Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

Приняв GK— D и tK= t n, получим формулу для определения расхода глухого пара D (кг/с)

Gcjt2— ^i) -f- Qп

D =

i ск t п

ИЛИ

Gc it2 — tx) х

(152>

i cK t n

Из формул (151) и (152) следует, что расход глухого пара всегда больше расхода острого пара, так как tn> t 2.

Применение перегретого пара для нагревания нецелесооб­ разно из-за низкого коэффициента теплоотдачи и возможного пригорания продукта.

Для отвода конденсата глухого пара из теплообменников применяют конденсатоотводчики, которые, кроме автоматическо­ го и непрерывного отвода конденсата, не выпускают из устрой­ ства греющий пар.

Н а г р е в а н и е г о р я ч е й в о д о й применяют значительно реже, чем водяным паром. Как правило, для этой цели исполь­ зуют отходящую горячую воду или конденсат пара.

Н а г р е в а н и е д ым о в ы м и г а з а м и возможно до 200— —300°С. Дымовые газы, отходящие из котельных установок (или полученные в результате сжигания твердого, жидкого или га­ зообразного топлива в специально предназначенных для этой це­ ли топках), применяют для сушки жома и дробины барды, на­ гревания воздуха, поступающего в сушильные установки для пищевых продуктов и др. Достоинством этого способа нагрева является возможность форсирования процесса и получения вы­ соких температур при атмосферном давлении, а недостатками — низкая теплоемкость газов и низкий коэффициент теплоотдачи,, из-за чего для достижения необходимой степени нагрева прихо­ дится пропускать большие объемы газов. Наряду с этим при обо­ греве дымовыми газами затруднено регулирование процесса, возможны перегрев и пригорание продукта, а при содержании в газах SO2, образующего с водяными парами H2SO3, наблюда­ ется быстрый износ стальных аппаратов вследствие усиленной коррозии.

Н а г р е в а н и е г о р я ч и м в о з д у х о м широко применяют в сушильных установках, например при получении сухого мо­ лока, сухарей, сахара, сухого солода и др. Для этого воздух, предварительно очищенный от взвешенных примесей, нагрева­

леднее время все большее применение в пищевой промышленно­ сти и в особенности на предприятиях общественного питания. В технике широкое применение получило нагревание сопротив­

121!

лением, т.е. пропусканием электрического тока через специаль­ ные нагревательные элементы, от которых тепло передается на­ греваемому телу путем лучеиспускания и конвекции. При этом на слой изоляции вокруг обогреваемого аппарата наматывают проволоку из нихрома (сплав, содержащий 20% Сг, 30—80% Ni и 0,5—50% Fe) диаметром 1—6 мм, через которую пропускают электрический ток. С наружной стороны электронагреватели по­ крывают слоем изоляции, уменьшающим потери тепла в окружа­ ющую среду. Нагревательные элементы, изготовленные из лен­ ты нихрома (тены), вставляются через стенку аппарата для не­ посредственного нагревания жидкости..-

Нагревание электрическим током обеспечивает равномерный и быстрый нагрев до 1000° С, легкое регулирование степени на­ грева путем изменения напряжения электрического тока или включения и выключения части нагревательных элементов, од­ нако этот способ нагрева еще дорогой.

2. ОХЛАЖДЕНИЕ

Для охлаждения продуктов широко применяют холодную речную и артезианскую воду, лед, смесь льда с солью, сухой лед, охлажденные рассолы NaCl и СаСЬ, сжиженные аммиак, фреоны и др.

Холодная вода как наиболее доступный и недорогой хладоиоситель широко используется в холодильниках, конденсаторах и других устройствах. В зависимости от времени года и климати­ ческих условий температура воды из водоемов составляет 12— 25° С, а из артезианских скважин — 6—12° С.

Расход воды на охлаждение определяют из теплового балан­ са, по которому тепло, выделенное при охлаждении G (в кг/с) продукта с теплоемкостью с [в Дж/кг-К)] от температуры t\ до ii воспринимается W (в кг/с) воды, которая при этом нагрева­ ется от L до L . Приняв теплоемкость воды св[в Дж/ (кг-К)]

НК

и коэффициент х =0,95-^0,97, учитывающий потери тепла в ок­ ружающую среду при охлаждении, запишем тепловой баланс:

0 Д ^ 2)* = « Ч ( 'Вк- 'в н)’

откуда расход воды на охлаждение W (в кг/с)

w = Gc(tj — t2)x

(153)

св(<вк — *вн)

При использовании льда можно получить температуру про­ дукта, близкую к нулю. Если добавить ко льду или снегу крис­ таллическую поваренную соль, то температура таяния этой сме­ си будет ниже нуля и величина ее определяется количеством за­ даваемой в смесь соли. Наиболее низкую температуру смеси (—21,2° С) можно получить при содержании в смеси 29% соли;

122

при этом практически удается снизить температуру воздуха в помещении до минус 13° С. Такой способ охлаждения трудоем­ кий и требует много льда и соли. Кроме того, при этом трудно поддерживать в холодильной камере равномерную температуру и влажность воздуха, что особенно важно при длительном хра­ нении пищевых продуктов.

При охлаждении продуктов твердой углекислотой (сухим льдом) в результате испарения ее температура среды понижает­ ся до минус 75—78° С и каждый килограмм ее при этом погло­ щает до 628 кДж тепла. Кроме охлаждающего действия, сухой лед, испаряясь, образует углекислый газ, в результате чего ат­ мосфера в холодильной камере обедняется кислородом и бакте­ риологические процессы, связанные с порчей пищевых продук­ тов, значительно замедляются.

Более совершенным является машинное охлаждение, осно­ ванное на свойствах сжиженных аммиака, фреонов и других га­ зов при испарении поглощать из окружающей среды большое количество тепла.

Для охлаждения холодильных камер используют и проме­ жуточные хладоносители, например рассолы NaCl или СаСЬ, которые после охлаждения другим хладоносителем (например, испаряющимся жидким аммиаком) циркулируют по трубам в холодильных камерах и охлаждают их. Подробно машинное охлаждение описано в главе XIII.

3. ОСНОВЫ ПАСТЕРИЗАЦИИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ

Ряд пищевых продуктов (молоко и жидкие молочные про­ дукты, фруктовые и овощные соки, овощные и мясные консер­ вы, пиво и др.) и полупродуктов биохимических производств являются хорошей питательной средой для многих микроорга­ низмов, в том числе и для патогенных (болезнетворных), спо­ собных вызвать инфекционные заболевания.

Тепловая обработка (пастеризация и стерилизация) таких продуктов и сред играет большую роль в обезвреживании их от микроорганизмов, что очень важно для последующего сохране­ ния высоких пищевых качеств продуктов или проведения техно­ логических процессов в биологически чистых средах.

Под пастеризацией понимают такую тепловую обработку продукта, в результате которой погибают лишь вегетативные болезнетворные формы микроорганизмов, ее проводят при тем­ пературах ниже 100° С для продуктов, качество которых зна­ чительно снижается при нагревании их выше 100° С.

Для подавления микроорганизмов в продуктах питания и производственных средах применяется стерилизация — способ обезвреживания, аналогичный пастеризации, но осуществляе­ мый при температурах выше 100° С в течение определенного времени.

123

Основоположником пастеризации является Л. Пастер. Боль­ шой вклад в теорию и практику этого процесса внес Г. А. Кук, впервые создавший теорию пастеризации жидких сред в поточ­ ных теплообменных аппаратах.

Тепловой способ обезвреживания пищевых продуктов и сред до сих пор является решающим -в промышленности, несмотря на то что в последнее время имеется ряд конкурирующих с ним, но пока еще дорогостоящих способов. Среди них представляют интерес следующие: обработка пищевых сред токами высокой частоты и ультразвуковыми колебаниями, облучение их ультра­ фиолетовыми, инфракрасными и другими лучами, выделение микроорганизмов в поле действия центробежных сил и др.

Рассмотрим теоретические основы высокотемпературной об­ работки сред. Эффективность действия пастеризации определя­ ется степенью подавления патогенной микрофлоры (непатоген­ ная микрофлора при этом подавляется попутно). Установлено, что степень подавления микрофлоры зависит от температуры и времени теплового воздействия.

Зависимость необходимого времени пастеризации т от тем­ пературы t в большинстве случаев выражается следующим ло­ гарифмическим законом:

том полного уничтожения патогенной микрофлоры, с одной сто­ роны, и предотвращения физико-химических изменений в про­ дукте, вызываемых временным температурным воздействием,— с другой.

должительностью т до полного уничтожения микроорганизмов для любого продукта определяют опытным путем. Например,

Из приведенных данных видно, что чем ниже температура пастеризации, тем больше времени потребуется для достиже­ ния нужного эффекта. В соответствии с этим пастеризацию мо­ лока обычно проводят при (п=72^-75°С в течение 21—24 с.

При стерилизации консервов расчет процесса часто ведут по так называемому методу тепловых чисел. Тепловым числом ус­ ловно принято называть ту часть площади (рис. 67), ограничен­ ной кривой прогрева, которая расположена под изотермой t =

124

соков.

Следует иметь в виду, что продолжительное нагревание и охлаждение среды, особенно при высоких температурах, вредно

химических изменений в среде.

Особенно нежелателен продолжительный период нагрева и ох­ лаждения сред из-за неблагоприятного соотношения указанных скоростей при пониженных температурах. Продолжительность нагрева тн и охлаждения тох в непрерывном процессе должны

Одним из основных требований, предъявляемых к высоко­ температурной обработке пищевых сред, является быстрое про­ ведение процесса в тонком слое без доступа кислорода с после­ дующим быстрым охлаждением.

Наиболее эффективно этот процесс протекает в пластинча­ том теплообменнике.

В последнее время для стерилизации молока, сливок, тома­ та-пасты, морковных и других пюре применяют пароконтактные стерилизаторы. В них нагрев осуществляется при непосредствен­ ном контакте продукта с чистым паром (полученным из дистил­ лированной воды), а последующее' охлаждение продукта и ис­ парение конденсата пара производятся в вакуумной камере. Та­ кая обработка продуктов улучшает их вкусовые качества бла­ годаря тому, что при испарении конденсата вместе1с водяным паром уходят летучие кислоты и другие примеси, придававшие продуктам нежелательный привкус и запах.

125