| Tính toán thời gian làm lạnh đông thực phẩm |
| Thứ hai, 18 Tháng 7 2011 22:06 |
 Trong công nghệ thực phẩm, mỗi khi thiết kế một sản phẩm mới thì yêu cầu đặt ra là phải xác định thời gian cấp đông cho sản phẩm. Bài viết sau đây sẽ đưa ra công thức tính thời gian cấp đông vật ẩm, có thể áp dụng cho các máy cấp đông kiểu đối lưu hoặc kiểu tiếp xúc trong sản xuất1. Quá trình đông lạnh thực phẩm Công nghệ chế biến thực phẩm đông lạnh thường gồm các khâu: Thực phẩm ¨ Chế biến ¨ Đóng gói ¨ Cấp đông ¨ Bảo quản Khâu cấp đông yêu cầu làm đông hết ẩm và hạ nhiệt độ tâm sản phẩm xuống tới trị số nhiệt độ tk nào đó trước khi đưa vào kho lạnh. Quá trình cấp đông gồm có 3 giai đoạn như hình 1 gồm: τ1 là thời gian hạ nhiệt độ vật ẩm, từ nhiệt độ ban đầu t1 đến nhiệt độ đóng băng t0 = 00C, τ2 là thời gian đông kết ẩm trong vật ở nhiệt độ t0 = const, τ3 là thời gian quá lạnh khối băng từ nhiệt độ t0 đến nhiệt độ tk yêu cầu. Môi trường lạnh cần phải có nhiệt độ tf < tk < t0 < t1. Nếu cấp đông kiểu đối lưu thì vật ẩm có biên loại 3 với hệ số toả nhiệt α hữu hạn. Nếu cấp đông kiểu tiếp xúc thì vật ẩm có biên loại 1 với tw = tf và coi α∞. Thời gian đông lạnh vật ẩm là: τ = τ1 + τ2 + τ3 2. Bài toán đông lạnh thực phẩm Xét vật V dạng hình hộp có kích thước 2δ × R × D với 2δ < R < D, có độ ẩm φ, khối lượng riêng ρ, nhiệt dung riêng C, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt độ ban đầu t1, nhiệt độ đóng băng t0, nhiệt độ hoá rắn r, cần được đông kết và quá lạnh để nhiệt độ tại tâm của vật đạt tk bằng cách cho bề mặt F xung quanh vật tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf < tk < t0 < t1 với hệ số toả nhiệt α. Tính toán thời gian cấp đông τ theo các thông số đã cho.
3. Tính thời gian làm lạnh vật ẩm τ1 3.1. Giả thiết 1) Tại mỗi thời điểm τ, coi nhiệt độ t trong vật ẩm là phân bố đều, bằng nhiệt độ trung bình trong thể tích V. Giả thiết này càng đúng khi độ ẩm φ tăng, và λ cũng tăng theo φ. 2) Các thông số đã cho không thay đổi trong thời gian khảo sát. 3.2. Thiết lập công thức tính τ1 Phương trình cân bằng nhiệt cho vật V trong dτ là: dUv = δQα hay là: - ρVCdt = αF(t – tf)dτ Suy ra: = ¨ t(τ) = tf + (t1 – tf)exp () Thời gian τ1 để nhiệt độ t giảm từ t1 t0 là: τ1 = , [s] với V = 2δRD, F = 2(2δR+2δD+RD) Khi cấp đông tiếp xúc, với sản phẩm V có biên loại 1, phương trình cân bằng nhiệt cho V là: dUV = δQλ hay là: - ρVCdt = ¨ t(τ) = tf + (t1 – tf)exp () Suy ra: τ1 = , [s] với tf = tw là nhiệt độ bề mặt tiếp xúc của vật ẩm. 4. Tính thời gian đông kết ẩm τ2 Gọi x là độ dày lớp băng đạt được lúc τ, dx là độ dày lớp băng mới tạo ra sau thời gian dτ. Phương trình cân bằng nhiệt cho lớp băng mới tạo ra dV = (1m2.dx) là: (nhiệt do lớp băng mới toả ra) = (nhiệt dẫn qua vách băng cũ có độ dày x) dQλ = δQλ(x) |
