Шаршунов_Кирик_Техоборудование мясокомбинатов. 1 Шаршунов В. А
 Скачать 17.49 Mb.
|
|
Глава 18. Оборудование для охлаждения мяса и мясопродуктов 18.1. Технологические особенности аппаратов для охлаждения и замораживания пищевых сред Охлаждение – процесс понижения температуры пищевых производств (но не ниже криоскопической) с целью задержания биохимических процессов и развития микроорганизмов. Это один из основных способов холодильного консервирования продуктов без изменения их структурного состояния. По принципу переноса теплоты способы охлаждения подразделяются на три группы: – путем конвекции (охлаждение продуктов в воздухе, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также в жидких средах); – в результате фазовых превращений (интенсивное испарение части содержащейся в продукте воды при его вакуумировании); – смешанным теплообменом (передача теплоты осуществляется конвекцией, радиацией и за счет теплообмена при испарении влаги с поверхности продукта). Замораживание – процесс понижения температуры ниже криоскопической на 10…30°С, сопровождаемый переходом почти всего количества содержащейся в продукте воды в лед. Способы замораживания (контактные и бесконтактные) подразделяются на три группы: замораживание в кипящем хладагенте; замораживание в жидкостях как промежуточных хладоносителях; замораживание в воздухе как промежуточном хладоносителе. Процесс охлаждения пищевых продуктов условно рассматривается как отвод теплоты от тела, в котором отсутствуют внутренние источники теплоты. В этом случае количество теплоты, отводимой от продукта при охлаждении Q (кДж), представляется как произведение массы продукта G (кг) на его удельную теплоемкость с 0 [кДж/(кг К)] и на разность начальной t 1 и конечной t 2 (°С) среднеобъемных температур ) t t ( Gc Q 2 1 0 Практически удобно пользоваться таблицами или диаграммами энтальпий пищевых продуктов и определять отводимую теплоту как произведение массы продукта на разность начальной i 1 и конечной i 2 (кДж/кг) удельных энтальпий ) i i ( G Q 2 1 При охлаждении мяса, птицы, молока, рыбы, плодов и овощей в них протекают биохимические экзотермические процессы. Внутренние тепловыделения q (кДж/кг) могут составлять до 10% для животных и до 30% для растительных продуктов от общего количества отводимой при охлаждении теплоты. Влияние испарения и конденсации на теплоту охлаждения учитывают в том случае, когда капельно-жидкая влага испаряется с поверхности продукта в воздух при удельной теплоте испарения r и (кДж/кг), а пары из воздуха конденсируются на поверхности охлаждающих приборов при удельной теплоте конденсации r к (кДж/кг), причем r и > r к . Тепловой эффект этого явления наиболее значителен, если конденсирующаяся влага замерзает, образуя так называемую «снеговую шубу». Если, охлаждаясь, испаряется G и (кг) влаги, то относительная потеря влаги продуктом (усушка) составляет G / G g u . Тогда за счет разницы теплот конденсации и испарения охлаждающее оборудование должно будет воспринимать теплоту, которая не была отведена от продукта, ) r - r ( Gg u к 523 Учитывая внутренние тепловыделения продукта и тепловой эффект испарения – конденсации при охлаждении продуктов, общее количество теплоты Q (кДж), отводимое при охлаждении продуктов в воздух, определяется как )] r - g(r q ) t - (t [c G Q u к 2 1 0 Теплота, отводимая от продукта при его замораживании, представляет собой расход холода на замораживание. Обычно в морозильное устройство помещается продукт, начальная температура t 1 (°С) которого выше, а конечная t 2 (°C) ниже криоскопической t кр (°С) в любой его точке. Этот интервал изменения температуры продукта включает охлаждение его от начальной температуры до криоскопической и собственно замораживание, характеризуемое льдообразованием. Охлаждение и льдообразование не разделяются во времени. Когда в периферийных слоях продукта уже началось льдообразование, центральные слои еще продолжают охлаждаться. Теплота, отводимая от замораживаемого продукта, )] t - (t c W r ) t - (t [с G Q 2 кр 3 л кр 1 л , где с л – удельная теплоемкость продукта до льдообразования, кДж/(кг К); r л – удельная теплота льдообразования, кДж/кг; W – относительное содержание влаги в продукте, кг; – удельная масса вымороженной воды, кг/кг; с 3 – удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг К). Сумма в прямых скобках этой формулы представляет собой теплоту, отводимую от единицы массы продукта. Первое слагаемое выражает теплоту охлаждения, второе – теплоту льдообразования, третье – теплоту, отводимую для понижения температуры до t 2 Криоскопическую температуру (начала замерзания пищевого продукта) на основании уравнения Рауля для разбавленных растворов можно записать в виде ) G G /( KG Кт t л в p t кр , где К – криоскопическая константа растворителя; т t – молярная концентрация раствора в исходном продукте до замораживания; G p – масса растворенных веществ, кг; G в – общая масса воды в продукте, кг; – средняя молекулярная масса растворенных веществ. При температуре ниже t кр происходит вымораживание воды, вследствие чего концентрацию раствора т t и температуру замерзания t 3 можно представить в виде ) G G /( KG Km t л в p t 3 , где G л – масса льда при данной температуре, кг. Масса вымороженной воды равна 3 кр t / t 1 При t 3 = t кр масса вымороженной воды равна = 0, а при эвтектической температуре t э , когда вся вода вымораживается, должно соблюдаться равенство = 1. Продолжительность процессов охлаждения и замораживания зависит от теплофизических характеристик продуктов, условий теплообмена и др. Продолжительность охлаждения определяют путем интегрирования дифференциального уравнения теплопроводности для тел простых стереометрических форм – пластины, цилиндра и шара. Решения представляются в виде функциональных зависимостей ) , F , Bi ( f ) t t /( ) t t ( 0 н 0 0 , 524 где – относительная (безразмерная) избыточная температура; t – температура тела в момент времени , °С; t 0 – температура охлаждающей среды, °С; t н – начальная температура тела, °С; B i = l/ – число Био; F 0 = /l 2 – число Фурье; = x/l – число геометрического подобия; f – коэффициент теплоотдачи на поверхности тела, Вт/(м 2 К); l – характерный линейный размер (для пластины – половина толщины, для цилиндра и шара – радиус), м; – коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м К); – коэффициент температуропроводности продукта, м 2 /с; х – координата исследуемой точки. Продолжительность охлаждения (с) рассчитывают / l F 2 0 Для анализа тепло- и массообмена при охлаждении пищевых продуктов используют закон регулярного теплового режима, заключающийся в том, что скорость охлаждения в любой точке охлаждаемого тела пропорциональна разности температур этой точки и охлаждающей среды ) t t ( m d / dt 0 , где t и t 0 – соответственно температура тела и среды, °С; т – темп охлаждения (зависит от формы и размеров охлаждаемого тела, его теплофизических свойств и от коэффициента теплоотдачи на поверхности тела), с –1 Приняв избыточные температуры как 0 t t и 0 1 1 t t , зависимость регулярного режима можно представить в виде m d / d Выражение для определения длительности охлаждения после интегрирования имеет вид )] t - )/(t t - [(t ln ) m / ( 0 0 1 1 Процесс замораживания рассматривается как изотермический с удельной теплотой, равной теплоте льдообразования. Теплофизические характеристики замороженной части объекта принимаются постоянными, не зависимыми от температуры, а теплоемкость замороженной части – равной нулю. Предполагается, что процесс замораживания происходит при постоянных температуре среды и коэффициенте теплоотдачи. Продолжительность двустороннего замораживания плоскопараллельной пластины с учетом указанных допущений имеет следующий вид: ) / / ( / ] ) t - /(t r [ 0 кр л 1 4 2 3 , где r л – удельная теплота льдообразования, Дж/кг; – плотность продукта, кг/м 3 ; t кр – криоскопическая температура продукта, °С; t 0 – температура теплоотводящей среды, °С; – толщина пластины, м; 3 – коэффициент теплопроводности замороженного продукта, Вт/(м К); – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 К). Для охлаждения мяса, мясопродуктов, птицы, рыбы, масла, сыра, фруктов и овощей используются камеры или туннели. Камеры охлаждения могут быть цикличного (периодического) или непрерывного действия. Они представляют собой теплоизолированные помещения, оборудованные подвесными конвейерами, приборами охлаждения и системами воздухораспределения. Туннели представляют собой теплоизолированные помещения, по ширине которых вдоль туннеля расположены три (четыре) подвесных пути, а воздух охлаждают с помощью воздухоохладителей различного типа. Камеры замораживания могут быть с естественной и принудительной циркуляцией воздуха, тупиковыми и проходными, периодического и непрерывного 525 действия. Они оснащаются подвесными путями или стоечными поддонами. В камерах с естественной циркуляцией устанавливают пристенные и потолочные охлаждающие батареи, а с принудительной циркуляцией воздуха – воздухоохладители и специальные системы воздухораспределения. Морозильные аппараты бывают воздушными, плиточными и контактными. Воздушные морозильные аппараты представляют собой теплоизолированные туннели, внутри которых размещены охлаждающие батареи, вентиляторы и транспортирующие средства. Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания упакованных продуктов (рыбного филе, мяса в блоках, плодоовощных наборов и др.) и имеют систему непосредственного охлаждения. Замораживание в контактных аппаратах проводят методом орошения или погружения. По назначению различают бытовые холодильники, морозильники и холодильники-морозильники. В зависимости от способа получения холода бытовые холодильники могут быть компрессионными, абсорбционными и термоэлектрическими. В зависимости от способа их установки – напольными, типа шкафа, напольными, типа стола и блочно-встраиваемыми. В зависимости от числа камер – одно-, двух- и трехкамерными. Установки криогенного замораживания подразделяют на рефрижераторные, ожижительные и газоразделительные. Рефрижераторные установки предназначены для охлаждения и термостатирования, ожижительные – для перевода вещества в жидкое состояние, а газораспределительные – для разделения газовых смесей на составные компоненты. По целевому назначению различают следующие типы холодильников: производственные, базисные, портовые, распределительные, торговые, транспортные и домашние (бытовые). Все вместе они образуют непрерывную холодильную цепочку передачи скоропортящихся продовольственных товаров от производителя продукции к конечному ее потребителю. Производственные холодильники предназначены для первичного охлаждения и замораживания пищевых продуктов, выработка которых осуществляется в промышленном объеме: мясокомбинаты, птицефабрики и пр. Базисные холодильники предназначены для создания стратегического резерваи используются для долгосрочного хранения продукции, поступающей из производственных холодильников. Портовые холодильники используются для кратковременного хранения продовольственных товаров при их транспортировке и перегрузке с водного вида транспорта на железнодорожный или автомобильный. Распределительные холодильники предназначены для сезонного накопления и равномерного обеспечения в течение года продуктами питания городов и населенных пунктов, расположенных в труднодоступных районах. Торговые холодильники включают группу охлаждаемых устройств, предназначенных для кратковременного хранения, демонстрации и продажи скоропортящихся продуктов и готовых к употреблению блюд на предприятиях торговли и общественного питания. Наиболее подробно торговое холодильное оборудование рассматривается в следующих параграфах данного раздела. Транспортные холодильники предназначены для создания низкотемпературных условий при перевозке продуктов на некоторые расстояния на различных видах транспорта: водном, воздушном, железнодорожном, автомобильном. Домашние (бытовые) холодильники служат для кратковременного хранения продуктов на предприятиях торговли, общественного питания, а так-же в домашних условиях. 526 18.2. Холодильные агенты Для создания искусственного холода используется холодильное оборудование, состоящее из холодильной камеры и холодильной машины для ее охлаждения. Машинный способ охлаждения основан на свойстве некоторых веществ кипеть при низких температурах, поглощая при этом теплоту из окружающей среды. В замкнутой герметичной системе холодильной машины циркулирует такое вещество, изменяя при кипении физическое состояние по схеме: пар – жидкость - пар. Это вещество в агрегатном состоянии способно воспринимать тепло при своем испарении, а отдавать его - при конденсации. Жидкости, кипящие при низких температурах, принято называть летучими, а при использовании их в холодильных машинах в качестве рабочего вещества – холодильными агентами. В качестве холодильного агента может быть использована и нелетучая жидкость, например, вода, но при этом требуются определенные условия (глубокий вакуум), что возможно при больших размерах холодильной машины. Поэтому вода в качестве холодильного агента в современном торговом холодильном оборудовании не рассматривается. Низкую температуру кипения имеют многие жидкости, но в качестве рабочего вещества могут рассматриваться только те, которые соответствуют ряду специфических требований: термодинамическим, физико-химическим, физиологическим и экономическим. Термодинамические требования включают величину парообразования, температуру и давление испарения конденсации, температуру замерзания. Важнейшим термодинамическим свойством является величина теплоты парообразования 1 кг холодильного агента – чем она выше, тем меньше агента должно циркулировать в машине для создания нужной холодопроизводительности в единицу времени. Кипение холодильного агента порождает образование паров, что сопровождается созданием определенного уровня давления. В целях ограничения объемов машины, пары кипящей жидкости не должны иметь больших удельных объемов. Холодильный агент при испарении должен иметь достаточно низкую (отрицательную) температуру кипения и в пределах разрежения (давления), применяемых в технике. Насыщенные пары холодильного агента при температурах конденсации, наоборот, не должны иметь высокое давление. Величина холодопроизводительности должна соответствовать отнесению к 1 кг агента или к 1 м 3 его паров такого состояния, которое они имеют при поступлении в цилиндр компрессора. Физико-химические требования рассматривают следующие показатели: растворимость холодильного агента в воде и смазочном масле, удельный вес, вязкость, химическую стойкость при контакте с металлами, негорючесть и взрывобезопасность. Используемый холодильный агент не должен оказывать химического воздействия на металл, не вступать во взаимодействие со смазкой. Физиологические требования – безвредность для организма человека и для продукции тех производств, которые обслуживает холодильная машина. Под экономическими требованиями понимается доступность холодильного агента для промышленного использования и его умеренная стоимость. Таким образом, идеальный холодильный агент должен обладать высокой химической стабильностью и инертностью по отношению к деталям, конструктивным материалам и смазочным материалам, быть нетоксичным, взрыво- и пожаробезопасным, экологически безвредным, иметь удобное давление при температурах конденсации, высокую холодопроизводительность, хорошую растворимость в воде и не быть дорогим. 527 По ряду показателей и в соответствии с вышеперечисленными требованиями в качестве холодильного агента могут быть использованы аммиак, сернистый ангидрид, хлористый метил, фреоны, углекислота. Перечисленные холодильные агенты не являются идеальными по соответствию перечисленным требованиям, имеют определенные недостатки и достоинства. Наиболее подходящими из них являются аммиак и фреоны. |