Вестник МГТУ. 2017, том 20, № 3.

Голубева О. А. и др. Кризис теплообмена первого рода при выпаривании молока… 548 Молоко является природной эмульсией жира и служит отличным примером гетерогенной смеси 3 . После неправильной термической обработки молока некоторая часть содержащихся в нем полезных веществ перестает усваиваться организмом, что не может положительно сказаться на состоянии организма человека. Производимые молочные продукты должны соответствовать Техническому регламенту Таможенного союза "О безопасности молока и молочной продукции" (ТР ТС 033/2013) 4 . Изучению кризиса теплообмена чистых жидкостей посвящено много работ, рассматривающих определяющие параметры в широком диапазоне их изменения. В результате этих исследований было установлено, что на величину критической плотности теплового потока влияют давление, температура и физические свойства выпариваемой жидкости, форма и размеры теплоотдающей поверхности, а также скорость движения жидкости. Кризисы теплообмена представляют собой быстротекущие и почти непредсказуемые тепловые явления, для которых в современной науке не существует точного определения. Кризисами теплоотдачи при кипении называются процессы, связанные с коренным изменением механизма теплоотдачи [2]. Первый кризис теплообмена наблюдается в начале перехода пузырькового кипения в пленочное. Проявление кризиса теплообмена первого рода выражается резким скачкообразным повышением температуры, которая является следствием резкого изменения режимов кипения [3]. До сегодняшнего дня в области тепловой обработки неоднородных гетерогенных пищевых смесей проводилось незначительное число исследований. Однако значимость полученных результатов очень велика, поскольку они могут послужить толчком для ряда открытий в этой области. Теплофизические характеристики пищевых продуктов являются одними из самых значимых для изучения процессов тепловой переработки пищевого сырья, предсказания и предотвращения кризиса теплообмена первого рода. Важнейшими характеристиками можно считать удельную массовую теплоемкость и теплопроводность, а также температуру кипения смеси. При проведении литературного обзора установлено, что данные для удельной теплоемкости и теплопроводности молока различной жирности при высоких температурах, соответствующих кризису теплообмена первого рода, представлены очень ограничено. Существующие математические зависимости позволяют определить значение теплофизических характеристик молока только до 80 °С. Цель работы – разработка рациональных режимов выпаривания молока путем устранения кризиса теплообмена первого рода. Полученные результаты могут быть рекомендованы к использованию в молочной промышленности. Материалы и методы В качестве исследуемой гетерогенной смеси выбрано молоко цельное жирностью 1,5 %; 2,5 %; 3,2 %; 4 % как наиболее часто применяемое в пищевой промышленности при производстве сухого молока, молочных и молокосодержащих консервов [4]. Для определения истинной удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности смеси выбран метод динамического С-калориметра. Исследования проводились с помощью измерителя теплоемкости и измерителя теплопроводности ИТ-C-400 с диапазоном измерений от –125 до +400 °С. Допустимая погрешность установок ± 10 %. Для определения условий возникновения и устранения кризиса теплообмена первого рода при выпаривании многокомпонентных гетерогенных смесей проводить эксперимент в реальных производственных условиях не представляется возможным из-за значительных габаритов выпарных аппаратов и больших расходов сырья, поэтому было проведено моделирование процесса выпаривания с соблюдением геометрического, гидравлического и теплового подобия. Целью данной части исследования являлось расширение границы применения эмпирической формулы (1) для определения первой критической плотности теплового потока при выпаривании многокомпонентных пищевых смесей 2 кр1см см см см см вн , b e n p q w l l A w v d   ⋅     ′ρ = ⋅ ⋅ ⋅       ⋅ σ ⋅ρ ρ         (1) где q кр 1 см – первая критическая плотность теплового потока, Вт/м 2 ; l , d вн – геометрические размеры парогенерирующей трубы, м; σ см – коэффициент поверхностного натяжения смеси, Н/м; w p = v см ⋅ ρ см – массовая скорость смеси, кг/(м 2 ·с); v см – скорость движения смеси, м/с; ρ см – плотность смеси, кг/м 3 ; ρ″′ – плотность вторичного пара, кг/м 3 ; А – эмпирический коэффициент; b , e , n – показатели степени. 3 Справочник химика 21. URL: http://chem21.info/info/1308204/. 4 Технический регламент Таможенного союза "О безопасности молока и молочной продукции" (ТР ТС 033/2013) // принят решением Совета Евразийской экономической комиссии от 9 октября 2013 г. № 67. [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-поиск. системы "Консультант Плюс". URL: www.consultant.ru .