Загальні відомості про теплові процеси
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ
1. Завдання, призначення та способи теплової обробки харчових продуктів.
2. Джерела теплової енергії та теплоносії.
3. Види теплообміну та їх характеристика.
4. Основні типи теплообмінних апаратів
1. Завдання, призначення та способи теплової обробки харчових продуктів.
У основі всіх теплових процесів лежить зміна теплового стану тіл або середовищ, що беруть участь в цих процесах. Теплова обробка продуктів є основним способом у технологічному процесі виробництва кулінарних виробів. Нагрівання прискорює хімічні, біохімічні та масообмінні процеси, що відбуваються при обробці продуктів. Воно викликає зміну фізико-хімічних, структурно-механічних і органолептичних властивостей, що в сукупності визначають ступінь кулінарної готовності продукту. При цьому, наприклад, зменшується механічна міцність рослинних і тваринних продуктів (картоплі, м’яса і т. ін.) за рахунок розпаду вуглеводів, зміни білків з’єднувальної тканини. Теплова обробка продукту шляхом нагрівання має велике санітарно-гігієнічне значення. Під час нагрівання продукту до температури вище 800С відбувається знищення мікроорганізмів, що містяться у продукті. До позитивних властивостей нагрівання слід віднести руйнування отруйних речовин, що містяться у деяких продуктах (наприклад: картоплі, квасолі).
Охолоджування продуктів переслідує дві основні мети. Перша з них полягає в технологічному призначенні. Так охолоджування необхідне, наприклад, під час збивання продуктів для піни, кремів, при розкачуванні шарового тіста. На заключній стадії технологічного процесу охолоджування необхідне при приготуванні драглів, желе і багатьох інших кулінарних виробів. Друга мета охолоджування пов’язана з санітарно-гігієнічними показниками продукції. Охолоджування уповільнює життєдіяльність мікроорганізмів і забезпечує збереження продукту.
Технологічні процеси, швидкість яких визначається швидкістю підведення або відведення тепла, звуться тепловими. Рушійна сила теплових процесів - різниця температур між різними об'єктами.
Теплові процеси поділяють на такі різновидності:
1. Процеси, що відбуваються без зміни агрегатного стану:
- нагрівання;
- охолодження.
2. Процеси, що відбуваються із зміною агрегатного стану:
- конденсація;
- пароутворення (кипіння, випаровування);
- заморожування - розморожування;
- плавлення - твердіння.
Нагрівання - це підвищення температури матеріалу способом підводу тепла. Цей процес ще називають тепловою обробкою.
Охолодження - це зниження температури матеріалу способом відводу тепла. Процес ще має назву холодильної обробки.
Конденсація - зрідження пари якої-небудь речовини способом відводу із неї тепла.
Пароутворення - переведення у пароподібний стан якої-небудь рідини способом підводу до неї тепла.
Заморожування - переведення у твердий стан якої-небудь рідини способом відводу тепла.
Розморожування - процес, який оборотний заморожуванню.
Плавлення - переведення у рідкий стан твердого тіла способом підводу тепла.
Твердіння - процес, який оборотний плавленню.
Широкого застосування у громадському харчуванні набули процеси нагрівання та охолодження. При тепловій обробці досягаються дві цілі. Перша - способом надання продукту необхідних фізично-хімічних, структурно-механічних і органолептичних властивостей забезпечується його кулінарна готовність. Друга - завдяки знищенню мікробів забезпечується санітарно-гігієнічне благополуччя продуктів.
Охолодження продуктів також має дві цілі. Перша - використання охолодження на окремих етапах технологічного процесу або на його завершальній стадії. Друга – продовження термінів зберігання продуктів завдяки сповільненню при знижених температурах процесів життєдіяльності мікробів.
На підприємствах громадського харчування способи теплової обробки харчових продуктів діляться на основні, допоміжні та комбіновані.
Основний спосіб - доведення продукту до стану готовності в рідкому середовищі (вода, бульйон, молоко): при підвищеному тиску, тобто з температурою середовища вище 100 °С, в герметично закритих посудинах для інтенсифікації теплової обробки продуктів; при пониженому тиску - в посудинах, де підтримується розрідження. Варіння при пониженому тиску використовується для інтенсифікації процесу випаровування рідини.
Для всіх видів обробки продуктів характерні дві стадії: швидкий нагрів середовища (використання максимальної потужності апарата) та слабкий нагрів - режим "тихого кипіння" (використання мінімальної потужності апарата). У деяких випадках доведення страв до готовності здійснюється за рахунок акумульованого тепла.
Від перелічених видів варіння відрізняється варіння "гострою парою", яке здійснюється в результаті доторкання насиченої пари до оброблюваного продукту.
Процес смаження здійснюється без додавання води, бульйону, молока, соусу. При цьому продукт нагрівається до температури, яка сприяє появі на його поверхні специфічної шкуринки. Розрізняють такі способи смаження: основний - здійснюється в неглибокій посудині з додаванням невеликої кількості жиру (5-10% від маси продукту), у фритюрі - продукт повністю погружають у розігрітий жир (150-190 °С), причому співвідношення його з продуктом повинне бути 4:1.
Різноманітність смаження - теплова обробка у середовищі нагрітого повітря в замкнутих камерах (при температурі 250-300 °С). Якщо смаженню підлягають зерномучні або овочеві продукти, то цей спосіб називається випіканням або запіканнях. Смаження може здійснюватись на вогні (над відкритим полум'ям) та інфрачервоним промінням.
До допоміжних способів теплової обробки продуктів відноситься пасерування, обпарювання та обпалювання.
До комбінованих способів відноситься тушіння, смаження після відварювання, поєднання основних способів теплової обробки з надвисокочастотними та інфрачервоними обігрівами.
2. Джерела теплової енергії та теплоносії.
Джерелом тепла в апаратах служить паливо, електроенергія, теплоносії.
При проведенні теплових процесів використовують теплоносії.
Теплоносій – рухоме середовище (газ, пара, рідина), що використовується для переносу теплоти. Вони беруть участь у передачі теплоти від джерела тепла до нагрівального продукту.
В процесах теплопередачі приймають участь не менше двох середовищ з різними температурами. Середовище з більш високою температураю, що віддає при теплообміні теплоту, називається гарячим теплоносієм; середовище з більш низькою температурою, що сприймає теплоту, називається холодним теплоносієм (холодоагентом).
В якості теплоносіїв в технології громадського харчування використовують насичений водяний пар, гарячу воду, повітря або масло, а також електронагрів, нагрів ІЧ-випромінюванням та струмами СВЧ, а в якості холодоагентів – аміак, фреони, воду, лід та повітря.
3. Види теплообміну та їх характеристика.
Теплообмін – самовільний незворотний процес переносу теплоти від більш нагрітих тіл до менш нагрітих.
Теплопередача – теплообмін між двома теплоносіями через тверду стінку, що їх розділяє.
Передача теплоти може здійснюватись теплопровідністю, тепловим випромінюванням та конвекцією.
Теплопровідністю теплота передається в металах і твердих тілах; конвекцією - у рідинах і газах, завдяки тепловому випро мінюванню теплота передається в безповітряному просторі. Найкраще проводять тепло метали та їх сплави, гірше - рідини і ще гірше - гази. Харчові продукти погані провідники тепла, тобто мають низьку теплопровідність. Тому процес приготу вання їжі - тривалий процес.
Теплопровідність - це процес поширення теплоти в мате ріалі, сировині завдяки зіткненню частинок з різною температу рою; при цьому атоми та молекули більш нагрітої частини тіла при зіткненні з молекулами й атомами менш нагрітої частини тіла передають останнім частику своєї енергії.
Є тіла, які добре проводять тепло і навпаки. Властивість тіла проводити тепло залежить від природи речовини, струк тури, температури, тиску та інших факторів.
Коли нагрівається днище металевої посуди, швидко нагріваються і її стінки. Посуд і апарати виготовлені з діелектриків, мають значно менший коефіцієнт теплопровідності ніж металеві.
У твердих тілах теплота передається за рахунок пере міщення вільних електронів (у кристалічній решітці твердих тіл коливаються атоми), у газах і рідинах - за рахунок атомів і молекул.
Розглянемо передачу теплоти теплопровідністю через однорідну та неоднорідні плоскі стінки.
Передача тепла теплопровідністю крізь стінку:
а - одношарову плоску; б - одношарову циліндричну; в - багатошарову плоску.
Конвекція - процес поширення теплоти завдяки переміщенню макрочастинок в об'ємі рідини або газу. Конвекція – теплообмін в рідинах та газах. Це коли нижні прошарки рідини нагріваються, піднімаючись вверх переносять тепло, а менш нагріті прошарки опускаються вниз, тобто відбувається перемішування нагрітих і не нагрітих прошарків. Конвекція поділяється на вільну або природну і примусову. Під час природної конвекції переміщення середовища зумовлене меншою густиною більш нагрітих об’ємів та їх підняттям у полі сил тяжіння за законом Архімеда. Якщо переміщення викликається штучно вентилятором, насосом, мішалкою, то така конвекція називається вимушеною. При цьому розповсюдження теплоти, тобто прогрівання всієї маси рідини (газу) , відбувається значно швидше ніж під час вільної конвекції. Поряд зі змушеним рухом водночас може розвиватися і вільний.
Конвективний перехід теплоти від рідких і газових теплоносіїв до твердих тіл спостерігається під час варіння харчових продуктів у водному або паровому середовищі, хлібовипіканні, сушінні та інших процесах.
Перенос тепла конвекцією має місце між поверхнею твердого тіла і навколишнім середовищем. Такий випадок поширення тепла зветься також тепловіддачею стиканням, або просто тепловіддачею.
Передача теплоти випромінюванням пов'язана зі складним перетворенням енергії. Теплова енергія більш нагрітої поверхні перетворюється на променеву, яка переноситься через простір, і, потрапивши на холодну поверхню, перетворюється на теплову.
Променевий теплообмін - це процес поширення тепла у вигляді електромагнітних хвиль. Частина теплової енергії тіла перетворюється у променеву і у вигляді електромагнітних хвиль поширюється у простір зі швидкістю світла. Кількість енергії, що випромінюється, визначається температурою тіла, станом його поверхні, властивостями тіла. Стикаючись на своєму шляху з твердими, рідкими чи газоподібними матеріалами, теплові промені частково поглинаються, частково відбиваються і в деяких випадках частково проходять крізь ці тіла. Промені, що поглинулись матеріалом, перетворюються у внутрішню енергію поглинаючого тіла, тобто витрачається на підвищення температури тіла. Такі передачі тепла проводяться, наприклад, лампами інфрачервоного випромінювання або виготовлення шашлика на мангалі.
Довжини хвиль теплового випромінювання лежать у невидимій (інфрачервоній) частині спектра в межах 0,8...800 мкм. Всі тіла здатні випромінювати теплову енергію.
4. Основні типи теплообмінних апаратів
Апарати, призначені для проведення теплових процесів, звуться теплообмінними. Класифікувати теплообмінники можна за різними ознаками.
За способом передачі тепла розрізняють:
1. Поверхневі теплообмінники (рекуператори), в яких тепло передається крізь поверхню нагріву - тверду (металеву) стінку, що розділяє різні середовища.
2. Теплообмінники змішування, в яких робочі середовища безпосередньо стикаються або перемішуються.
За основним призначенням розрізняють підігрівачі, випарювачі, холодильники, конденсатори.
За тепловим режимом розрізняють теплообмінники:
1. Періодичної дії, в яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес. Внаслідок зміни виду оброблювального продукту, а
відповідно і властивостей, а також кількості продукту параметру процесу постійно варіюються в робочому об'ємі апарата.
2. Безперервної дії зі сталим у часі процесом. Він характеризується постійністю теплового режиму і витрат робочих середовищ, що протікають у теплообміннику.
Теплообмінні апарати, що використовуються у громадському харчуванні, на думку проф. Ліпатова Н.Н., можна поділити на такі основні типи:
1. Апарати з відкритою гріючою поверхнею або як їх ще називають апарати з проміжною поверхнею нагрівання. У них тепло від гріючої поверхні передається не продукту, а стінці ємкості, в якій знаходиться продукт.
2. Апарати з сорочкою. За способом отримання теплоносія (пар, вода, високотемпературні речовини) їх поділяють на апарати з підводом тепла із централізованих джерел, а також з автономним отриманням носія. За способом нагріву теплоносія, що отримується автономно, можна виділити апарати з нагріванням від електронагрівачів, пари, а також з вогневим обігріванням.
3. Апарати із лежачою всередині поверхнею нагрівання. У якості гріючих елементів, поверхня яких має безпосередній контакт з рідиною, що нагрівається, можуть бути використані тени, змієвики, трубчасті теплообмінники. Апарати з всередині лежачою поверхнею нагріву служать в якості кип'ятильників чи водонагрівачів. Пристрої з теплом для високотемпературного нагріву призначені для смажіння у фритюрі.
4. Апарати з поверхневими нагрівачами без теплоносіїв. В них тепло передається безпосередньо від нагрівача до стінок апарата. До даного виду апаратів умовно можна віднести теплообмінники, в яких стінки обігріваються відкритим теплом.
5. Апарати г променевим нагрівом. Головне їх призначення полягає у приготуванні смажених продуктів. В цих апаратах в якості променевої енергії використовуються інфрачервоні випромінювачі або високотемпературні тени. Прогрівання продукту відбувається за рахунок променевого нагріву поверхні продукту і передачі теплоти теплопровідністю. Певну роль відіграє у цих апаратах конвективний теплообмін з природним рухом повітря.
6. Апарати з променево - конвективним нагрівом. Завдяки роботі вентилятора створюється штучний рух повітря, що інтенсифікує теплообмін завдяки вимушеній конвекції.
7. Апарати з безпосереднім контактом теплообмінних середовищ. До них належать пароварильні апарати. Принцип їх роботи полягає в тому, що пара подається у внутрішній простір апарата і взаємодіє з продуктом. При використанні вологої насиченої пари тепло передається продукту за рахунок конденсації і виділення схованої теплоти пароутворення. При застосуванні перегрітої пари її агрегатний стан не змінюється, а тепло продукту передається за рахунок конвективного теплообміну.
Схеми теплообмінних апаратів:
I - з відкритою гріючою поверхнею: 1 - нагрівальний елемент;
2 - гріюча поверхня; 3 - об'єкт що нагрівається;
II - із сорочкою: а - з централізованим нагрівом парою:
1 - патрубок для входу пари; 2 - відбивач; 3 - корпус апарата; 4 - сорочка;
5 - патрубок для виходу конденсату; б - з електронагрівачем: 1 - сорочка; 2 - корпус апарата; 3 — парогенератор; 4 - електронагрівач(тен); в - з паровим нагрівом: 1 - змійовиковий трубчастий нагрівач; 2 - патрубок для виходу конденсату;
3 - патрубок для входу пари; г - з вогневим нагрівом (апарат з панелями): 1 - сорочка; 2 - корпус апарата; 3 - панелі; 4 - горілки;
III - з всередині лежачою поверхнею нагріву: / - корпус апарата;
2 - електронагрівач;
IV - з поверхневими нагрівачами без теплоносіїв: а - циліндричний: 1 - гнучкі нагрівачі; 2 - корпус; б - трубчастий: 1 - трубка з рідиною; 2 - гнучкі нагрівачі; в - з вогневим нагрівом: 1- горілка; 2 - корпус апарата;
V - з променевим нагрівом: 1,5 - тени; 2 - подовий лист; 3 - корпус апарата;
4 - решітчаста перегородка;
VI - апарат з променево - конвективним обігрівом: 1 - вентилятор; 2 - корпус апарата; 3 - решітки; 4 - випромінювачі;
VII - апарат з безпосереднім контактом теплообмінних середовищ:
1 - парогенератор; 2 - корпус апарата;3 - функціональна ємкість без отворів; 4 - функціональна ємкість із отворами.
Інтенсифікація теплових процесів
Мета інтенсифікації процесів теплообміну полягає у підвищенні ефективності роботи апаратів і зменшенні витрат ними теплової енергії. Найбільш важливими напрямками для досягнення цього є Інтенсифікація теплообмінних процесів і утилізація теплоти, тобто її регенерація.
Найважливішими напрямками підвищення ефективності теплообмінних процесів є такі:
1. Зменшення термічного опору δ/λ стінки, крізь яку відбувається теплообмін. Це є можливим завдяки зменшенню її товщини або використанню матеріалу з більш високим коефіцієнтом теплопровідності, а також при своєчасному видаленні з поверхні теплообміну накипу, пригару продукчу, інших забруднень.
2. Заміна вільної конвекції На примусову. Коефіцієнт тепловіддачі від гріючого агента до продукту збільшується в 1.2...1.5 рази.
3. Забезпечення турбулентного руху теплообмінних середовищ в апараті, що призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі на 15...20 %.
4. Видалення повітря і неконденсуючих газів із робочих камер, де гріючим агентом є пара. Наявність повітря і некондексозаних газів різко знижує коефіцієнт тепловіддачі від пари до стінки.
5. Своєчасне відведення конденсату із парових об'ємів. Високий рівень конденсату істотно знижує ефективність теплообміну.
6. Підвищення різниці температур і теплового потоку (якщо це є можливим за технологічними умовами обробки продукції).
7. Оптимізація розмірів і форми продуктів, що підлягають тепловій обробці. Встановлено, що ефективність варіння і смаження залежить не тільки віл температурних режимів, але також від форми і розмірів самого продукту. Існують оптимальні форми і розміри продукту, що дозволяють швидше довести їх до кулінарної готовності при максимальному збереженні харчової цінності.
8. Правильний вибір виду теплового апарата залежно від продукції, що нагрівається.
Регенерація теплоти. Раціональним шляхом утилізації й економії теплової енергії є її регенерація (рекуперація). Суть регенерації полягає в тому, що гарячі рідина чи газ використовують для попереднього нагрівання холодних рідин чи газів.
Регенерація найбільш прийнятна там, де гарячу рідину необхідно охолоджувати. Регенерація теплоти можлива не тільки від продукту до продукту, але і через проміжний агент, наприклад воду. Найбільш простий і доступний спосіб регенерації може бути продемонстрований на прикладі установки для одержання питної охолодженої кип'яченої води.
Сира вода температурою tн регенератор, що пластинчастий чи трубчастий теплообмінник. Тут за рахунок теплоти, переданої гарячою кип'яченою водою. сира вода нагрівається до температури регенерації tр. Далі підігріта вода надходить у кип'ятильник і нагрівається до температури кипіння tк.. З кип'ятильника вода направляється в регенератор, де вона віддає свою теплоту сирій воді.
Схема регенерації води на установці для
отримання охолодженої кип'яченої води:
1 - кип'ятильник; 2 - регенератор;
3 - охолоджувач
З регенератора вода виходить, маючи температуру tрк, і надходить в охолоджувач, де охолоджується до температури tок.
Регенерацію можна здійснювати за принципами прямотоку і протитоку. Значно ефективніше застосовувати протиточну регенерацію.
Фізична сутність коефіцієнта регенерації полягає в тому, що він показує, яка частина теплоти, витраченої на нагрівання продукту від початкової до кінцевої температури, використовується для нагрівання нових порцій продукту від початкової температури до температури регенерації.. Чим вище коефіцієнт, тим вище теплова ефективність регенераторів. На практиці в харчових галузях промисловості широко застосовуються регенератори, у яких значення Е досягає 80... 95%.
Таким чином, при регенерації досягається істотна економія витрати теплоти і не менш істотна економія витрати холоду.
Контрольні запитання:
- Назвіть основні способи передачі тепла.
- За рахунок чого передається тепло в металах, твердих газах, рідинах ?
- Передача тепла теплопровідністю.
- Передача тепла конвекцією.
- Передача тепла тепловим випромінюванням.
- Від яких факторів залежить швидкість передачі тепла ?
- Класифікація теплоообмінних апаратів за способом передачі тепла.
- Класифікація теплоообмінних апаратів за тепловим режимом.
9. Які існують типи теплообмінних апаратів у громадському харчуванні ?
- Яке призначення теплової обробки теплових процесів ?
- Рушійна сила теплових процесів.
- Назвіть основні способи теплової обробки.
- Поверхневе нагрівання продуктів.
2. Corpus pltonicum Точная дата рождения Платона неизвестна
3. Алматинский универитет энергетики и связи Теплоэнергетический факультет Кафедра физики
4. Расчет привода и поршневого двигателя автомобиля
5. новского. Изд. 2е стереотипное
6. Расчет поршневой группы 5
7. лекция миниатюрных ружей и револьверов в Тульском музее оружия рядом с обычной зажигалкой 124 Если Вы заг
8. Красноярский рабочий Нижегородская крестьянская газета Процесс формирования нового общества сопров.html
9. А Когда говорят про маленькие автомобили то имеют ввиду именно этот класс
10. Понятие недвижимости и особенности правового режима недвижимости в законодательстве Российской Федерации
11. Роспечать и магазина цветов Аленький цветочек 18-40 Факультеты Евразии и Востока и
12. Кундалини Одна из самых популярных и действенных техник Ошо
13. ТЕМА 33 УЧЕТ И ОТЧЕТНОСТЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ 2 Основные виды отчетности ее содержание и сроки исполнения
14. Банкротство и ликвидация предприятия
15. Тема- Приготовление и ввод в работу систем ПТУ
16. СОБЕРИ ОСКОЛКИ Принцесса- Ах как прекрасны все вокруг1
17. В ассортименте оборудование ridgid позиционирует ручные гидравлические и электрические трубогибы
18. тема 11 Prents nd Children One of the importnt problems of ll times is genertion gp
19. Совершенствование маркетинговой деятельности ООО
20. СПИРИДОНОВА аспирант ИСЭПН РАН О