Особенности осциллирующего энергоподвода в технологии размораживания гидробионтов

УДК 664.951.037.59

В. Н. Лысова, Ю. А. Максименко, И. Ю. Алексанян, Н. В. Дульгер

ОСОБЕННОСТИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕГО ЭНЕРГОПОДВОДА В ТЕХНОЛОГИИ РАЗМОРАЖИВАНИЯ ГИДРОБИОНТОВ

V. N. Lysova, Yu. А. Maksimenko, I. Yu. Alexanyan, N. V. Dulger

FEATURES OF OSCILLATING ENERGY RELEASE IN THE TECHNOLOGY OF DEFROSTING OF HYDROBIONTS

Представлены результаты экспериментальных исследований размораживания гидробионтов в осциллирующем режиме энергоподвода, позволяющие обосновать рациональный режим размораживания рыбы блочной заморозки, сохранить качество размороженного продукта, сократить расход энергии и длительность процесса. Интенсификация процесса позволяет в судовых условиях при сохранении производительности линии уменьшить площади, занимаемые оборудованием для дефростации рыбы.

Ключевые слова: размораживание, тепломассообмен, циклический энергоподвод.

The results of experimental studies of defrosting of hydrobionts in the oscillatory energy release mode are stated. They allow justifying rational mode of block frozen fish defrosting, maintaining the quality of the defrosted product, reducing energy consumption and duration of the process. Intensification of the process helps in ship’s conditions at conservation of the line productivity decrease the areas occupied with the equipment for fish defrosting.

Key words: defrosting, heat and mass transfer, cyclic energy release.

В условиях энергетического кризиса основной задачей является изыскание эффективных энергосберегающих технологий размораживания гидробионтов как в береговых, так и в судовых условиях [1]. Однако процесс размораживания рыбы при производстве консервной продукции на плавбазах в условиях дефицита энергии и производственных площадей недостаточно изучен.

Существующие способы размораживания имеют ряд недостатков, и одним из них является огромная затрата энергоресурсов и невозможность обеспечить качество продуктов для их дальнейшей переработки или реализации. Именно поэтому создание энерго- и ресурсосберегающей технологии размораживания при обеспечении минимальных потерь качества и количества продукта является актуальным [2]. В настоящее время существует несколько направлений в технологии размораживания, которые отличаются использованием различных видов теплоносителей и различных видов энергетического воздействия на обрабатываемый продукт. Подход к решению задачи изыскания рационального способа размораживания последовательно, с разных позиций, дает возможность полнее понять все стороны такой задачи и найти ее наиболее совершенное решение.

При исследовании были поставлены следующие задачи:

1. Исследование влияния способа размораживания на скорость процесса.

2. Определение оптимальных режимов размораживания.

В предлагаемом нами способе размораживание осуществляется путем многократного чередования процесса обработки блоков замороженных продуктов орошением водой с последующей выдержкой в воздухе, что позволяет организовать импульсный подвод тепла и уменьшить потери белка из продуктов в воду.

Исследования по размораживанию погружением в воду [3] показали, что применение данного способа для блоков мелкой рыбы дает дополнительную возможность ввода тепла в размораживаемый объект и сокращает расходы воды и энергии на ее подогрев.

Это позволяет определить пути регулирования данного процесса, что послужило основанием для проведения экспериментов по размораживанию блоков гидробионтов орошением водой в осциллирующем режиме.

Предлагается контакт блока с водой прерывать при достижении на поверхности максимально допустимой температуры, а выдержку в воздухе производить до момента размораживания поверхностного слоя, толщиной в одну кильку, и его самопроизвольного отделения.

С целью определения рационального режима размораживания проводились исследования температурных полей и тепловых потоков при различных значениях температуры орошающей воды (рис. 1-3).

При контакте замороженного блока кильки с водой его температура начинает расти. Наибольшая скорость роста температуры наблюдается на поверхности блока. В зависимости от температуры воды, через определенный промежуток времени температура поверхности блока незначительно отличается от температуры воды, что указывает на нецелесообразность дальнейшего контакта блока кильки с водой вследствие снижения интенсивности подвода тепла извне. Поэтому контакт блока кильки с водой прерывали и выдерживали блок на воздухе. Допустимо, с определенной степенью точности, считать, что теплообмена с внешней средой в период выдержки блока рыбы на воздухе практически не происходит. За счет поглощения тепла внутренними слоями поверхностный слой блока охлаждается. Повышение температуры в центре блока и в его промежуточных точках в этот период времени свидетельствует о непрерывности процесса размораживания за счет внутреннего теплообмена.

Рис. 1. Размораживание в осциллирующем режиме при температуре 15 °С:

1, 2, 3, 4 - температура на поверхности, в промежуточных точках и в центре блока рыбы соответственно;

5, 6, 7 - плотность теплового потока в слоях блока

Рис. 2. Размораживание в осциллирующем режиме при температуре 20 °С:

1, 2, 3, 4 - температура на поверхности, в промежуточных точках и в центре блока рыбы соответственно;

5, 6, 7 - плотность теплового потока в слоях блока

¿,с

Рис. 3. Размораживание в осциллирующем режиме при температуре 22 °С:

1, 2, 3, 4 - температура на поверхности, в промежуточных точках и в центре блока рыбы соответственно;

5, 6, 7 - плотность теплового потока в слоях блока

Анализ полученных результатов показал, что повышение температуры воды только до определенного момента сокращает продолжительность размораживания. При высоких значениях температуры воды продолжительность процесса увеличивается.

В табл. 1 представлены расчеты продолжительности контакта блока кильки с водой и выдержки его на воздухе.

Таблица 1

Продолжительность контакта блока кильки с водой и выдержки на воздухе в зависимости от температуры воды

Температура воды, ° С Продолжительность контакта с водой, мин Продолжительность выдержки на воздухе, мин

15 63 52

17 56 52

20 30 49

25 26 56

30 16 74

Из табл. 1 видно, что продолжительность контакта блока с водой с увеличением температуры воды значительно снижается. Что касается продолжительности выдержки на воздухе, то до температуры воды 20 °С эта зависимость сохраняется, а затем вновь наблюдается увеличение продолжительности процесса. Очевидно, что при температуре воды 15 °С поверхностный слой прогревается на большую толщину, чем при температуре 17 и 20 °С, и это приводит к увеличению продолжительности процесса охлаждения и выравниванию температуры по всей толщине слоя. С увеличением температуры толщина прогретого слоя уменьшается и продолжительность выдержки в воздухе сокращается. Высокие значения температуры - 25 и 30 °С (с технологических позиций сохранения качества кильки) не допускают длительного контакта блока с водой. При этом величина прогретого слоя минимальна при первом контакте, но температура слоя высока. При охлаждении этого небольшого слоя фронт размораживания продвигается вглубь блока, величина размороженного слоя увеличивается. Очередной контакт блока с водой приводит к дальнейшему увеличению размороженного слоя и, следовательно, к увеличению продолжительности охлаждения этого слоя. В результате значительно увеличивается продолжительность процесса размораживания.

Для исследования продвижения фронта размораживания в зависимости от температуры в поверхностный слой блока кильки устанавливали термопары на расстоянии 1 мм. Величина слоя составляла 11 мм. Результаты исследований сведены в табл. 2.

Таблица 2

Величина размороженного слоя при контакте блока с водой в зависимости от температуры воды и числа контактов

Т емпература воды, ° С Величина размороженного слоя, м

1 контакт 2 контакт 3 контакт

15 0,011 - -

17 0,010 - -

20 0,005 0,009 -

25 0,006 0,010 -

30 0,005 0,007 0,010

Полученные результаты полностью согласуются с вышеуказанными выводами.

Для интенсификации процесса размораживания необходимы наиболее рациональные способы подвода тепла к продукту. Нашими исследованиями установлена возможность интенсификации размораживания блоков кильки в воде с использованием импульсного подвода тепла к поверхности блока. Принципиальная особенность такого способа состоит в возможности сокращения продолжительности размораживания с образованием больших градиентов температур и генерации тепла в поверхностном слое блока.

Выводы

Анализ полученных результатов показал:

1. Использование циклического размораживания приводит к интенсификации процесса, что позволяет в судовых условиях при сохранении производительности линии уменьшить площади, занимаемые оборудованием для дефростации рыбы.

2. При циклическом размораживании наибольшая скорость размораживания наблюдается при температуре воды 20 °С.

3. Повышение температуры воды при циклическом размораживании приводит к снижению скорости размораживания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полумордвинова А. О., Квятковская И. Ю. Информационная система поиска оптимального управленческого решения // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. - 2009. -№ 2. - С. 61-64.

2. Лысова В. Н., Бурцева Е. П., Львова Н. В. (Дульгер Н. В.). Исследование динамики процессов и оборудования при дефростации // Материалы науч.-техн. конф. АГТУ. - Астрахань: АГТУ, 2002. - С. 147-149.

3. Лысова В. Н. Интенсификация процесса размораживания рыбы при различных видах теплоносителя // Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)». - М., 2005. - С. 299-300.

Статья поступила в редакцию 1.12.2011

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Лысова Вера Николаевна - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»; vnl55@yandex.ru.

Lysova Vera Nickolaevna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Technological Machines and Machinery"; vnl55@yandex.ru.

Максименко Юрий Александрович - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»; vnl55@yandex.ru.

Maksimenko Yury Aleksandrovich - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science; Assistant Professor of the Department "Technological Machines and Machinery"; vnl55@yandex.ru.

Алексанян Игорь Юрьевич - Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; зав. кафедрой «Технологические машины и оборудование»; vnl55@yandex.ru.

Aleksanyan Igor Yurievich - Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Science, Professor; Head of the Department "Technological Machines and Machinery"; vnl55@yandex.ru.

Дульгер Надежда Валерьевна - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»; vnl55@yandex.ru.

Dulger Nadezhda Valerievna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science; Assistant Professor of the Department "Technological Machines and Machinery"; vnl55@yandex.ru.