ВОЛОГООБМІННІ І ТЕРМОДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ВОЛОГООБМІННІ І ТЕРМОДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Окрему групу фізичних і фізико-хімічних характеристик продуктів харчового виробництва складають вологообмінні та термодинамічні характеристики, пов’язані із перенесенням вологи під час технологічного оброблення продуктів. Значна частина продуктів є вологими дисперсними системами. Зі зростанням дисперсності матеріалу (його зовнішньої та внутрішньої питомої поверхні) зростає кількість міцно зв’язаної із сухим скелетом вологи. Для пористих матеріалів важливим є також радіус капілярів: чим він менший, тим менший тиск пари над меніском рідини і тим більше потрібно витратити енергії на видалення вологи. Від цих характеристик залежать також гігроскопічні властивості продукту.

Під час зберігання або технологічного оброблення контакт з повітрям призводить до зневоднення (десорбція) або зволоження внаслідок поглинання пари (сорбція). В першому випадку р_м > р_п, у другому — р_м < р_п. Тут р_м та р_п — парціальний тиск водяної пари біля поверхні матеріалу та у повітрі (середовищі). Якщо р_м = р_п, то маємо рівноважну вологість продукту W_р. Вона є індивідуальною характеристикою продукту й залежить від відносної вологості φ повітря. Залежність W_р (φ) за певної температури називають ізотермою рівноважної вологості. Для багатьох продуктів криві цих ізотерм, одержані під час сорбції та десорбції, не збігаються, тому розрізняють ізотерми сорбції та десорбції. Якщо такий продукт після зневоднення знову зволожити, то для одержання тієї самої W_р потрібно більше φ. Інколи явище гістерезису можна використовувати на практиці: продукти тривалого зберігання досушувати до меншої W_p, що відповідає φ на складі, без побоювання сорбції пари з повітря.

Графіки W_р (φ) за традицією будують всупереч загальноприйнятому правилу побудови графіків на площині: аргумент — по абсцисі, функцію — по ординаті.

За кривими сорбції та десорбції вибирають раціональні режими сушіння продуктів, а також будують криві розподілу об’єму та поверхні пор, визначають енергію зв’язку вологи із сухою речовиною. Ця енергія відрізняється від теплоти випаровування з поверхні води та залежить від форм зв’язку і вологості продукту.

Термодинамічні параметри та вологообмінні характеристики визначають інтенсивність перенесення вологи в продукті аналогічно тому, як ТФХ визначають інтенсивність перенесення теплоти. Якщо потенціалом перенесення теплоти є температура Т або t, то відповідно потенціалом перенесення вологи за рахунок дифузії буде вологовміст W, кг/кг сухої речовини. Рівняння густини теплового потоку q, Вт/м², у законі Фур'є є аналогом рівняння:

j  =  - a_mp₀dW/dn,                                             (1)

де r₀ — густина абсолютно сухого матеріалу, кг/м³;a_m — коефіцієнт вологоперенесення (дифузії), м²/с.