Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

чие волны размываются, в результате чего воздействие колеба­ ний на теплоотдачу заметно меньше.

Зависимость теплоотдачи от частоты колебаний при постоян­

сельта в случае колебаний (Nu) и без них (Nil'). Больше всего теплоотдача изменилась в случае ламинарного режима Re = = 1440. Увеличение теплоотдачи наблюдается с ростом частоты.

Рис. 243. Влияние колебаний на теплоотдачу:

а — зависимость теплоотдачи от частоты колебаний среды; 6 — график Nu=/(Re, Рг).

Это связано с тем, что толщина пограничного слоя с увеличе­ нием частоты несколько уменьшается. В потоке же с развитой турбулентностью величина его мала, поэтому и действие коле­ баний проявляется слабее. Однако в маловязких жидкостях коэффициент теплоотдачи больше зависит от амплитуды, чем от частоты.

Так, при условиях, приведенных на графике (рис. 243, б), теплообмен описывается следующим критериальным уравнением:

С помощью графика (см. рис. 243, б) можно определить значе­ ния Nu, что позволяет легко найти а.

Вместе с тем следует учитывать, что не всегда вибрации улуч­ шают теплообмен; так, в случае кипения жидкости принуди­ тельные колебания ухудшают процесс теплоотдачи. Теплоотдачу концентрированных сахарных растворов (до 75%) и тростнико­ вых меласс (содержание сухих веществ до 84%) при наложении колебаний изучали на вибрирующих змеевиках из медных тру­ бок диаметром 3; 6 и 12 мм [72]. В диапазоне частот 250—2000

524

колебаний в минуту и амплитуд (2-=-6,5)10-3 м в результате обобщения экспериментальных данных получено критериальное уравнение вида:

Рг = 1,5-=-1,5 • 105 при средней скорости колебательного движе­ ния выше 0,125 м/с.

Содержание MaCl,

Рис. 244. Графики посола сельди при выдержке в тузлуке трое суток:

а — при озвучании в течение 2 ч; б — при озвучивании в течение 4 ч с двухчасовым перерывом; в — при озвучивании в течение 8 ч с двухчасовыми перерывами после каждого двухчасового озвучивания: / — контроль; 2 — обработка.

. ?

Процесс массообмена под действием вынужденных колебаний ускоряется в результате следующих факторов: перемешивания взаимодействующих фаз, образования циркуляционных токов внутри каждой фазы и устранения застойных зон вблизи поверх­ ности фазового контакта. Так как воздействие ультразвука со­ провождается термическим действием на продукт, то общий эффект интенсификации теплообмена складывается из воздейст­ вия механического и теплового факторов.

Применяя ультразвук, можно значительно интенсифициро­ вать диффузионные процессы. По данным А. С. Большакова, тузлукование шкур сокращается в 2—3 раза при одностороннем озвучивании. Одновременно с этим шкура очищается от загряз­ нений, подавляется микрофлора и извлекаются растворимые бел­ ки. Также возможна интенсификация посола рыбы с использо­ ванием ультразвука [94]. Обрабатывали сельдь с помощью магнитострикционных излучателей при интенсивности 0,6 Вт/см2. Эксперименты проводили на сельди длиной 30 см. Результаты опытов (рис. 244) указывают на интенсификацию процесса по­

525

сола. Аналогичный результат получен и при ускорении обратного процесса— отмочки сельди.

Увеличение сокоотдачи под действием ультразвука условно можно отнести к массообменным процессам. Исследованиями установлено, что под действием ультразвука повышается про­ ницаемость оболочек клеток, что облегчает процесс извлечения сока. Так, для винограда между выходом сока, высотой столба обрабатываемого продукта и длительностью ультразвуковой об­ работки существует эмпирическая зависимость [18]:

где Вт — выход сока при обработке мезги ультразвуком; Во— выход сока при обычном методе; Т — продолжительность процесса;

а— опытная величина, зависящая от сортовых особенностей вино­ града, интенсивности ультразвука, высоты столба продукта,

характера предварительного измельчения и последующего прессования.

Между выходом сока и удельным расходом акустической энергии существует соотношение:

где b — постоянная величина, определяемая экспериментально.

Высота слоя мезги влияет на выход сока:

С успехом применяется ускоренная технология производства виноградного сока, осветления его и удаления избытка винного камня. Технология с применением поточной ультразвуковой об­ работки включала отжим сока на прессе ПНД-5, грубую фильт­ рацию через мешковину, охлаждение до 3—4° С, обработку ультразвуком в потоке, отстаивание в танках в течение суток, декантацию, сепарирование на механических сепараторах, мгно­ венный подогрев до 95° С и охлаждение до 40° С, сепарирование на механических сепараторах, двойную фильтрацию на фильтр­ прессах «Прогресс», расфасовку в бутылки емкостью 3 л, стери­ лизацию в автоклавах.

При выработке сока по ускоренной технологии осветление сока хорошее, сок хорошо фильтруется и становится кристально

526

прозрачным [19]. Показатели процесса обработки виноградного сока при разной производительности аппарата, работающего на

Таким образом, непосредственно при озвучивании выпадает 6—10% винного камня и при последующем отстаивании— до­ полнительно 12—20% к исходному количеству.

Ультразвук резко интенсифицирует процесс кристаллизации в основном в результате увеличения центров кристаллизации.

Рис. 245. Кинетика кристаллизации винного камня:

Важным моментом является использование ультразвуковых колебаний в процессе сушки. Как известно, скорость испарения влаги в первый период определяется по уравнению Дальтона

где 117 — количество испаренной влаги, кг;

527

воздействие ультразвука приводит к турбулизации среды — на­ рушению пограничного слоя, а также периодическому созданию вакуума в фазе разрежения ультразвуковой волны. Все эти факторы приводят к ускорению процесса сушки [21, 87], кото­ рое в акустическом поле начинается с определенного уровня звукового давления, но не ниже 130 дБ [87]. Существует поня­ тие «критический уровень звукового давления», определяющее минимальное звуковое давление, при котором начинается ин­ тенсификация сушки.

Величину критического уровня звукового давления можно определить исходя из соображений, что интенсифицирующее действие начинается тогда, когда вынужденная сила звуковой волны превышает подъемную силу естественной конвекции [45]. На базе этих представлений получены уравнения для критиче­ ского уровня [87]:

для плоскости размером намного больше Х/2:

Особенностью пищевых продуктов является их чрезвычай­ ная чувствительность к температуре. Использование ультразву­ ка позволяет вести сушку при температурах значительно ниже тех, которые допустимы при более высокой скорости сушки.

Для ускорения акустической сушки используют метод нало­ жения на основное продольное акустическое поле поперечного ультразвукового потока. Аналогичный прием используют в обычной технике сушки: при движении воздуха перпендикуляр­ но поверхности испарения коэффициент массопередачи увеличи­ вается в 2 раза.

Толщина слоя материала влияет на скорость акустической сушки. Считается наиболее целесообразным слой толщиной 3— 6 см. Наиболее благоприятно акустическая сушка протекает

528