Використання методу регулярного теплового режиму для визначення коефіцієнта тепловіддачі в молочних продуктах

Abstract

Молоко — складна рідина. Його основними компонентами є вода, лактоза, жир, білок і мінерали, але їхня відносна кількість залежить від генетики, пори року, харчування тварин, рівня виробництва тощо. Для переробки різних молочних продуктів: вершкового масла, сиру, згущеного молока, йогурту тощо, — потрібно багато технологічних шляхів. Однією з найважливіших вимог сучасного молочного виробництва є можливість контролювати температуру продуктів на кожному етапі процесу. Тому нагрівання та охолодження є дуже поширеними операціями на молокозаводі. Теплообмінники стали критично важливим компонентом переробки молока, і без них багато молочних продуктів вважалися б небезпечними для споживання через ріст шкідливих мікроорганізмів. Теплообмінники використовуються для багатьох процесів обробки, включно з пастеризацією, стерилізацією та іншими потребами харчової промисловості. В роботі встановлюється існування регулярного теплового режиму в системі «навколишнє середовище (вода в кільцевому об’ємі) — тонка циліндрична металева стінка — дослідне рідинне середовище». Як дослідне рідинне середовище вибрано молоко та молочну сироватку. Вивчається теплообмін в умовах вільної конвекції. Експериментально встановлено, що в дослідній системі «навколишнє середовище (вода в кільцевому об’ємі) — тонка циліндрична металева стінка — дослідне рідинне середовище» мають місце ознаки регулярного теплового режиму, тобто, сталість темпу охолодження (нагрівання) дослідного рідинного середовища в тонкій циліндричній металевій посудині; сталість коефіцієнта тепловіддачі в процесі регулярного теплового режиму; сталість коефіцієнта нерівномірності розподілу температур. За використання методу регулярного теплового режиму визначено коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія молочним продуктам в умовах використання експериментально-розрахункового методу. Коефіцієнт тепловіддачі молоку під час нагрівання знаходиться в межах 640…700 Вт/(м2 ·К), молочній сироватці під час нагрівання — 710…820 Вт/(м2 ·К), молочній сироватці під час охолодження — 430…500 Вт/(м2 ·К).

Milk is a complex liquid. Its main components are water, lactose, fat, protein and minerals, but their relative amounts depend on genetics, season, diet and production level, etc. Processing of various dairy products - butter, cheese, condensed milk, yogurt, etc. requires many technological ways. One of the most important requirements of modern dairy production is the ability to control the temperature of products at each stage of the process. Therefore, heating and cooling are very common operations at a dairy plant. Heat exchangers have become a critical component of milk processing, and without them many dairy products would be considered unsafe for consumption due to the growth of harmful microorganisms. Heat exchangers are used in numerous processes, including pasteurization, sterilization, and other needs of the food industry. The work establishes the existence of a regular thermal mode in the system “environment (water in an annular volume) — thin cylindrical metal wall — experimental liquid medium”. Milk and whey were chosen as the experimental liquid medium. Heat exchange under conditions of free convection is studied. It was experimentally established that in the experimental system ”environment (water in an annular volume) — thin cylindrical metal wall — experimental liquid medium” there are signs of a regular thermal mode, that is, the constancy of the rate of cooling (heating) of the experimental liquid medium in a thin cylindrical metal vessels; the constancy of the heat transfer coefficient in the process of a regular thermal mode is practically constant; constancy of the coefficient of nonuniformity of temperature distribution. Using the method of a regular thermal mode, the coefficient of heat transfer to dairy products was determined using the experimental and calculation method. The coefficient of heat transfer to milk during heating is within 640…700 W/(m2·K), to whey during heating — 710…820 W/(m2·K), to milk whey during cooling — 430…500 W/(m2·K).