Рідкі середовища

D

D

Х = ——, кг/кг, (2)

Оскільки об’єми пари і сухого повітря однакові, вологовміст можна виразити відношенням їхніх густин:

d = ρ_пар / ρ_с.п. (3)

Густина вологого повітря дорівнює сумі густин сухого повітря та водяної пари: ρ_в.п = ρ_с.п + ρ_пар = ρ_с.п ((1 + d) / (1 + 1,61 * d)), кг/м³. (4)

Згідно закону Дальтона барометричний тисквологого повітря буде дорівнювати сумі парціальних тисків сухого повітря і водяної пари:

Р_в.п = Р_с.п+ Р_пар, мм рт. ст. (5)

Парціальний тиск водяної пари, яка міститься у вологому повітрі, нази­вають пружністю водяної пари. Ця величина вимірюється в мілі­метрах ртутного стовпчика або в мілібарах (1 мбар відповідає 0,75 мм рт.ст.). Враховуючи, що густина водяної пари по відношенню до повітря дорівнює 0,622, вологовміст можна розрахувати за рівнянням стану сухого повітря.

d = 0,622* Р_пар / Р_с.п = 0,622 * Р_пар / (Р_в.п – Р_пар)). (6)

Відносна вологість повітря характеризує ступінь його насичення водяною парою і визначається відношенням кількості водяної пари, що міститься в 1 м³ повітря, до максимальної кількості пари, що може міститися в даному об’ємі при даній температурі. Іншими словами відносна вологість повітря – це відношення парціальних тисків ненасиченої та насиченої водяної при даній температурі:

φ = Р _н.пар / Р _{пар.нас.} (7)

Відносну вологість повітря можна визначити за відношенням концентрації водяної пари ненасиченого повітря до концентрації водяної пари насиченого повітря при однакових температурах і тиску у відносних одиницях:

с _н.пар

φ = ——, (8)

с _{пар.нас.}

де с_н.пар, с_{пар.нас.} - концентрація відповідно водяної пари ненасиченого і насиченого повітря, кг/м³.

Відносну вологість можна визначити і за відношенням волого­вмісту повітря при даній температурі в даному насиченні (d) до вологовмісту повітря при тій же температурі і повному насиченні (d _п):

φ = ——. (9)

d _п

Величину відносної вологості часто виражають у процентах:

φ΄= φ *100%. (10)

Питома теплоємність вологого повітря – це кількість теплоти, яку необхідно відвести від 1 кг сухого повітря, що еквівалентно (1 + d) кг вологого повітря, для його охолодження на 1^оК за сталого вологовмісту:

С_в.п = С_с.п + d*С_пар = 1,006 + 1,87* d, кДж/(кг*К). (11)

Питому теплоємність вологого повітря можна визначити за відношенням вологовмісту до одиниці маси сухої частини повітря:

С_в.п = С_сер.с.п + С_{сер.пар} * d /1000, кДж/(кг*С), (12)

де С_сер.с.п – середня питома теплоємність сухого повітря (для температур від 0 до 100^оС приймають рівною 0,24 кДж/(кг*^оС);

С_{сер.пар} – середня питома теплоємність водяної пари 0,43 кДж/(кг*С).

Важливим показником стану вологого повітря є його питома ентальпія – кількість теплоти, що міститься у повітрі, віднесена до 1 кг сухого повітря. За початкову точку відліку приймають питому ентальпію сухого повітря при 0^оС. Питому ентальпію вологого повітря h визначають, як суму ентальпій сухого повітря і водяної пари:

h = C_с.п * t + (r + C_пар* t)*d = 1,006*t + (2501 + 1,87*t)*d, кДж/кг; (13)

де r = 2500 кДж/кг — ентальпія водяної пари при 0 °С (теплота пароутворення води при 0 °С); t – температура вологого повітря, ^оС.

Теплопровідність вологого повітря зростає із зменшенням вологовмісту. У температурних межах від -50 до +50^оС коефіцієнт теплопровідності розраховують за формулою:

λ = 0,024 + 0,8*10^-4*t, Вт/(м*К). (14)

Інтенсивність процесу теплообміну між продуктом і охолодним повітрям залежить від інтенсивності циркуляції та швидкості руху повітря.

Точка роси. Під час охолодження вологого повітря з постійним вологовмістомступінь насичення повітря вологою може досягти одиниці (φ = 1). Температуру, при якій повітря з постійним вологовмістом, охолоджуючись, досягає стану насиченості, називають точкою роси. Тиск насиченої пари зростає при підвищенні температури і зменшується при її пониженні. Зазвичай водяна пара в повітрі має тиск, менший за тиск насиченої пари. Але при пониженні температури цей тиск може стати вищим за тиск насиченої пари. У такому випадку надлишок води в повітрі починає конденсуватися, утворюючи крапельки. Якщо надлишок невеликий, то крапельки конденсуються на найхолодніших поверхнях — випадає роса. Якщо надлишок значний, то крапельки конденсуються, утворюючи туман.

Точка роси, тобто температура, при якій водяна пара в повітрі починає конденсуватися, є характеристикою вологості повітря. Вимірювання точки роси використовується в психрометрах для визначення вологості повітря (в роздавальному матеріалі).

Газоподібний діоксид вуглецю (СО₂) – охолодне середовище, яке пригнічує розвиток мікроорганізмів, дозволяє подовжити термін зберігання продуктів при їх консервуванні (ДСТУ 4817:2007. Діоксид вуглецю газоподібний і скраплений. Технічні умови). При атмосферному тиску діоксид вуглецю важчий за повітря, має меншу теплоємність (відповідно 0,837 і 1,0006 кДж/кг·К) і коефіцієнт теплопровідності (0,0137 і 0,0242 Вт/м·К). За допомогою діоксиду вуглецю можливо отримувати широкий діапазон низьких температур; в суміші з ефірами температуру охолодного середовища можливо понизити до - 100˚С.

Газоподібний азот (N₂) – утворюється після випаровування скрапленого азоту. Як і СО₂ витісняє із продуктів кисень, уповільнює окиснення та пригнічує життєдіяльність мікроорганізмів. Використовується для охолодження і заморожування продуктів. Газоподібний азот отримують з рідкого азоту, який має температуру кипіння -195,8˚С. Замерзає при -209,86^оС, у воді розчиняється мало. Газоподібний азот дозволяє швидко знижувати температуру продукту.

Регульовані газові середовища (РГС) – це газові суміші з різною концентрацією кисню, вуглекислого газу та азоту, вміст яких підтримується шляхом регулювання. Їх основу становить азот, концентрація якого в суміші складає 79-97%. Використовується для зберігання фруктів, овочів.

Модифіковані газові середовища (МГС) – за складом подібні до РГС. Їх утворюють всередині герметичної упаковки. Використовують для короткотермінового зберігання м’ясних і молочних продуктів, хлібобулочних виробів.

Саморегульовані газові середовища (СГС) – використовують для зберігання плодоовочевої продукції, сиру завдяки газоселективним мембранам, зокрема полімерним плівкам.

До рідких охолодних середовищ належать вода, водні розчини солей натрію, кальцію та магнію, гліколі, фреони та скраплені гази - кріорідини (наприклад, азот). Їх основними перевагами порівняно з газовими середовищами є більш високі теплоємність і теплопровідність. В однакових умовах коефіцієнт тепловіддачі від продуктів до рідкого середовища приблизно в 20 разів вищий за коефіцієнт тепловіддачі від продукту до газоподібного середовища. Тому використання рідких середовища значно скорочує тривалість холодильної обробки продуктів. Охолодження продукту здійснюється контактним чи безконтактним способами, а також зануренням його у рідке охолодне середовище або зрошуванням продукту. В промисловості найчастіше використовують льодяну воду з температурою 0…1^оС, охолоджену в спеціальних холодильних установках – чіллерах. Перевагами води є висока теплоємність (4,19 кДж/(кг*К)), дешевизна, мала корозійна активність. Використання льодяної води забезпечує охолодження продуктів до температур, вищих за 0°С. Наприклад: охолодження пивного сусла після кип’ятіння з хмелем в пластинчастому теплообміннику до початкої температури бродіння. При нижчих температурах відбувається замерзання води, збільшення її об’єму на 9 %, що може привести до руйнування обладнання.

Для забезпечення більш високої швидкості охолодження застосовують льодоводяні суміші води та подрібненого за допомогою льодогенераторів льоду, можливе використання двофазної суміші «вода (розсіл) – лускоподібний лід». Перевагою льодоводяної суміші є те, що її температура 0^оС не змінюється доти, поки не розплавиться лід. Таким чином забезпечуються вищі швидкості охолодження порівняно з водою. Такий холодоносій забезпечує коефіцієнт тепловіддачі 2000…3000 Вт/(м²*К), його температура у теплообміннику залишається сталою. Недоліками є можливість утворення льодяних пробок у теплообмінних трубопроводах. Для досягнення від’ємних температур використовують розчини солей (розсоли), наведені у таблиці 2.

Таблиця 2

Дата добавления: 2014-01-20