Краткие теоретические сведения. Кинетику процесс замораживания наилучшим образом характеризует так называемая температурная кривая замораживания (рис

 

Кинетику процесс замораживания наилучшим образом характеризует так называемая температурная кривая замораживания (рис. 5). На кривой четко выделяются три основных этапа процесса:

I этап – процесс понижения температуры рыбы от любой начальной до криоскопической;

II этап – процесс кристаллообразования или перехода воды в составе тканей рыбы из одного агрегатного состояния (жидкость) в другое – (кристаллы льда), этап представляет собой фазовый переход, сопровождается выделением скрытой теплоты фазового перехода – выделением скрытой теплоты кристаллизации воды ( кДж/кг); на данном этапе происходит резкое изменение ТФХ рыбы, в ней протекают глубокие физические, биохимические и микробиологические изменения;

III этап – процесс переохлаждения уже замороженной рыбы до требуемой температуры.

tкр., º С

to, º C

III

II

I

τ, c

t, º C

Рисунок 5 – Температурная кривая замораживания рыбы

 

Тепло, отводимое от рыбы при замораживании, называется в холодильной технике расходом холода на замораживание. В соответствии с тремя основными этапами процесса замораживания, расход холода складывается из трех слагаемых.

В первый период происходит отвод тепла от рыбы, при понижении ее температуры от начальной до криоскопической. Это количество тепла может быть рассчитано по формуле

, (39)

 

где - теплота, отводимая от рыбы, кДж;

- масса рыбы, кг;

- удельная теплоемкость рыбы, кДж/(кг·К);

- начальная температура рыбы, º С;

- криоскопическая температура рыбы (составляет минус 1 º С).

 

На втором этапе замораживания имеет место фазовый переход – изменение агрегатного состояния воды в составе тканей рыбы. Теплота, отводимая от рыбы на этом этапе, может быть рассчитана по формуле

 

, (40)

 

где - теплота, отводимая от рыбы, кДж;

- масса рыбы, кг;

- долевое содержание воды в рыбе;

- количество вымороженной воды (рассчитывается по формуле (10) или (11));

- скрытая теплота кристаллообразования, 334 кДж/кг.

 

На втором этапе замораживания имеет место фазовый переход – изменение агрегатного состояния воды в составе тканей рыбы. Теплота, отводимая от рыбы на этом этапе, может быть рассчитана по формуле

 

, (41)

 

где - теплота, отводимая от рыбы, кДж;

- масса рыбы, кг;

- удельная теплоемкость замороженной рыбы, кДж/(кг·К);

- криоскопическая температура рыбы, º С;

- конечная температура рыбы, º С.

 

Тогда, суммарная теплота, отводимая от рыбы при замораживании, или расход холода на замораживание составит

 

. (42)

 

Варианты заданий: задание (номер варианта практической работы) студент выбирает по сумме двух последних цифр шифра зачетной книжки в Приложении № 6.

 

Порядок выполнения работы:

Студент получает в соответствии с вариантом задания экспериментальные данные изучения кинетики процесса замораживания рыбы определенного вида и способа разделки определенным способом (см. Приложение 6).

Условия проведения эксперимента следующие: перед замораживанием рыба тщательно промывается от остатков слизи, разделывается. После разделки рыба тщательно промывается проточной водой температурой не выше 20 °С от остатков крови, внутренностей, черной пленки, других загрязнений. Промытая рыба выдерживается на столе на 3-5 минут для стекания влаги, после чего экспериментально определяется содержание влаги стандартным методом - высушиванием навески при 105 °С (ГОСТ 7636). Затем порция рыбы взвешивается на лабораторных весах с точностью ±1 г. В геометрическом центре рыбы определяется ее начальная температура , °С, (перед замораживанием), после чего рыба направляется на замораживание указанным в задании способом.

При замораживании воздухом в холодильной камере рыба укладывается на специальные пластмассовые подставки и помещается в холодильную камеру, таким образом, чтобы обеспечить свободное обтекание ее воздушным потоком. В камере предварительно производится измерение температуры воздуха, °С.

При замораживании льдом или льдосолевой смесью рыбу перемешивают со льдом или смесью в заданном соотношении в чистой металлической емкости, после чего оставляют для замораживания в холодильной камере при температуре от плюс 3 до плюс 7 °С.

При замораживании контактным способом рыба укладывается в специальную металлическую форму так, чтобы был обеспечен наибольший контакт с поверхностью формы. Затем форма помещается в лабораторную морозильную камеру непосредственно на ее металлическую поверхность, температура которой известна из технической характеристики морозильной камеры и составляет минус 25 °С.

В процессе замораживания через равные промежутки времени производят измерение температуры в геометрическом центре рыбы, данные заносят в таблицу 3. Замораживание считается оконченным, когда температура рыбы достигнет минус 18 º С.

Данные из задания (Приложение 6) представляют в отчете о выполнении практической работы в виде таблицы 3.

 

Таблица 3 – Температура в геометрическом центре замораживаемого объекта в процессе замораживания

, с			…	…	…
, °С			…	…	…

 

 

По данным таблицы 3 строят эмпирическую температурную кривую замораживания в координатах: ось ординат – температура в геометрическом центре рыбы в процессе замораживания, °С; ось абсцисс – продолжительность замораживания, , с.

На полученной кривой необходимо выделить три основных периода замораживания и оценить их продолжительность, указав в отчете длительность периодов.

Далее рассчитывают экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи охлаждающей среды, используя формулу Планка. Затем сравнивая полученное значение с данными таблицы 2, определяют, какая охлаждающая среда была использована в эксперименте для замораживания рыбы.

Затем рассчитывают линейную скорость замораживания рыбы , м/ с, по формуле:

, (43)

где - продолжительность замораживания, с;

- половина толщины пластины, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к пластине, а замораживание - двустороннее, если же одностороннее – то в расчетах используют полную толщину; или радиус, при условии, что рыба по своей геометрической форме приближается к цилиндру, м вне зависимости от того одно- или двустороннее замораживание.

В завершении работы необходимо на основе анализа экспериментальных и расчетных данных сделать вывод об эффективности различных способов замораживания, о факторах, влияющих на продолжительность и скорость замораживания.

 

Пример выполнения практической работы: условия и результаты исследования процесса замораживания рыбы приведены в виде таблицы 4 (вариант задания).

 

Таблица 4 – Условия проведения эксперимента

Объект замораживания	Способ замораживания	Характеристика объекта
плотность, , кг/м3	содержание воды, , %
Треска атлантическая, б/г потр., 5 т	двустроннее, температура охлаждающей среды º С	1120, 0	0, 80

 

Значения температуры в геометрическом центре рыбы составили, º С, 15, 0; 8, 0; 3, 0; минус 1, 0; минус 1, 2; минус 2, 5; минус 3, 1; минус 4, 0; минус 6, 0; минус 11, 5; минус 14, 7; минус 18, 0 для продолжительности процесса от начала замораживания, мин, 0; 2; 5; 7; 10; 25; 40; 55; 57; 60; 65; 70 соответственно.