Курс лекций по дисциплине: «Теоретические основы технологии продовольственных продуктов» для специальности: «Технология продовольственных продуктов»
Обработка пищевых продуктов инфракрасным излучением
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
| 2. Обработка пищевых продуктов инфракрасным излучением
Инфракрасное излучение широко применяется в различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, хлебопекарной, мясной, молочной — как в технологических процессах, так и при выполнении различных качественных и количественных химических анализов. Инфракрасное излучение используется главным образом для нагревания продукта. Сравнительно с традиционными источниками инфракрасное излучение имеет следующие особенности. Так же как и при кондуктивном нагреве, с помощью инфракрасного излучения можно передавать продукту мощный поток тепла. Однако в отличие от кондуктивного нагрева инфракрасное излучение проникает на некоторую глубину, которая при коротковолновом инфрасном излучении может составлять несколько миллиметров благодаря проникновению инфракрасного излучения в глубь продукта мощность потока тепла может быть много выше без опасности перегрева поверхности продукта. В отличие от кондуктивного нагрева, при нагреве инфракрасным излучением поверхность продукта остается открытой, с нее идет интенсивное испарение воды, вызывающее охлаждение поверхностных слоев. Это также дает возможность подводить к продукту интенсивный поток тепла – до тех пор, пока поверхностные слои не будут чрезмерно обезвожены. Сравнительно с конвективным нагревом, с помощью инфракрасного излучения также можно вести процесс нагрева значительно более интенсивно. При конвективном нагреве в горячей газовой среде основной поток тепла воспринимается продуктом через теплоотдачу. Известно, что коэффициент теплоотдачи находится в степенной зависимости со скоростью движения теплоносителя. Так что интенсификация процесса нагрева при конвективном способе достигается повышением температуры теплоносителя и скорости его движения. Для существенной интенсификации нагрева продукта необходимо значительно увеличить скорость движения теплоносителя, но при этом происходит быстрое обезвоживание поверхности продукта, что в большинстве случаев приводит или к порче продукта, или чрезмерным потерям его массы. Так что в ряде случаев использование ипфракрасного излучения или другого способа, например, переменного электрического поля, является единственным путем интенсификации процесса. Нагрев инфракрасным излучением осуществляется следующим образом. Направленный поток инфракрасного излучения взаимодействует с поверхностными слоями продукта, преобразуясь в теплоту. В зависимости от оптических свойств продукта и длины волны излучения, последняя проникает в поверхностные слои продукта. Такая мобильность инфракрасного излучения открывает широкие возможности для его использования. Инфракрасному излучению в спектре электромагнитных волн соответствует диапазон длин волн 0,76—750 мкм, которые условно делятся на три группы: длинноволновая — 750—25 мкм; средневолновая — 25—2,5 мкм; коротковолновая — 2,5—0,76 мкм. Для технических целей верхний предел используемых длин волн можно ограничить 15 мкм, так как образующийся водяной пар имеет максимум поглощения инфракрасных лучей с длиной волны более 15 мкм. В общем случае поток излучения Ф (Вт), произвольно падающий на поверхность материала, претерпевает ряд изменений: одна его часть Ф0 — отражается от поверхности материала, другая Фп — поглощается материалом, а третья Фпр — проникает через материал: Ф = Ф0 + Фп + Фпр Величины слагаемых, входящих в это равенство, зависят от свойств материала и от параметров источника излучения. Взаимодействие материала с лучистым потоком характеризует ряд коэффициентов. Коэффициент отражения р представляет собой отношение лучистого потока, отраженного от поверхности продукта, к полному потоку излучения: р = Ф0/ Ф Коэффициент поглощения α — это отношение поглощенного продуктом принятого потока к полному потоку излучения. α = Фп / Ф. Коэффициент пропускания τ отражает отношение потока лучистой энергии, проникающего через материал, к полному лучистому потоку: τ = Ф пр/ Ф Очевидно, что р + α + τ = 1. Глубина проникновения ИК-излучения обратно пропорпорциональна коэффициенту поглощения. С уменьшением длины волны глубина проникновения ИК-лучей увеличивается и может достигать в отдельных случаях 3—5 мм. Для малопрозрачных тел, к которым относится подавляющee большинство пищевых продуктов, проникающее излучение практически отсутствует (Фпр = 0). Тогда α + p = 1. При тепловой обработке большинства пищевых продуктов состояние их поверхности непостоянно: меняется цвет, степень шероховатости и прочее. Соответственно меняются значения р, α и τ. При выборе излучателя учитывают целый ряд факторов - такие, как особенности технологического процесса, свойства материала, интенсивность излучения генератора, возможность импульсного облучения, экономические требования и так далее. В настоящее время в промышленности используются электрические и газовые ИК-излучатели. Среди них светлые и темные. Светлые имеют более коротковолновое излучение, их лучистая энергия имеет большую глубину проникновения. Газовые обычно дешевле и экономичнее в эксплуатации. При выборе излучателя учитывают особенности обрабатываемого материала,его оптические свойства – пропускательную, поглощательную и отражательную способности. Различают интегральные и спектральные оптические характеристики продуктов. Для практических целей лучше пользоваться интегральными характеристиками, отражающими взаимодействие объема с лучистой энергией во всем используемом диапазоне длин волн. Источник излучения выбирают с учетом спектральных характеристик материала, КПД аппарата, интенсивности подвода теплоты, экономических показателей процесса. Излучатели должны размещаться в аппарате в соответствии с формой обрабатываемого изделия и особенностями технологического процесса. Продукт с большой проницаемостью в инфракрасной области размещают на горизонтальной еонвейрной ленте, изготовленной из металла. Нагреваясь лента в свою очередь передает тепло продукту. Целесообразно облучать продукт со всех сторон. Определенные требования предъявляют к конструктивному использованию аппаратов ИК-излучения. Внутреннюю обшивку колец изготавливают из материалов, обладающих большим коэффициентом отражения, что позволяет создавать более равномерный тепловой поток и повышает эффективность работы установки. Наибольшее распространение получил полированный и анодированный алюминиевый лист. Конструкция аппарата должна обеспечить создание равномерного лучистого потока по всей поверхности продукта. Специфика ИК-излучения позволяет конструировать аппарат непрерывного действия. В наиболее общем случае ИК-аппарат состоит из камеры, транспортирующего органа, ИК-излучателей, системы вентиляции, управления и автоматики. Большой интерес представляет сочетание различных источников тепловой энергии. Это позволяет получить законченный технологический цикл, свести затраты энергии к минимуму, получить продукты высокого качества. Для обработки некоторых видов продуктов требуется применять разные режимы: например, варка и обжарка, запекание и копчение. В этом случае использование ИК-излучения, обеспечивающего интенсивный поверхностный нагрев, может быть особенно эффективным. Как показывает опыт эксплуатации промышленных установок ИК-излучения, практически во всех случаях ИК - обработки наблюдается повышение качества и выхода готовой продукции, снижение энергетических затрат, yпрощение конструкции аппарата. Нагрев продукта в оптимальных условиях, как правило, обеспечивает большой выход и лучшее качество. При этом обеспечиваются и более высокие технико-экономические показатели процесса. жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|