2. Охлаждение

Охлаждение предшествует замораживанию. Время охлаждения весьма точно можно рассчитать по эмпирической формуле Рютова

.

Это уравнение принято для расчета тел в форме пластины, однако его можно применять с некоторым приближением и к телам другой формы.

3. Домораживание

Домораживание после полного замораживания имеет продолжительность, определяемую по формуле Планка:

,

где ;,-энтальпии тела при температурах и при;;- температура в конце домораживания;n- безразмерный коэффициент, зависящий от числа Био и выбираемый из ряда:

0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 10,0 20,0 n1,210 1,188 1,156 1,112 1,065 1,020 1,008 1

 А, В- коэффициенты, зависящие от формы замораживаемого тела:

пластина - А= 1;В= 4;

цилиндр - А= 2;В= 8;

шар - А= 3;В= 12.

Для расчета общей продолжительности замораживания, т.е. , существует также упрощенный метод, предложенный Международным институтом холода. Метод основан на наличии информации о начальной и конечной энтальпии продуктов. В соответствии с этим

,

где - разность между энтальпиями продукта при начальной и конечнойтемпературах;.

Для параллелепипеда с размерами сторон

.

В таблицах, приводимых некоторыми авторами [5, 6], значения энтальпий продуктов указываются для ряда фиксированных температур. Это дает возможность по точкам построить график изменения температуры продукта во времени, где

.

Здесь - для бесконечной пластины;

- для параллелепипеда.

Значительное влияние на интенсивность замораживания помимо размеров, формы и теплофизических характеристик продуктов оказывает коэффициент теплообмена , зависящий от метода замораживания. Приблизительные значениядля различных методов замораживания следующие

В камерах при отсутствии циркуляции воздуха 8-15

В камерах при интенсивной вентиляции 10-45

В ребристых емкостях при интенсивной вентиляции 30-50

В флюидизационных туннельных аппаратах 60-100

В контактных аппаратах 500-1000

В иммерсионных установках 1000-2000

В установках для замораживания методом орошения

в жидком азоте или фреоне 1000-2000

Погружением в жидкий азот 5000

Важной характеристикой холодильной установки является скорость замораживания. Скорость замораживания не является величиной постоянной, а изменяется в зависимости от расстояния от наружной поверхности охлаждаемого тела до границы ледовой структуры. Эта зависимость для плоской пластины имеет вид дифференциального уравнения (2.33). Из него вытекает, что для , т.е. на поверхности пластины,, в то время как при, т.е. в центре пластины,.

Из рис. 2.24 следует, что коэффициент теплообмена в значительной степени влияет на скорость замораживания только поверхностного слоя продукта и это влияние резко уменьшается по мере продвижения в глубь тела. Понятие сверхбыстрого замораживания, по существу, касается только поверхностного слоя продукта или имеется в виду вся масса, если замораживаются мелкие продукты, например, горошек, ягоды.

5. Способы получения низких температур

В холодильной технике отвод теплоты от охлаждаемого тела осуществляют при температурах ниже, чем у окружающей среды. Теплоту передают к рабочему телу (холодильному агенту), температура которого заранее понижена тем или иным способом.

Понизить температуру рабочего тела можно на основе следующих известных физических явлений, сопровождающихся поглощением теплоты [8]:

1) расширения газов и паров;

2) термоэлектрического эффекта;

3) фазового перехода вещества;

4) десорбции газа;

5) адиабатического размагничивания диэлектриков.

Современная холодильная техника для получения умеренно низких температур использует первые три явления.