57 / 62
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» ___ № 3, 2016
57
Эксперимент показал, что при водосолевом гидроабразивном резании замороженного пищевого
продукта, наблюдается существенное увеличение эффективности процесса (таблица 1).
Таблица 1– Влияние расхода абразива на глубину реза в мясе при температуре –25°C и давлении 100 МПа
t, °C
Глубина реза
h
, 10
-3
м
Расход абразива, 10
-3
кг/с
абразив
0 (вода)
10
20
45
песок
47,6
166
150
NaCl
122
130
4
песок
55,3
155
153
NaCl
146
153
Однако использование поваренной соли в качестве абразива в отличие, например, от кварцевого
песка осложняется ее растворяемостью в воде, и чем выше температура воды, тем выше скорость
растворения соли. Температура водяной струи в наших экспериментах составляла 45÷55°C, а при
давлении 500 МПа ~70°С. Понижение температуры может значительно снизить скорость растворения
поваренной соли в воде, а следовательно, увеличить эффективность гидроабразивного – водносолевого
метода разрезания замороженного пищевого продукта при пониженном расходе соли.
Становиться очевидным, что для понимания физического механизма и научно-обоснованного
управления процессом гидрорезания необходимо знание особенностей этого процесса в условиях
пониженных и отрицательных температур. Вопросы, связанные с влиянием пониженных температур
на эффективность процесса гидрорезания замороженного пищевого продукта рассмотрим ниже.
Гидрорезание при пониженных температурах струи.
Обсуждение свойств рабочей жидкости,
в качестве которой используется вода, без учета соответствующей диаграммы состояния, зачастую
порождает массу недоразумений и заблуждений при их интерпретации. Анализ диаграммы состояния
воды позволяет сделать достаточно корректные заключения о структурообразовании и предсказать
возникновение тех или иных структурных форм на разных участках фазовой диаграммы, что поможет
при обосновании рациональных параметров оборудования для гидрорезки пищевых продуктов.
Для реализации процесса гидрорезки при пониженных температурах гидроструи представляют
интерес аномальные свойства воды – область ее жидкого состояния [13]. Одной из ее отличительных
особенностей от других веществ, является понижение температуры кристаллизации с ростом давления,
что позволяет понижать температуру воды, не переводя ее в твердое состояние – лед в ресивере
гидрорежущей установки до –22°C при рабочем давлении 207 МПа.
С точки зрения решения поставленных в данной работе задач, во-первых, нам необходимо было
охладить температуру водяной струи до рациональных значений, при которых в момент ее контакта
с разрезаемым замороженным пищевым продуктом не происходило бы ухудшение его качества; во-вторых,
если температура в момент зарождения в воздушной среде струи будет ниже 0°С, то в ней начнут
образовываться микрокристаллики льда, играющие роль абразивных добавок. Высокая эффективность
использования водяной струи с введенными в нее мелкими частицами льда для расширения
технологических возможностей гидрорезания замороженного пищевого продукта была подтверждена
рассмотренными выше опытами. Поэтому, можно предположить, что генерирование микрокристалликов
льда в водяной струе путем понижения температуры воды в ресивере до соответствующих
отрицательных значений, также приведет к повышению эффективности процесса гидрорезания
замороженного пищевого продукта, как и «крошечные» частицы льда, добавляемые в относительно
теплую водяную струю.
Как уже было отмечено, аномальная особенность фазовой диаграммы воды позволяет понижать
температуру воды в ресивере гидрорежущей установки до –22°C при рабочем давлении 207 МПа. Если
же давление в ресивере выбрать равным 150 МПа, то из диаграммы состояния воды [13] следует, что для
получения температуры водяной струи на выходе из сопла –1°C, необходимо температуру воды
в ресивере понизить до –15°C. Было получено, что повышение температуры струи воды за счет
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека