оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с моментом сопротивления типа вязкого трения при ограничениях по напряжению и току. Определены параметры для предложенных видов диаграмм.

Ключевые слова: электропривод, диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода, параметры диаграммы.

На предприятиях различных отраслей пищевой промышленности применяются позиционные электроприводы (ЭП) постоянного тока с моментом сопротивления типа вязкого трения. В монографии [1] разработаны оптимальные по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода (ИОЭП) постоянного тока с постоянным по значению моментом сопротивления.

В настоящей работе разрабатывается оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения ИОЭП постоянного тока с моментом сопротивления типа вязкого трения при ограничениях по напряжению и току.

Математическая модель ЭП:

й/

и=Се + л я 4+4 -т;

аг

См 4 = К с + З--; •

-г

-г ’ _

где и - напряжение, приложенное к якорной цепи электродвигателя, В; 1я - ток якорной цепи электродвигателя, А; ш - угловая скорость ИОЭП, рад/с; ф - угол поворота ИОЭП, рад; Се - коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС электродвигателя, В • с/рад; См - коэффициент пропорциональности между током и моментом электродвигателя, В • с; 4я, Я - индуктивность, Гн, и сопротивление, Ом, якорной цепи электродвигателя; К - коэффициент пропорциональности между угловой скоростью ИОЭП и моментом сопротивления ЭП, Н • м • с/рад; З - момент инерции ЭП, кг • м2.

Критерий оптимизации - быстродействие. Ограничения по напряжению и току:

-идоп <и(г)<идоп ;|

-4оп < 4(г ) < 1 доп

где идоп - допустимое значение напряжения, приложенного к якорной цепи электродвигателя, В; /доп - допустимое значение тока якорной цепи ЭП, А.

Начальные и конечные значения контролируемых координат:

и(о) = 0; и(4 ) = 0;

I .(0) = 0; (0) = 0;

(°)= На

. ^(4 ) = 0

Т )=°;

(ТЦ )= КО,

где фНач, фкон - начальное и конечное значения угла поворота ИОЭП, рад; Тц - длительность цикла, с.

Характеристическое уравнение системы при отсутствии токоограничения

Р

L. J

При выполнении условия

R. J ± Lя К с

>

4 J

2