В технологических процессах пищевых и комбикормовых производств значительную роль играют явления тепло- и массопереноса, где сложные нестационарные параметры изменяются во времени. Для коллоидных капиллярно-пористых материалов потенциал влагопереноса, энергия связи влаги обосновываются в зависимости от формирования и способности к разрушению и самопроизвольному восстановлению структуры. Поэтому весьма важно нормирование качества и установление для видов продукции какой-либо основной нормы, ориентируясь на систему изменения показателей.
Целесообразное применение достижений науки на практике требует знания свойств различных материалов и продуктов, которые подвергаются хранению, технологической обработке и употреблению. Среди этих свойств значимое место занимают теплофизические свойства и их количественные характеристики.
Теплофизические характеристики исследуемых объектов, зависящие от химического состава и влажности, изменяются в процессе обработки, и их значения необходимо увязать с параметрами состояния температуры. Ранее полученные другими исследователями данные о теплофизических характеристиках птичьего сырья и птичьей мясокостной муки являются не совсем полными, в связи с чем потребовалось дополнительное их изучение [1, с. 56 -57].
Для экспериментального исследования тепломассопереноса и определения теплофизических характеристик отходного птичьего сырья и готового продукта – птичьей мясокостной муки был использован стенд [2, с. 6. - 3, с. 101], принципиальная схема которого представлена в соответствии с рисунком 1.
Опыты проводились с трехкратной повторностью по следующей методике. Образцы отходов птичьего сырья (обезжиренное птичье мясокостное сырье, трупное мясо кур) и птичьей мясокостной муки доводились до требуемого влагосодержания, которое определялось путем сушки или увлажнения и последующего взвешивания и затем располагались относительно нагревателя.
Коэффициенты
теплопроводности
и температуропроводности а
определялись стационарным методом двух пластин с охранным кольцом.
Сущность метода заключается в том, что для создания одномерного
теплового потока образцы пластин Р1
и Р2 исследуемого
материала окружали теплоизоляционными кольцами Р1*
и Р2*, в центре
которых располагали основной плоский нагреватель Н. Систему из
нагревателя и двух пластин окружали охранным приспособлением,
состоящим из кольцевого нагревателя Нк
и двух одинаковых теплоизоляционных колец Р1*
и Р2*. К ним и к
пластинам Р1 и Р2
плотно прижимали одинаковые массивные
охлаждающие камеры К1
и К2, через
которые пропускали воду постоянной температуры.
В соответствии с рисунком 1а буквами a,
b,
C,
G,
C,*
d,
f,
f*
обозначены спаи термопар (места заложения), внизу представлено
сечение прибора плоскостью, проходящей через горячую поверхность
одной из пластин. Контрольно-измерительная аппаратура представлена в
соответствии с рисунком 1б. Так как система полностью симметрична,
т.е. пластины имеют равную толщину и одинаковые свойства, то
коэффициент теплопроводности
вычислялся по формуле:
а–принципиальная схема; б–расположение спаев термопар внутри прибора Пенсгена на поверхности массивных коробок: 1–железная плита (толщиной 8 мм); 2–спай; 3–термоэлектроды; 4–покровная металлическая пластина; 5–стеклянные трубочки (электроизоляция); Н–центральный основной плоский нагреватель; Р1 и Р2–пластины с исследуемым материалом; Нк– кольцевой нагреватель; Р1*, Р2*-теплоизоляционные кольца; К1 и К2– охлаждающие камеры; a, b, C, G, C,* d, f, f*-спаи термопар; Е–узкая кольцевая прослойка
Рисунок 1 – Стенд для определения теплофизических характеристик отходного птичьего сырья и птичьей мясокостной муки
=
(1)
Постоянный тепловой поток создавался с помощью регулируемого источника питания. Поддерживая вручную или автоматически разность температур между нагревателями, тепловой поток направлялся от основного нагревателя в сторону испытуемого материала. Изменение температуры регистрировалось термоэлектродами и потенциометром марки ТСПУ 9313 И (0-300 0С). Изменение теплофизических характеристик сводится к фиксированию промежутков времени, соответствующих двум заданным изменениям показаний потенциометра.
Коэффициенты температуропроводности вычисляли по формуле:
а=
(2)
Теплофизические характеристики измельченной птичьей мясокостной муки и сырья для ее производства изучались при температурах 293–373 К, при режимах, соответствующих обработке и хранению изделий на производстве.
Значения теплофизических характеристик измельченной птичьей мясокостной муки и сырья для ее производства приведены в соответствии с таблицами 1 - 2.
Таблица 1
Теплофизические характеристики птичьей мясокостной муки
|
Температура нагрева Т, К |
||||
|
293 |
313 |
333 |
353 |
373 |
|
|
|
0,1 |
0,12 |
0,14 |
0,13 |
0,12 |
|
а |
12 |
15 |
18 |
20 |
21 |
Таблица 2
Теплофизические характеристики падежа птиц
|
Температура нагрева Т, К |
||||
|
293 |
313 |
333 |
353 |
373 |
|
|
|
0,28 |
0,3 |
0,33 |
0,37 |
0,35 |
|
а |
28 |
30 |
40 |
58 |
61 |
Характерным здесь является то, что теплопроводность исследуемых материалов тем больше, чем больше в ней массовая доля влаги. Опытными экспериментами установлено, что коэффициент теплопроводности достигает максимума при температуре 333-353 К, при дальнейшем повышении температуры значение коэффициента теплопроводности понижается, так как начинается дезагрегация коллагена, проявляющаяся разрывом солевых и водородных поперечных связей, удерживающих полипептидные цепочки в структуре коллагена.
Таблица 3
Теплофизические характеристики обезжиренного отходного сырья птиц
|
Температура нагрева Т, К |
||||
|
293 |
313 |
333 |
353 |
373 |
|
|
|
0,2 |
0,24 |
0,3 |
0,32 |
0,31 |
|
а |
26 |
28 |
30 |
49 |
53 |
Параллельно с этим, наблюдается ослабление структуры соединительно тканых образований, в состав которых входит коллаген. Это облегчает процесс выделения жира из жировых клеток, а увеличение количества свободного жира обусловливает уменьшение коэффициента теплопроводности.
Коэффициенты температуропроводности растут с увеличением влажности и повышением температуры нагрева. Это обосновывается тем, что менее влажный материал имеет низкую теплопроводность в результате низкого теплового взаимодействия между отдельными частицами. Присутствие водной пленки в местах контакта частиц улучшает тепловой контакт: влага не только соединяет отдельные частицы друг с другом, но и облегчает переход теплоты от одной частицы к другой через тонкую водяную пленку посредством теплопроводности вместо передачи тепла конвекцией от воздуха.
Полученные теплофизические характеристики для исследуемых материалов хорошо согласуются с данными других авторов и практически могут применяться при технологических расчетах оборудования и выборе режимных параметров сушильного процесса.
Литература:
1. Искаков Р.М. Исследование теплофизических характеристик сырья мясокостной муки.//Научный журнал «Пищевая технология и сервис». – Алматы: Алматинский технологический университет, 2004, № 1. – с. 56 -57.
2. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И., Уколов В.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. – Москва: Пищевая промышленность, 1980. – с. 6.
3. Искаков М.М., Искаков Р.М. Ветеринарные конфискаты и их переработка. Учебное пособие. – Алматы, 2011. – с. 101.
