При проникновении к центру банки теплота должна пре­одолеть термическое сопротивление стенки тары σ, зависящее от толщины стенки δ и ее теплопроводностиλ, которое выра­жается отношением δ/λ. Таким образом, термическое сопро­тивление стенки банки будет тем больше, чем больше ее тол­щина и чем меньше ее теплопроводность (табл. 20.1).

Как следует из табл. 20.1, те колебания толщины жести, с которыми приходится встречаться в консервном производстве, не могут существенно отразиться на термическом сопротивле­нии стенки жестяной банки. Колебания толщины стенки сте­клянной тары существенно сказываются на термическом со­противлении. Термическое сопротивление стенки стеклянной банки σ_ст довольно значительно. Можно считать, что, если тер­мическое сопротивление жести σ_ж принять за единицу, то σ_ст составит 1000 таких условных единиц.

На практике встречаются два основных варианта прогрева­емости: стерилизации подлежит жидкий продукт, в котором теплота распространяется в основном путем конвекции, и гу­стой продукт, в котором теплота распространя­ется преимущественно путем теплопроводно­сти.

Каждый из этих видов продуктов может быть фасован в два вида тары: жестяную или сте­клянную. Получаемые четыре теплофизических варианта охватывают практически все многооб­разие встречающихся в производстве случаев.

Вариант 1. При стерилизации жидкого про­дукта в жестяной таре теплота передается следующим образом (рис. 20.3): вначале проис­ходит конвективная теплоотдача от теплоно­сителя к стенке тары (коэффициент теплоотда­чи а₁); далее теплота распространяется путем теплопроводности через стенку жестяной тары с теплопровод­ностью λ_ж толщиной δ_ж. Пройдя через стенку, теплота пере­дается снова конвективным путем (коэффициент теплоотда­чи а₂).

Общее термическое сопротивление такой системы σ₁ мож­но выразить следующим образом:

Величины а₁ и а₂, как правило, довольно большие, обрат­ные же величины (1/а₁ и 1/а₂) малы. Еще меньшее значение имеет, как показывают расчеты, термическое сопротивление жести. Значит, и общее термическое сопротивление системы тара-продукт» в данном случае мало, общее время прогрева такой тары с продуктом невелико.

Если принять, что термические сопротивления в системе распределяются приблизительно в соотношении 100:1:100, то можно утверждать, что на время проникновения теплоты в глу­бину продукта влияют в равной мере физические свойства продукта и физические свойства тары («на долю» тары при­ходится 100 условных единиц термического сопротивления 1/а₁ из 201 единицы суммарного термического сопротивления).

Вариант 2. При стерилизации жидкого продукта в сте­клянной таре с толщиной стенки δ_с термическое сопротивле­ние системы тара-продукт σ₂ составит:

Термические сопротивления в этой системе распределяют­ся ориентировочно в соотношении 100:1000:100 (δ_с/λ_с в 1000 раз больше δ _ж/δ_ж). Отсюда можно заключить:

• время прогрева такой тары должно быть в несколько раз больше, чем время прогрева в предыдущем случае (здесь сум­марно 1200 условных единиц термического сопротивления, а не 201, как в варианте 1);
• на время проникновения теплоты вглубь тары с продук­том влияют, главным образом, физические свойства тары, а не продукта, так как в системе термических сопротивлений тара- продукт большая доля приходится на тару (1100 единиц из 1200).

Вариант 3. При стерилизации густого продукта в жестя­ной таре теплота в продукте распространяется преимуще­ственно путем теплопроводности (рис. 20.4).

При этом передача теплоты в центр тары происходит внача­ле конвективным путем - от пара или воды к стенке, затем путем теплопроводности - через стенку тары и, наконец, так­же путем теплопроводности - через толщу продукта к центру тары. Тогда общее термическое сопротивление такой системы σ₃ составит:

где δ_пр - толщина «продуктовой» стенки от периферии до цен­тра банки; λ_пр, - коэффициент теплопроводности продукта.

Так как толщина «продуктовой» стенки в сотни раз больше толщины металлической стенки, а коэффициент теплопровод­ности продукта примерно в 100 раз меньше коэффициента теплопроводности жести, то распределение термических со­противлений в данной системе можно представить приблизи­тельно в виде соотношения 100 : 1 : 25000. Следовательно, вре­мя прогрева в данном случае во много раз больше, чем время прогрева банки с продуктом, в которой теплота распро­страняется путем конвекции.

На время проникновения те­плоты в центр такой тары с продуктом влияют почти ис­ключительно физические свойства продукта.

Вариант 4. При стерилизации густого продукта в сте­клянной таре термическое сопротивление в системе тара-про­дукт составляет:

Распределение термических сопротивлений в данной си­стеме можно представить приблизительно в виде соотношения 100:1000:25000. При этом можно сделать вывод: во-первых, время проникновения теплоты в центр такой тары велико, во- вторых, это время определяется почти исключительно терми­ческим сопротивлением продукта.