Сельское
хозяйство/ 4.Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
К.т.н. Овсянников В.Ю., магистрант Кондратьева Я.И.,
студент Бостынец Н.И.
Воронежский государственный университет инженерных технологий,
Россия
Расчетные параметры процесса
концентрирования
жидких сред вымораживанием
Концентрирование пищевых и биологических
сред, основой которых является водная составляющая, методом вымораживания
влаги обеспечивает наиболее полное сохранение всех исходных составляющих [1].
Понижение температуры замерзания воды при
наличии в ней органических или неорганических веществ выражается уравнением
,
где ΔT –
понижение температуры замерзания, К; 
- температура
замерзания чистой воды, К; ΔНf – скрытая теплота плавления, кДж/кг; α –
активность воды; R – газовая постоянная,
Дж/(моль·К).
Теоретически
концентрирование с помощью вымораживания можно рассматривать как наиболее
избирательный процесс обезвоживания по сравнению с другими физическими методами
[2].
Если у растворов не происходит
электролитической диссоциации, понижение температуры замерзания пропорционально
концентрации растворенного вещества С
,
где εg –
коэффициент пропорциональности, являющийся криоскопической постоянной,
характерной для каждого растворителя и не зависит от природы растворенного
вещества. На этом основан криоскопический метод определения молекулярного веса
растворенного вещества.
.
В свою очередь εg растворителя может быть определено следующим соотношением
,
где R – газовая
постоянная, Дж/(моль·К); Т – температура
замерзания растворителя, К; q – удельная теплота плавления, Дж/кг.
Основные зависимости при
концентрации раствора путем вымораживания могут быть представлены так: выход
концентрата обратно пропорционален концентрации; чем выше содержание сухих
веществ в исходном растворе, тем больше выход концентрата при постоянной
температуре; чем ниже температура замораживания, тем выше концентрация
сгущенного продукта.
Относительная молярная
концентрация водного раствора равна
,
где μр – молекулярный
вес растворенного вещества.
В период концентрирования
растворов вымораживанием общее весовое количество раствора будет состоять из
ряда компонентов:
,
где Gp –
масса растворенного вещества, кг; Gω – масса растворителя, не превратившегося в лед при
температуре замораживания, кг; Gл – масса льда, кг.
При этом
,
тогда количество вымороженной воды при определенной
температуре равно
Принимая, что количество вымороженной воды
не зависит от скорости вымораживания, а зависит от конечной температуры
продукта, то общий объем вымороженной воды будет равен
где ω – количество
вымороженной воды при данной температуре; W – влагосодержание продукта; G – масса продукта, кг; γ –
плотность продукта, кг/м3.
В тоже время количество воды, которое
необходимо удалить из концентрируемого продукта, определяется по формуле
,
где W1 – количество воды, удаляемое из
1 кг жидкости, кг; Ср – концентрация сухих веществ, кг сухих веществ
на 1 кг готового продукта; Сf – концентрация сухих веществ, кг
сухих веществ на 1 кг концентрируемой жидкости; Сi – концентрация сухих веществ, кг
сухих веществ на 1 кг удаляемого льда.
Когда количество сухих веществ с удаляемым
льдом незначительно, указанная формула превращается в уравнение вида
.
Таким
образом, при вымораживании получают лед и концентрированный раствор, который
является либо отходом производства, либо продуктом, используемым в качестве концентрата для последующего хранения или исходным сырьем для последующей сублимационной сушки.
Литература:
1. Пап, Л. Концентрирование вымораживанием [Текст] /
Л. Пап, пер. с венг., под. Ред. О.Г. Комякова. – М.: Лёгкая и пищевая
промышленность, 1982. – 97 с.
2.
Антипов, С.Т. Тепло- и массообмен при концентрировании жидких сред
вымораживанием [Текст]/ С.Т. Антипов, В.Е. Добромиров,
В.Ю. Овсянников; Воронеж. гос.
технолог. акад. Воронеж, 2004. – 208 с.