Суыту үрдісінің жылулық есебі

Тамақ ө німдерін суытудың негізгі мақ саты: ондағ ы жү ретін микробиологиялық, биохимиялық жә не физико–химиялық ү рдістерді баяулату болып табылады [1-10, 14, 23].

Суыту деп ө німнің кү йін ө згертпей оның температурасын +4⁰С дейін тө мендету ү рдісін айтады.

Мұ здату деп ө німнің ортасындағ ы температурасын- 8⁰С дейін тө мендету ү рдісін айтады.

Ө німді суытуғ а қ олданылатын жұ мысшы дене тү ріне байланысты суыту немесе мү здату ү рдісі мынадай ә дістерге жіктеледі: ауамен суыту, сұ йық пен суыту, газ қ оспасы бар ауамен суыту, мұ з жә не сұ йық азотты қ олдану арқ ылы суыту.

Жоғ арыда аталғ ан ә дістердің ішіндегі кө п тарағ ан тү рлері ө німді ауада суыту ү рдісі. Бұ л ә діс басқ а ә дістерге қ арағ анда экономикалық жағ ынан тиімді жә не аппараттармен жабдық тау жағ ынан оң ай болады.

Соң ғ ы жылдары экономикасы дамығ ан елдерде жеміс-жидектерді суыту жә не сақ тау ү шін ауағ а ә р тү рлі газдар қ осылғ ан жұ мысшы денелер қ олданып келеді.

Тамақ ө німдерін ауамен суыту немесе мұ здату ү рдісін реттеуші параметрлеріне: ауаның температурасы, оның жылдамдығ ы, ауаның салыстырмалы ылғ алдылығ ы жә не ө німнің қ алың дығ ы жатады. Ө німді суыту немесе мү здату ү рдістері туннелді немесе жай бө лмелерде жү ргізуге болады.

Осы бө лмелерде ауаны салқ ындату жә не оның қ озғ алысын ұ йымдастыру ү шін кө бінде желдеткіші бар ауа суытқ ыш аппараттары қ олданылады. Суыту немесе мұ здату бө лмелері, оның ішіндегі ауа суытқ ыш аппараттарының жұ мыс істеу жетістіктері мынадай кө рсеткіштермен бағ аланады.

- суыту ұ зақ тығ ы;

- суыту бө лме кө лемділігі ауа температурасының біртектілігімен: температурасы, ауаның салыстырмалы ылғ алдылығ ы жә не оның жылдамдығ ы;

- ө німнің кебу дә режесі.

Жоғ арыда келтірілген кө рсеткіштердің ішіндегі тоң азытқ ыш қ ондырғ ыларының техника-экономикалық кө рсеткіштеріне тікелей ә сер ететін негізгі кө рсеткіш ө німді суыту ұ зақ тығ ы болып табылады.

Қ азіргі уақ ытта ө німнің суыту немесе мү здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ын есептеудің тә сілдері кө п. Олардың барлығ ын ү ш топқ а бө луге болады.

Мысалы бірінші топқ а аналитикалық тә сілдерді жатқ ызуғ а болды. Бұ л тә сілдерде суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ын табу ү шін жылу ө ткізгіштіктің дифференциалды тең деуін аналитикалық ә дісті қ олдана отырып анық тауғ а болады. Аналитикалық ә дістерде ө німді дұ рыс геометриялық дене деп- пластина, цилиндр жә не шар тү рінде қ арастыруғ а болады. Себебі қ азіргі уақ ытта жылу ө ткізгіштіктің дифференциалды тең деудің аналитикалық шешімдері жоғ арыда аталғ ан дұ рыс геометриялық денелер ү шін ғ ана табылғ ан.

Мысалы, параллелепипед тә різдес ө німдердің суыту ұ зақ тығ ын Планк тең деуімен анық тауғ а болады:

(3.13)

мұ ндағ ы: А - геометриялық дұ рыс дене (пластина А = 1; шар А = 0, 33, цилиндр А = 0, 5); q - ө німнің меншікті жылуы, кДж/кг; ρ - ө німнің тығ ыздығ ы, кг/м³; t_б - ө німнің бастапқ ы температурасы, ⁰C; t_кр - ө німнің криоскопиялық температурасы, ⁰C; δ - ө німнің қ алың дығ ының жартысы, м; λ - ө німнің жылу ө ткізгіштік коэффициенті, Вт/м∙ к; α - жылу беру коэффициенті, Вт/(м²∙ к);

Планк тең деуін параллелепипед тә різдес ө німдердің мұ здау ү рдісінің ұ зақ тығ ын анық тау ү шін де қ олдануғ а болады. Бірақ бұ л тең деу онда былай жазылады:

(3.14)

мұ ндағ ы: t_в – суытатын ау температурасы, °С.

Жалпақ пластина тә різдес ө німдердің суыту немесе мұ здату ү рдісінің ұ зақ тығ ын анық тау ү шін Д. Г. Рютов мынадай тең деу ұ сынады:

= (3.15)

мұ ндағ ы: q- -ө німнен бө лініп шығ атын меншікті жылудың шамасы, Дж; - меншікті жылу сиымдылығ ы, Дж/(кг∙ К); δ - пластинаның қ алың дығ ы, м.

Бірінші топтағ ы аналитикалық тә сілдерді ө німді суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ын анық тау тек дұ рыс геометриялық денелер ү шін ғ ана қ олдануғ а болады. Ал егер бұ л тә сілді пішіні дұ рыс геометриялық денеден басқ а пішінді денелерге қ олданса онда тә жірибелік жә не есептік жолдарымен анық талынғ ан суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тық айырмалары ү лкен болып шығ ады, демек суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ы дұ рыс анық талынбағ ан деген сө з болып табылады.

Ө нім жә не оны қ оршағ ан ауа арасындағ ы ылғ ал алмасу ү рдісінің қ озғ алтқ ыш кү ші ретінде судың белсенділік кө рсеткіштерімен ауаның салыстырмалы ылғ алдылығ ының айырмасын ала отырып жылулық тың тепе-тең дік дифференциалды тең деуін шешу негізінде Ә.Ө. Шың ғ ысов жә не Ө. Ш. Шоманов ө німді вакуумда суыту ұ зақ тығ ын анық таудың тө менгідей тең деуін ұ сынғ ан:

(3.16)

мұ ндағ ы: В – ауаның барометрлік қ ысымы, Па; - ауадағ ы су буының парциалды қ ысымы, Па; , - ө німді суытқ анғ а дейін жә не суытқ аннан кейінгі судың белсенділік кө рсеткіші; - ауаның салыстырмалы ылғ алдығ ы; – судың булануына ә сер ететін кедергі коэффициенті; - ө німнің қ алың дығ ы, м; – ылғ ал ауаның тығ ыздығ ы, кг/м³.

Ә.Ө.Шың ғ ысов жә не Ө.Ш.Шоманов тең деуінің осы топтағ ы тең деулерден айырмашылығ ы бұ л тең деуде ө німнің беткі қ абатындағ ы судың энергетикалық кү йі ескерілген. Сонымен қ атар, бұ л тең деуде ө німнің суыту немесе мұ здату ұ зақ тығ ын анық тауда ө німнің пішіні ескерілмейді.

Екінші тә сілге тә жірибелік жолмен алынғ ан суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ын «салыстырмалы теория» ә дісін қ олдану арқ ылы анық тау жатады.

Бұ л тә сілдерде тә жірибелік жолмен суыту немесе мұ здату ү рдістерін сипаттайтын негізгі деректерді ә р тү рлі критериалдық тең деумен ө ң деу арқ ылы осы ү рдістердің ұ зақ тығ ын анық тайды.

Мысалы Г.Б.Чижов ө німді суық пен ө ң деу барысындағ ы тә жірибелік жолмен алынғ ан нә тижелерін «салыстырмалы теория» ә дісін қ олдана отырып суыту ү рдісінің ұ зақ тығ ын анық тайтын мынадай критериалды тең деу ұ сынады:

егер 1, 5 6 онда = 331

егер 6 30 онда = 841∙ 10⁵ ∙

мұ ндағ ы: Fo - Фурье критериі (); Bi - Био критериі (Bi = ).

С.Г. Чуклин жә не И.Г. Чумак ө німді суық пен ө ң деу барысында алынғ ан нә тижелерін байыта келе суыту ү рдісінің ұ зақ тығ ын анық тайтын тө мендегі формуланы ұ сынады:

(3.17)

мұ ндағ ы: , - ө німнің бастапқ ы жә не соң ғ ы температурасы, ⁰C; - суытылғ ан ө німнің жылу сиымдылығ ы, кДж/(кг ); - мұ здатылғ ан ө німнің жылу сиымдылығ ы, кДж/(кг ).

Осы топтағ ы ө німнің суыту ұ зақ тығ ын анық таудың тағ ы тә сілі бұ л С.И. Низов тең деуі. Бұ л тә сілде ө німді мұ здату барысында алынғ ан тә жірибелік нә тижелерді С.И. Низов ө німнің суыту ұ зақ тығ ын анық тайтын мынадай критериалды тең деуді ұ сынды:

= 5, 6 (3.18)

Екінші топтағ ы тә сілдерге жалпы тә н нә рсе бұ л алынғ ан тең деулер тә жірибе ө ткізген ө німдер ү шін ғ ана пайдалануғ а болады.

Ү шінші тә сілге суыту ү рдісінің ұ зақ тығ ын «сандық ә дісті» пайдалана отырып анық тау жатады. Бұ л ә дісте суыту немесе мұ здату ү рдістерінің ұ зақ тығ ын табу ү шін жылу ө ткізгіштің дифференциалдық тең деуін ө німнің кү рделі формасына қ арамай ә ртү рлі сандық тә сілдерімен дә л табуғ а болады. Бұ л ә дістің тағ ы бір ерекшелігі шекаралық шарттар шешімге ә сер етпейді. Бірақ бір кемшілігі жылу ө ткізгіштің дифференциалдық тең деуін шешу ү шін қ уатты электронды есептеуін машинасын қ олдануды қ ажет етеді.

Ө німді суыту ү рдісінде бө лініп шығ атын жылу шамасын мына тең деуді пайдалана отырып анық тауғ а болады:

Q = (3.19)

немесе

Q = (3.20)

мұ ндағ ы - ө німнің массасы, кг; - ө німнің жылу сиымдылығ ы, кДж/кг;

- ө німнің бастапқ ы жә не соң ғ ы температуралардағ ы энтальпиялар айырмасы, кДж/кг.

Ө німдерді суытқ ан кезде бө лініп шығ атын жылу мө лшерінің шамасын анық тау барысында мынадай жайды ескерген жө н. Ө німнен жылудың булануы, конвективті жә не сә улелену арқ ылы ауағ а беріледі. Ө німді баяу суыту ү рдісінде, мысалы ет, қ ұ с етінен, балық, жеміс- жидектерден жә не тағ ы басқ а ө німдер қ ұ рамында биохимиялық ү рдістердің жү ру салдарынан олардан қ осымша жылу бө лініп шығ ады. Осы жағ дайды ескере отырып ө німнен суыту ү рдісінде бө лініп шығ атын жылу шамасын мына формуламен анық тауғ а болады:

Q = (3.21)

мұ ндағ ы: q – ө нім қ ұ рамына биохимиялық ү рдістер салдарынан бө лініп шығ атын жылу шамасы, Дж/кг; – ө німдегі судың шық тануын жә не булануына кететін жылу шамаларының айырмасы; W – ө німдегі судың массалы бө лігі, %.

Суыту ү рдісінің мұ здату ү рдісінен айырмашылығ ы мұ здату ү рдісінде ө німдегі судың мұ зғ а айналуы болып табылады. Ө німдегі судың мұ зғ а айналуы оның жылуфизикалық қ аситетерінің ө згерістеріне алып келеді. Сол себепті мұ здату ү рдісінде ө німнен бө лініп шығ атын жылу шамасын мына тең деумен анық тауғ а болады:

= (3.22)

мұ ндағ ы: - мұ здатылатын ө нім салмағ ы, кг; - ө німнің криоскопиялық температурадан жоғ ары температурадағ ы жылу сиымдылығ ы, кДж/кг; - ө німнің криоскопиялық температурасы, °С; - судың мұ зғ а айналуына кететін жылу шамасы, Дж/кг; - ө німнің қ ұ рамындағ ы судың мұ зғ а айналғ ан мө лшері; - мұ здатылғ ан ө німнің жылу сиымдылығ ы, кДж/кг.

Ө нім қ ұ рамындағ ы судың мұ зғ а айналғ ан мө лшері табу ү шін мына формуланы қ олдануғ а болады

= 1 - (3.23)