Нагревание, способы подвода теплоты.

Нагреванием называется процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. Широко распространенными методами

нагревания в пищевой технологии является нагревание горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, топочными газами и электрическим током.

Для этих целей применяются теплообменники различных конструкций.

Нагревание водой применяется для нагревания и пастеризации продуктов при температуре выше 100 °С. Для нагревания до температур выше 100°С применяют перегретую воду, находящуюся под избыточным давлением. Расход воды или другого теплоносителя на нагревание определяют из теплового баланса:

GвCвtв н + GпCпtпн= GвCвtвк+ GпCпtпк + Qп ,

где Gв и Gп – количество соответственно воды и продукта, кг/ч;

св и сп – теплоемкости соответственно воды и продукта, кДж/(кгград);

tвни tпн – начальные температуры соответственно воды и продукта, °С;

tвки tпк – конечные температуры соответственно воды и продукта, °С;

Qп – потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.

Нагревание водяным насыщенным паром получило широкое распространение, что объясняется следующими его достоинствами: большим количеством теплоты, выделяющейся при конденсации водяного пара; высоким коэффициентом теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке –порядка 20 000…40 000 кДж/(м2∙ч∙град); равномерностью обогрева. При нагревании водяным насыщенным паром применяют два способа: нагревание «глухим» насыщенным паром и «острым» паром. При нагревании «глухим» паром теплота от конденсирующегося насыщенного водяного пара к нагреваемому теплоносителю передается через разделяющую их стенку. Греющий «глухой» пар конденсируется и выводится из парового пространства теплообменника в виде конденсата. При этом температура конденсата принимается равной температуре насыщенного греющего пара.

Нагревание электрическим током осуществляется в электрических печах сопротивления прямого и косвенного действия. В печах прямого действия тело нагревается при прохождении через него электрического тока. Нагревание токами высокой частоты основано на том, что при воздействии на диэлектрик переменного электрического тока молекулы диэлектрик, а приходят в колебательное движение, при этом часть энергии затрачивается на преодоление трения между молекулами диэлектрик а и превращается в теплоту, нагревая тело. Количество выделяющейся теплоты пропорционально квадрату напряжения и частоте тока.

Для получения токов высокой частоты используют генераторы различных конструкций. Достоинствами диэлектрического нагревания являются: непосредственное выделение теплоты в нагреваемом теле; равномерный быстрый

нагрев всей массы материала до требуемой температуры; простота регулирования процесса. В печах косвенного действия теплота выделяется при прохождении электрического тока по нагревательным элементам. Выделяющаяся при этом теплота передается материалу тепловым излучением, теплопроводностью и конвекцией.

Количество теплоты, которое необходимо подвести в процессе нагревания электрическим током, определяется из теплового баланса:

Qэ + Gctн=Gctк + Qп ,

где Qэ – количество теплоты, выделяющейся в нагревательном электрическом устройстве при прохождении электрического тока, кДж/ч;

G – количество перерабатываемого в обогреваемом аппарате продукта, кг/ч;

с – теплоемкость перерабатываемого продукта, кДж/(кг∙град.);

tн и tк– соответственно начальная и конечная температуры перерабатываемого продукта, °C;

Qп – потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.

Qэ = Gc(tк - tн) + Qп.

Мощность нагревательных элементов (в кВт)

N=Qэ/3600