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冻干产品冷冻时间的简单计算方法
发布时间:2021-12-14 点击次数:589

对于纯水,如果已知初始温度和要求的最终温度,则可以通过(1)计算为了达到冷冻而需要的熔化热(Qtot)。

Qtot=Cw(T1-T0)+Qe+Ce(T0-T2)KJ/Kg (1)

式中Cw——水的比热容;

Qe——冰的熔化热;

Ce——冰的比热容;

T0——冰的冷冻温度;

T1——水的初始温度;

T2——冰的最终温度。

Cw为温度在+20~ 0℃,Ce为温度在 0~50℃的平均值。

 

对于溶液和混悬液而言必须识别出其固体成分。

Qtot=[CwXw+CfXf)(T1-T0]+Xw Qe+[CwXw+CfXf)(T0- T2] (2)

式中:Cw——温度高于0℃的水的比例;

      Cf——固体物的比热容;

      Xf——固体比例;

Xw——冰的比例,一直冷冻到温度为T2。如果温度达到了T2后并非所有水都被冷冻,则必须引入另外一个术语,以反映未冷冻水的冷却。

 

1列出了不同食品中不可冻结水(UFW)。在将这些数据与其他文献相比较时,可能发现数值偏小。这不仅取决于不同的原材料以及测量之前探头的使用历史,也与测量方法有关。在一个高度浓缩的溶液中有一定量的水不能结晶,水分子不可能再移动到已有的晶体上,这一事实对生物制品的冷冻是重要的。


冷冻出水百分比.png

食品在不同温度的焓值。-40℃时的焓值设定为0kJ/kg

产品焓值.png

在表3中列出了药品中使用的产品的不可冻结水(UFW)数据

不可冻结水.png

可通过如下步骤以简化的方式描述计算的能量从产品冷冻区向冷却介质的传递过程:设产品为一无限大平板,只从一边冷却,而能量则仅沿垂直方向无限延伸。而结晶能则从结晶区,通过已冷冻的冰,再通过容器底部传递到搁板,而后进入冷却用盐水。

 

冷冻时间(Te)可由下列算式近似计算

计算式.png

式中:

Te——冷冻时间;

ΔJ——初始冷冻点和最终温度之间的焓差;

ΔT——冷冻点和冷却介质之间的温度差;

d——平行于主热传递方向上产品的厚度;

ρg——冷冻产品的密度;

λg——冷冻产品的热导率;

Ksu——冷却介质和冷冻区之间的表面传热系数;

w——导热项

u——传热项


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