Курс лекций по дисциплине: «Теоретические основы технологии продовольственных продуктов» для специальности: «Технология продовольственных продуктов»
Использование ультразвука в тепловых и диффузионных процессах
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
| 4. Использование ультразвука в тепловых и диффузионных процессах
Колебательные возмущения среды ускоряют процесс тепло- и массообмена. Механизм воздействия акустических колебаний в основном сводится к воздействию на ламинарно движущуюся жидкость и на пограничный слой при турбулентном движении. Под действием колебаний ламинарный поток деформируется — происходит его турбулизация, что приводит к усилению теплообмена. Например, скорость теплоотдачи от колеблющегосяся по вертикальной оси цилиндра (f = 40 Гц) к воде увеличивается при Rе = 10 4 в 41 paз {Rе — критерий Рейнольдса). При ламинарном режиме движения воздействие aкустических колебаний на теплообмен проявляется более сильно. Это объясняется тем, что колебания создают дoполнительное возмущение потока и способствуют образованию турбулентных пульсаций. У турбулентного потока стоячие волны размываются, в результате чего воздействие колебаний на теплопередачу заметно меньше. С увеличением частоты колебаний теплоотдача увеличивается. Это связано с тем, что толщина пограничного слоя с увеличением частоты несколько уменьшается. В потоке с развитой турбулентностью толщина пограничного слоя мала, поэтому и действие колебаний проявляется слабее. В маловязких жидкостях коэффициент теплопередачи больше зависит от амплитуды, чем от частоты. Однако акустические колебания не всегда улучшают теплообмен. Так, в случае кипения жидкости принудительные колебания ухудшают процесс теплопередачи. Процесс массообмеиа под действием акустических колебаний ускоряется в результате следующих фактров: перемешивание взаимодействующих фаз, образование циркуляционных токов внутри каждой фазы и устранение застойных зон вблизи поверхности фазового контакта. Так как воздействие ультразвука сопровождается термическим действием на продукт, то общий эффект интенсификации теплообмена складывается из воздействия механического и теплового факторов, С помощью ультразвука можно существенно интенсифицировать диффузионные процессы. Например, при посоле сельди обработка ее ультразвуком с помощью магнитострикционных излучений при интенсивности 0,6 Вт/см2 (значительно ускоряет процесс проникновения соли. Под действием ультразвука повышается проницаемость оболочек клеток фруктов и овощей, что облегчает процесс извлечения сока. Ускоренная технология производства виноградного сока, осветления его и удаления избытка винного камня с применением ультразвуковой обработки включает следующие операции: отжим сока, грубую фильтрацию через мешковину, охлаждение до 3—4 0С, обработку ультразвуком в потоке, отстаивание в танках в течение суток, декантацию, сепарирование на механических сепараторах, мгновенный подогрев до 95°С и охлаждение до 40°С, сепарирование на механических сепараторах, двойную фильтрацию на фильтр-прессах, расфасовку и стерилизацию в автоклавах. При выработке сока по ускоренной технологии происходит осветление сока, сок хорошо фильтруется и становится кристально прозрачным. Непосредственно при озвучивании выпадает 6 - 10% винного камня и при последующем отстаивании — еще 12 – 20% от его исходного количества. Ультразвук резко интенсифицирует процесс кристаллизации в основном в результате увеличения центров кристаллизации. Отделение винного камня зависит от частоты и интенсивности ультразвука, особенно па начальной стадии процесса. Воздействие ультразвука приводит к турбулизации среды, нарушению пограничного слоя, а также к периодиическому созданию вакуума в фазе разрежения звуковой волны. Эти факторы приводят к ускорению процесса сушки, которое в акустическом поле начинает проявляться с определенного уровня звукового давления не ниже 130 дБ. Минимальное звуковое давление, при котором становится заметной интенсификация сушки, называют критическим уровнем звукового давления. Величина критического уровня звукового давления определяется значением, при котором вынужденная сила звуковой волны превышает подъемную силу естественной конвекции. Использование ультразвука позволяет вести процесс сушки с той же скоростью при более низкой температуре. Это имеет большое значение для сушки термолабильных пищевых продуктов. Наиболее благоприятно акустическая сушка протекает при механическом перемещении частичек материала, особенно при сушке в "кипящем" слое или при непрерывном перемешивании. Сушка в кипящем слое обеспечивает большую интенсивность процесса, более высокий коэффициент заполнения объема; при этом более полно используется звуковая норма. С помощью ультразвука можно интенсифицировать увлажнение материалов. В устройствах для этого вибрирующий элемент генератора ультразвуковых колебаний заканчивается иглой. Острие иглы входит в выходное отверстие сопла, через которое подается жидкость для увлажнения продукта. Под воздействием ультразвуковых колебаний, совершаемых иглой, жидкость, выходящая из сопла, превращается в гомогенный туман, содержащий частицы жидкости примерно одинакового размера. Распыленная жидкость тщательно и равномерно увлажняет продукт (например, сахарный песок) в процессе его падения из верхней части камеры увлажнения в нижнюю. жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|