Содержание
|
Введение. Физические принципы получения низких температур………………………………………………………………… ... | |
|
Схемы и циклы холодильных машин…………………………… | |
|
Компрессоры холодильных машин…………………………… ... | |
|
Холодильные агенты………………………………………………… | |
|
Схемы и циклы двухступенчатого сжатия…………………… . | |
|
Теплообменные аппараты холодильных машин…………… .. | |
|
Абсорбционные холодильные машины……………………… ... | |
ЛЕКЦИЯ 1
Введение.
Физические принципы получения низких температур.
1. Краткая история развития холодильной техники.
2. Ледяное и льдосоленое охлаждение.
3. Охлаждение при фазовых переходах.
4. Дросселирование.
5. Адиабатическое расширение.
6. Вихревой эффект.
7. Термоэлектрическое охлаждение.
Способы аккумуляции и использования естественного холода известны много столетий. К ним относят: накапливание льда и снега в специальных ледниках, хранение продуктов в глубоких ямах (использование низкой средней температуры грунта), охлаждение воды при ее испарении.
Первая в мире холодильная машина была сконструирована в 1834 г. в Лондоне и работала на этиловом эфире, но широкого распространения не нашла. В 1872 г. англичанин Бойль изобрел аммиачную холодильную машину, которая положила начало промышленного использования холодильной техники.
Первоначально искусственное охлаждение в широких масштабах стали применять при заготовке и транспортировке пищевых продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в г. Сиднее в 1861 г. В этом же году (и тоже в Австралии) на нефтеперерабатывающем заводе была установлена холодильная машина для выделения парафина из сырой нефти, что явилось началом внедрения искусственного холода в химической промышленности. К концу 70-х и началу 80-х гг. прошлого столетия относятся первые попытки перевозок мяса из Южной Америки и Австралии во Францию и Англию на судах-холодильниках с воздушными и абсорбционными холодильными машинами. Перевозка продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением началась в 1858 г. в США. Первый крупный холодильник был сооружен в Бостоне (США) в 1881 г. В том же году был построен холодильник в Лондоне, а в 1882 г. - в Берлине.
В России холодильное хозяйство начало формироваться позднее и развивалось медленно. Первые холодильные машины появились в 1888 г. на рыбных промыслах в г. Астрахани. В 1889 г. были сооружены две холодильные установки на пивоваренных заводах. С 1892 г. стали появляться мелкие льдозаводы на Кавказе, в Средней Азии, Крыму. Первый холодильник вместимостью 250 т был построен в 1895 г. в г. Белгороде. Первые железнодорожные перевозки в вагонах, охлаждаемых льдом, начались в России в то же время, что и за рубежом, а именно в 1860 г. До 1914 г. было построено всего 29 холодильников общей вместимостью 45 600 т. В это время вместимость холодильников в США приближалась к 2 млн т. Во всех же отраслях промышленности России имелось 296 холодильных установок. Всего в 1917 г. насчитывалось 58 холодильников общей вместимостью 57 300 т. Недостаточно был также развит холодильный транспорт: в 1917 г. в России было только 650 двухосных железнодорожных вагонов с льдосоляным охлаждением, одно холодильное (рефрижераторное) судно.
Всякое нагретое тело можно охладить естественным путем до температуры окружающей его среды. Охладить тело до температуры ниже, чем температура окружающей среды, можно только искусственным путем.
Отнять тепло от тела может только другое тело, температура которого ниже температуры охлаждаемого. Количество тепла, которое отнимает охлаждающее тело от охлаждаемого тела или среды, определяет его холодильный эффект, или холодопроизводительность.
Охлаждаемой средой может быть воздух камеры со скоропортящимися продуктами, вода при получении льда, земляной грунт при проходке шахт и др.
В качестве охладителей используют тела, совершающие такие физические процессы, которые протекают при низких температурах со значительным поглощением тепла. К ним относятся процессы изменения агрегатного состояния тела, процессы расширения, термоэлектрические процессы и др.
Охлаждение при использовании процессов изменения агрегатного состояния тел. Процессы изменения агрегатного состояния протекают без изменения температуры тела, так как поглощаемое (или выделяемое) телом тепло в этих процессах расходуется на преодоление (или увеличение) сил сцепления между молекулами. Для охлаждения используют процессы изменения агрегатного состояния, протекающие с поглощением тепла:
плавление - переход твердых тел в жидкое состояние;
сублимация - переход твердых тел непосредственно в парообразное состояние;
кипение - переход жидких тел в парообразное состояние.
Тела с возможно низкими температурами плавления, сублимации, кипения и с большой теплотой плавления сублимации, кипения используют в холодильной технике в качестве охладителей.
Наиболее доступным охлаждающим телом является водный лед с температурой плавления 0° С. Холодопроизводительность 1 кг льда соответствует его теплоте плавления г=335 кДж/кг. Более низкую температуру плавления имеет эвтектический лед, представляющий собой замороженный раствор воды с солью, а также смеси раздробленного льда или снега с солью. Падение температуры плавления этих тел ниже 0°С объясняется тем, что в них, кроме плавления, протекает еще процесс растворения соли в воде, сопровождаемый понижением температуры плавления смеси и уменьшением теплоты плавления. Температура и теплота плавления смеси зависят от вида соли и содержания ее в смеси.
Наибольшее распространение имеют смеси: хлористый натрий со льдом (температура плавления до -21,2° С) и хлористый кальций со льдом (температура плавления до -55° С).
Телом, имеющим низкую температуру и большую теплоту сублимации, является твердая углекислота (двуокись углерода СО2), которая носит название сухой лед. Такой лед при атмосферных условиях переходит из твердого состояния непосредственно в газообразное (минуя жидкую фазу) при температуре -78,9° С, и каждый килограмм его при этом поглощает около 575 кДж тепла.
В отдельных случаях для искусственного охлаждения применяют жидкости, имеющие очень низкую температуру кипения, например жидкий воздух (температура кипения-192 С), жидкий кислород (-183° С), жидкий азот (-196° С).
Использование изменения агрегатного состояния (плавление льда, кипение жидкого воздуха, сублимация твердой углекислоты) с целью охлаждения имеет ряд недостатков. В частности охлаждающие тела, воспринимая тепло от охлаждаемой среды и изменяя свое агрегатное состояние, теряют охлаждающую способность. Поэтому непрерывное охлаждение возможно только при бесконечно большом запасе охлаждающего тела. Так, для не - прерывного охлаждения камеры хранения продуктов можно применить лед, но при этом по мере таяния его надо заменять новым.
Непрерывное охлаждение можно обеспечить и с одним и тем же количеством охлаждающего вещества, если после получения холодильного эффекта вернуть его в первоначальное состояние. Это осуществляется в холодильных машинах. Для поддержания постоянной низкой температуры рабочего тела в машине используют чаще всего принцип кипения жидких тел. Учитывая, что температура кипения жидкости зависит от давления, можно достигнуть необходимой температуры кипения, поддерживая в закрытом аппарате определенное давление, соответствующее физическим свойствам кипящей жидкости. При снижении давления температура кипения понижается. Например, вода при атмосферном давлении кипит при 100°С, но если поместить воду в закрытый сосуд и понизить давление до 0,0009 МПа - вода закипит при 5°С. Аммиак при давлении 0,1 МПа кипит при -33,6°С, при понижении давления до 0,05 МПа температура кипения понизится до -46,5°С.
Если закрытый аппарат с насыщенной жидкостью поместить в охлаждаемую среду, температура которой несколько выше температуры кипения жидкости при давлении, созданном в аппарате, то жидкость закипит, а тепло, необходимое для парообразования, будет отниматься от охлаждаемой среды. Для сохранения постоянного давления в аппарате и постоянной низкой температуры кипения жидкости, образующиеся пары следует непрерывно отводить.
Охлаждение путем расширения газов. При расширении сжатого газа и совершении им внешней работы за счет внутренней энергии температура газа понижается. Наибольшего охлаждения воздуха можно достигнуть при адиабатическом расширении, которое протекает без теплообмена с окружающей средой при постоянной энтропии. В этом процессе работа расширения совершается только за счет внутренней энергии газа. Если воздух, сжатый до 9 МПа при температуре окружающей среды, адиабатически расширить до 0,1 МПа, температура его понизится до -190° С.
Охлаждение за счет дросселирования. Дросселированием называют понижение давления жидкости или газа без изменения энтальпии. Практически оно осуществляется при проходе жидкости или газа через суженное сечение (вентиль , кран и т. п.) из полости высокого в полость более низкого давления. Этот процесс является и своеобразным процессом расширения с уменьшением внутренней энергии тела. Однако полезной работы в процессе дросселирования не создается. Внутренняя энергия расходуется на преодоление трения при проходе жидкости или газа через суженое сечение вентиля, крана.
Министерство образования и науки Украины
ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра теплохладотехники
Конспект лекций
"Холодильное оборудование"
для студентов профессионального направления 7.090221
дневной и заочной форм обучения
Утверждено
советом специальности
7.090221
Одесса ОНАПТ 2008
Конспект лекций по курсу “Холодильное оборудование” для бакалавров специальности 7.090221 дневной и заочной форм обучения / Составители С.Ф. Горыкин, А.С. Титлов. – Одесса: ОНАПТ, 2008. – 188 с.
Составители С.Ф. Горыкин, канд. техн. наук, доцент
А.С. Титлов, канд. техн. наук, доцент
Рецензент профессор кафедры экологии Одесской национальной академии пищевых технологий, д-р техн. наук Геллер В.З.
Ответственный за выпуск С.Ф. Горыкин, канд. техн. наук, доцент
Введение
Холодильное оборудование – это совокупность взаимосвязанных технических средств, предназначенных для создания, распределения и использования искусственного холода. При этом следует различать непосредственно холодильные системы и холодильное технологическое оборудование.
Первое из них – комплекс холодильного оборудования (один или несколько компрессоров, конденсаторов, различного рода испарителей, ресиверов и пр.), в котором циркулирует холодильный агент, непосредственно воспроизводящий искусственный холод. Такие комплексы называют холодильными машинами. Из нескольких принципиально отличающихся друг от друга холодильных машин в пищевой промышленности используют исключительно паровые компрессионные холодильные машины.
Второе предназначено для охлаждения, замораживания и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов (СПП). Его называют холодильным технологическим оборудованием.
По характеру воздействия на СПП различают холодильное технологическое оборудование для охлаждения и для замораживания продуктов. Охлаждение (понижение температуры не ниже криоскопической), как правило, осуществляется в камерах охлаждения (кроме жидких СПП). Замораживание (понижение температуры значительно ниже криоскопической) может осуществляться либо в камерах замораживания (камерных морозилках), либо в специальных устройствах – скороморозильных аппаратах.
Отдельному рассмотрению подлежит торговое холодильное оборудование и бытовая холодильная техника.
Настоящие лекции ни в коем случае не должны рассматриваться студентами как единственный источник информации. В нем авторы лишь систематизировали материал из различных учебников, попытались, по возможности, приблизить его к специфике нашей Одесской национальной академии пищевых технологий (ОНАПТ).
В Приложении, помимо справочных материалов, необходимых для расчета и выбора холодильного оборудования, включен перечень тем, вынесенных на самостоятельную работу, и вопросы, используемые при тестировании.
В конце приводится перечень литературы, имеющейся в библиотеке ОНАПТ, которая может понадобиться студентам при изучении курса, выполнении расчетно-графического задания (РГЗ), заданий на самостоятельную работу и успешной сдаче модулей.
Лекция 1. Области применения и физические принципы получения низких температур
1.1. Области применения искусственного холода
Искусственный (машинный) холод широко применяется в народном хозяйстве. С его помощью оказалось возможным достаточно просто и эффективно регулировать скорость различных химических процессов, способствовать наиболее благоприятному их протеканию.
В пищевой промышленности искусственный холод, прежде всего, используется как прекрасный консервант СПП. На чем же основано воздействие холода на СПП? На двух факторах.
Во-первых, в условиях низких температур замедляется скорость химических реакций деградации ценных питательных веществ в СПП и тем самым замедляется их “биохимическая порча”.
Во-вторых, низкие температуры замедляют (а иногда и вовсе приостанавливают) жизненную активность микроорганизмов, т.е. предотвращают “микробиальную” порчу СПП.
С тех пор как человечество осознало, что холодильное хранение СПП является наиболее эффективным способом сохранения их высоких пищевых качеств (а это конец прошлого – начало нынешнего века), во всех индустриально развитых странах началось интенсивное строительство специализированных предприятий – холодильников, предназначенных для накопления в крупных масштабах и длительного хранения запасов СПП.
Продукция в камерах таких холодильников может храниться в охлажденном, либо замороженном состоянии. Охлаждение СПП – это понижение температуры не ниже криоскопической (обычно до 0...4 С). Замораживание – более значительное снижение температур, существенно ниже криоскопической (в настоящее время это минус 18...минус 25С).
Однако неверно думать, что искусственный холод в пищевой промышленности используется только для увеличения сроков хранения СПП. В настоящее время холод – могучий фактор технологического воздействия на СПП. Известно, что с помощью искусственного холода удается, например, успешно “осветлять” соки и вина, проводить высококачественное “созревание” мяса и сыров, сушить зерно, очищать от кожуры ядрышко гречихи и др.
Весьма емким потребителем искусственного холода является химическая промышленность . На различных стадиях технологических процессов получения азотной кислоты, синтеза аммиака, производства этилена, каучука, химических волокон широко используется искусственный холод. Во многих химических реакторах регулирование скорости химической реакции осуществляется с помощью искусственного холода. Внефтяной игазовой промышленности холод используют для очистки, разделения и сжижения различных компонентов и фракций. Существуют специализированные производства для очистки смазочных масел от парафинов, разделения ксилолов, сжижения и очистки газов. Вметаллургии имашиностроении искусственный холод используется для низкотемпературной закалки и старения металлов и сплавов, сверхточной обработки металлов, гибки труб;встроительной технике – для борьбы с подземными водами, улучшения структуры бетона;вмедицине – для хранения крови и создания банка органов для трансплантации. В последние годы бурно развиваетсякриохирургия . В Одесской государственной академии холода (ОГАХ) созданы уникальные криоинструменты, в том числе и для микрохирургии глаза и головного мозга. Несомненным преимуществом криохирургии является более успешная борьба с внутренними кровотечениями и разрывами.
Особо следует сказать о кондиционировании воздуха . Комфортные системы предназначены для создания комфортных условий человеку в жилых и общественных зданиях. В таких установках – автономных и централизованных – работают десятки миллионов холодильных машин, особенно в странах с жарким климатом. Однако в настоящее время все чаще при строительстве жилых и общественных зданий в индустриально развитых странах используются круглогодичные системы кондиционирования воздуха, когда одна и та же холодильная машина летом используется для охлаждения воздуха в помещениях, а зимой – для его подогрева (в режиме теплового насоса).
Кроме комфортного, существует технологическое кондиционирование воздуха. Такие системы обеспечивают оптимальные климатические условия для протекания того или иного технологического процесса. До недавнего времени все вычислительные центры были снабжены мощными кондиционерами, т.к. ЭВМ, особенно ламповые, не могли работать без интенсивного отвода тепла из помещения. На Одесском заводе прецизионного машиностроения уже давно огромные цеха снабжены кондиционерами, которые поддерживают во всем объеме цеха температуру 190,5С. Это сделано для исключения влияния колебаний температуры окружающего воздуха на точность обработки деталей.
Отметим также, что системами кондиционирования воздуха, как правило, снабжены все сооружения культурного и спортивного назначения, пассажирский и грузовой транспорт, крупнотоннажные автомобили, подъемные краны.
Существуют и другие случаи использования искусственного холода.
3.1 История развития холодильной техники
Применение холода для сохранения пищевых продуктов известно давно. Для этого использовали сначала лед и снег, а затем смеси льда с солью, что позволило получить температуры ниже 0°С. В XIX в. появились промышленные холодильные машины. Первая холодильная машина была изобретена в 1834 г. англичанином Перкинсоном. В качестве холодильного агента был применен этиленовый эфир. Позднее в 1871 г. француз Тенье создал машину, работающую на метиловом эфире, а в 1872 г. англичанин Бойль изобрел холодильную машину, в которой использовался аммиак.
В нашей стране холодильные машины в промышленном масштабе впервые были применены в 1888 г. на рыбных промыслах в Астрахани. В 1889 г. были сооружены две холодильные установки на пивоваренных заводах. Первый производственный холодильник емкостью 250 т был построен в 1895 г. в Белгороде. Перевозки продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением начались в 1860 г. Однако в дореволюционной России холодильная техника была развита слабо. В 1917 г. в стране насчитывалось всего 58 холодильников общей емкостью 57 тыс. т и холодопроизводительностью около 24 тыс. кВт. Холодильный транспорт состоял из 6500 двухосных железнодорожных вагонов с ледяным охлаждением и одного рефрижераторного судна грузоподъемностью 185т.
Применение искусственного холода в широких масштабах в нашей стране началось после Великой Октябрьской социалистической революции. За годы Советской власти построены крупные холодильники в мясной, рыбной, молочной и других отраслях пищевой промышленности, а также на транспорте. Уже в 1941 г. емкость холодильников в нашей стране составляла 370 000 т.
Наряду с ростом холодильной емкости постоянно развиваются холодильное машиностроение и приборостроение. Холодильные машины выпускают преимущественно в виде автоматизированных агрегатов. Большое внимание уделяют конструированию и изготовлению малых автоматизированных холодильных машин.
Малые холодильные машины получили широкое распространение в торговле и общественном питании (холодильные шкафы, камеры, прилавки, витрины, охлаждаемые торговые автоматы), в быту (холодильники, кондиционеры), на транспорте, в сельском хозяйстве, медицине и других отраслях народного хозяйства. В торговле и общественном питании страны общее количество малых холодильных установок превышает 2 млн. единиц. В быту используются десятки миллионов холодильников.
Широкое развитие получил холодильный транспорт. Железнодорожный холодильный транспорт заметно пополнился составами, секциями и отдельными автономными вагонами с машинным охлаждением. Увеличилось количество судов-холодильников, оснащенных современным холодильным оборудованием. Создан заново автомобильный холодильный транспорт.
Для сохранения и переработки всевозрастающего количества пищевых продуктов необходимо увеличивать объемы и повышать темпы строительства холодильников и холодильного оборудования, а также технически совершенствовать существующие холодильные предприятия. В ближайшие годы намечено значительно увеличить емкость холодильников в пищевой, мясной и молочной промышленности. Увеличатся холодильные емкости и в системе торговли, в сельском хозяйстве. Их предстоит оснастить новейшим холодильным оборудованием с большей степенью заводской готовности, автоматизации и механизации производственных процессов.
3.2 Холодильное хранение пищевых продуктов
3.2.1Охлаждение пищевых продуктов
Охлаждение – процесс понижения температуры продукта не ниже криоскопической.
Криоскопической температурой
принято считать температуру начала выпадения твердой фазы (кристаллов) из тканевой жидкости продукта.
|
Значение |
|
|
Говядина |
|
|
Баранина |
|
|
Мясные консервы |
|
|
Твердые сыры |
|
|
Плавленые сыры |
|
|
Виноград |
|
Процесс охлаждения представляют в прямоугольной системе координат (Рисунок 8)
По вертикали – температура охлаждаемого продукта, по горизонтали – продолжительность процесса охлаждения.
Охлаждение начинается при температуре Тнач, т.е температуре продукта перед помещением его в камеру охлаждения. Как правило процесс охлаждения представляет собой кривую, приближающуюся к криоскопической температуре, но никогда не достигающей значения Ткр.
Шоковое охлаждение – используется для полуфабрикатов и готовой продукции при предполагаемом сроке хранения 4-5 дней. При шоковом охлаждении температура внутри продукта должна снизиться до 3 С за время не более 90 мин. В течение этого процесса температура внутри камеры шокового охлаждения на начальном этапе -15…-25 С и поддерживается на этом уровне пока температура на поверхности продукта не достигнет минус 10С, после этого температура повышается до 0 С.
Замораживание пищевых продуктов
Замораживание – процесс частичного или полного превращения тканевой жидкости замораживаемого продукта в лед. Наличие фазового перехода – отличительная особенность процесса замораживания.
Скоропортящиеся пищевые продукты замораживают для увеличения сроков хранения (мясо, рыба, птица) или для получения продуктов с новыми вкусовыми качествами (мороженое, плоды и ягоды)
Продолжительность хранения скоропортящихся продуктов с высоким содержанием влаги в замороженном виде значительно больше, чем в охлажденном. Превращение влаги продукта из жидкого состояния в кристаллическое приводит к существенному торможению жизнедеятельности микроорганизмов, а также значительное снижение скорость биохимических и химических реакций. При замораживании происходят такие изменения, которые не позволяют полностью восстановить продукт в его первоначальном виде. Технологическая необратимость не является недостатком, если не ухудшаются пищевые и вкусовые показатели и товарный вид.
Технологически процессу замораживания предшествует процесс охлаждения продукта до криоскопической температуры, после чего начинается льдообразование – фазовый переход жидкой среды в твердое состояние.
Переохлаждение – это понижение температуры объекта ниже криоскопической без кристаллизации содержащейся в нём воды.
Пpи достижении криоскопической температуры tкр кристаллы льда в тканевой жидкости не образуются вследствие остаточного теплового движения молекул. Для образования устойчивых кристаллов льда требуется некоторое понижение температуры относительно криоскопической. Такое понижение температуры принято называть переоxлаждением tпо. Для каждого вида пищевых продуктов предельное переохлаждение tпо имеет конкретные значения: 5°С – для мяса, птицы, рыбы; 6°С – для молока; 11°С – для яиц.
Наличие искусственных стимуляторов кристаллизации (механические примеси, загрязнения) приводит к образованию устойчивых зародышей кристаллов при меньших значениях переохлаждения.
Образование устойчивых зародышей кристаллов и следующий затем рост кристаллов тканей жидкости сопровождаются выделением теплоты фазового перехода жидкости в лед и повышением температуры до криоскопической. Причем повышение температуры происходит очень быстро, вследствие чего данное явление получило название температурного скачка.
Шоковое замораживание – снижение температуры в толще продукта до -18С за время, не превышающее 240 мин. Используется для замораживания полуфабрикатов и готовых блюд, предполагаемый срок хранения которых не превысит 60 дней. В начальной стадии температура внутри камеры снижается до -40С и поддерживается на этом уровне пока температура внутри продукта не достигнет -18С. По окончании процесса замораживания камера переходит в режим стандартного охлаждения. Шоковое замораживание позволяет сохранить исходную структуру продукта, его вкус и аромат.
При любом способе замораживания теплота отводится с поверхности продукта, а глубинные слои имеют более высокую температуру. Если после процесса замораживания продукт положить в камеру хранения, то спустя длительное время произойдет выравнивание температуры. Эта температура называется конечной температурой замораживания.
При замораживании не вся тканевая жидкость превращается в лед. Тканевую жидкость, превратившуюся в лед называют вымороженной. Относительное количество этой влаги принято оценивать в виде доли вымороженной влаги:
Отношение масса льда к массе тканевой жидкости.
3.2.2 Технологические приемы холодильной обработки и хранения пищевых продуктов
Для рационального холодильного хранения охлажденных и замороженных продуктов необходимо выполнить следующие условия:
· хранить доброкачественные продукты, прошедшие регламентированную технологическую обработку перед хранением
· соблюдать температурный режим хранения
· поддерживать определенную влажность при хранении
· соблюдать санитарно-гигиенические условия хранения
· использовать дополнительные средства, повышающие стойкость хранимых продуктов
· применять рациональную тару для хранения продуктов
Охлажденные скоропортящиеся пищевые продукты хранят в камерах при температурах, близких к криоскопическим, а относительную влажность воздуха поддерживают на уровне 80-85%.
Температурный режим хранения замороженных продуктов выбирают исходя из продолжительности хранения. при непродолжительном сроке хранения допускается температура в камере -8…-12С. Замороженные продукты, предназначенные для более длительного хранения хранят при температуре не выше -18С. Более низкие температуры применяют в целях обеспечения сохранности продуктов, содержающих непредельные жирные кислоты.
Предельным сроком хранения пищевого продукта принято считать такой, по истечению которого в хранимом продукте начинают появляться неприсущие продукту посторонние запахи, продукт приобретает привкус, изменяется его цвет и внешний вид.
При хранении жиров животного происхождения микроорганизмы и ферменты вызывают распад ненасыщенных жирных кислот, что приводит к образованию кетонов, способствующих появлению горького привкуса продукта
При хранении рыбы и морепродуктов происходит распад белковых молекул с образование аминокислот, в частности триметиламина, присутствие которого свидетельствует о начале порчи.
Хранение охлажденных пищевых продуктов при низких положительных температурах (0…2С) обеспечивает сохранность мяса, рыбы, птицы в течение 1-2 недель. Скоропортящиеся продукты растительного происхождения при рациональной организации режима хранения могут храниться практически доя нового урожая.
3.2.3 Отепление и размораживание пищевых продуктов
Отепление – процесс повышения температуры охлажденного пищевого продукта со скоростью, исключающей образование конденсата на поверхности продукта. Отепление особенно важно для таких продуктов, как яйца, фрукты, овощи, некоторые молочные и гастрономические продукты, баночные консервы и др.
Некоторые продукты не нуждаются в отеплении. К ним относятся, например, сливочное масло, сметана, творог, сыры, соленые рыбные товары и др. Конденсирующаяся на поверхности влага не причиняет им вреда. Такие продукты выпускают из холодильников без отепления. Практически очень редко прибегают к отеплению и охлажденных мясопродуктов.
Производят отепление в специальных камерах с усиленной циркуляцией кондиционируемого воздуха. Называют такие камеры дефростерами. Продукты в камерах укладывают так, чтобы они свободно омывались воздухом. Температуру продукта при отеплении повышают постепенно. Соответственно и повышают температуру воздуха в дефростере, регулируя ее таким образом, чтобы она все время была на 2-3°С выше температуры продукта. Регулируется при этом и относительная влажность подаваемого воздуха. Чтобы продукт не увлажнялся, ее поддерживают на уровне 80%. Слишком сухой воздух тоже нежелателен в связи с усушкой продуктов.
Конечная температура, до которой надлежит отеплять продукты, зависит от температуры и влажности наружного воздуха. Если воздух очень влажный, конечная температура отепленных продуктов должна быть на 2-3°С ниже его температуры, а если достаточно сухой (с относительной влажностью 40-45%), то эта разница должна составлять 4-5°С. Отепление практически продолжается около 30-40 ч.
Размораживание производят для возвращения продукта в исходное состояние, которое он имел перед замораживанием. При этом находящиеся в продукте кристаллы льда превращаются в жидкость, которая распределяется по ткани, так, как это было до замораживания. Практически достичь полной обратимости процесса замораживания не удается. Способность клеток и волокон к влагоудержанию значительно снижается вследствие травмирования их кристаллами льда и снижения способности белковых веществ к гидратации. Поэтому часть сока вытекает из продукта и теряется.
Применяемы на практике способы размораживания:
· медленное размораживание в воздушной среде при температуре в камере 0…4 С
· быстрое размораживание в воздушной среде при температуре в камере 15…20С
· быстрое размораживание в паровоздушной среде при температуре 25…40С
· размораживание в жидких теплоносителях при температуре 4…20С
Медленное размораживание обеспечивает наилучшее восстановление продукта, равномерное распределение клеточной жидкости. Но низкие скорости размораживания приводят к развитию биохимических и микробиологических процессов, деятельность которых может привести к порче продукта.
Быстрое размораживание применяется в основном для пищевых продуктов, используемых в промышленной переработке (производство колбас, консервов).
3.2.4 Технология охлаждения пищевых продуктов
|
Продукт |
Параметры охлаждения |
Время охлаждения |
Способ охлаждения |
Особенности технологии |
|
Мясо и мясопродукты |
В камере хранения |
Охлаждаются туши, полутуши, четвертины до температуры в толще бедра 2-4С |
||
|
В камере охлаждения |
Температура в толще бедра 3-4С |
|||
|
На воздухе |
Ускорить процесс можно при понижении температуры до -2С и повышении скорость воздуха 4 м/с. Время сокращается до 4-6ч. |
|||
|
В ледяной воде |
Кожа тушки отбеливается, исчезают пятна от ушибов. Недостатком является возможность перекрестного м/б обсеменения. |
|||
|
Искусственный лед, 2-% раствор соли |
Возможность м/б обсеменения минимальна |
|||
|
1-2С ниже криоскопической |
Камера хранения |
Клетки с яйцами необходимо располагать в шахматном порядке |
||
|
Молоко и молочные продукты |
Камера хранения |
3.2.5. Технология замораживания продуктов
Замораживание в воздушной среде. Осуществляется в морозильных камерах. Воздух в камере температурой -30…-40С со скоростью 1-2 м/с. Недостатком является продолжительность процесса и потеря влаги с поверхностного слоя замораживаемого продукта (усушка).
Замораживание орошением. Жидкий, охлажденный теплоноситель (водный раствор соли) подается через форсунки на орошение продукта.
Замораживание погружением. Более эффективный процесс с равномерным погружением продукта со всех сторон.
Недостатком этих методов является необходимость применения герметичной упаковки, чтобы исключить контакт продукта с замораживаемой средой (бесконтактное замораживание)
Замораживание в криогенных жидкостях (жидком воздухе или жидком азоте) не нашло широкого применения вследствие своей дороговизны.
Замораживание отдельных групп товаров
Мясо и мясопродукты замораживают в морозильных камерах при температуре -30..-35С, скорости принудительного движения воздуха 1..3 м/с. Продолжительность замораживания 19..27 ч. Замороженным считается мясо, средняя конечная температура которого на 10С ниже криоскопической.
Птицу замораживают в морозильных камерах с естественной или искусственной циркуляцией воздуха. Температура в воздухе камеры -18С. Продолжительность 48-72ч. При понижении температуры до -23С и повышении скорости воздуха до 3-4 м/с продолжительность сокращается до 36-24ч. При замораживании птицы в жидких теплоносителях (пропиленгликоль, водный раствор хлористого кальция) тушки помещают в герметичные упаковки и погружают в раствор, охлажденный до -28С. Чаще всего погружение используют на начальном этапе замораживания, а окончательное происходит в морозильной камере. В этом случае тушки погружают на 20-40мин, а затем переносят в камеру хранения с температурой воздуха -23-30С.
Для замораживания рыбы используется продукт высоко качества, не имеющий внешних дефектов и признаков порчи. При замораживании в воздушной среде температура в морозильных камерах поддерживается -30С и ниже. Для интенсификации процесса применяется принудительная циркуляция воздуха. Рыбу жирных пород (сельдевые) замораживают при более низких температурах.
Рыбу ценных пород, особенно крупную по размеру рекомендуется после замораживания глазировать льдом. Для этого рыбу несколько раз погружают в пресную холодную воду и извлекают для образования на поверхности тонкой корочки льда. Образованная корочка льда предохраняет рыбу от усушки, а отсутствие контакта жира с кислородом воздуха – от окисления.
Замораживание яичных продуктов (белки, желтки, меланж) производят в морозильных камерах с температурой -20…-25С и скоростью движения воздуха 3-4м/с. Яичная масса считается замороженной, если температура в центре упаковки -6..-10С. Целые яйца в скорлупе не замораживают, т.к. при этом происходит механическое повреждение скорлупы из-за расширения содержимого.
Творог замораживают в морозильных камерах с температурой -28..-30С., температура в камере хранения должна быть -18С.
Масло сливочное замораживают до -18С. Температура в морозильной камере -25С в течение 2суток.
3.2.6 Хранение пищевых продуктов в охлажденном состоянии
Охлажденные продукты хранят в холодильной камере пи температуре 2..3С. Влажностный режим камер хранения поддерживают в соответствии с технологическими требованиями для каждого вида продукта.
|
Продукт |
Температура хранения |
Параметры хранения |
Время хранения |
Особенности хранения |
|
В виде туш или полутуш в подвешенном состоянии |
||||
|
В бумаге, полиэтиленовых пакетах, термоусадочной пленке (10сут) |
||||
|
1 раз в 2 месяца нужно проводить овоскопирование |
||||
|
Рыба свежая |
На колотом льде |
|||
|
Икра зернист |
||||
|
Соленая рыба |
||||
|
Копченая рыба |
||||
|
принудительное циркулирование воздуха |
||||
|
Лучше сохраняется обезжиренный творог. |
Подмораживание мяса, птицы и рыбы, т.е. замораживание поверхностного слоя способствует продлению сроков хранения. Подмороженное мясо при температуре -1..-2С хранят в подвешенном состоянии до 17сут.
Подмораживание птицы происходит до температуры 0..-1С в тоще грудной мышцы и до 4С на глубине 5 мм. Для подмораживания в воздушной среде птицу помещают в морозильные камеры с температурой -23С и скоростью воздуха 3-4 м/с. Продолжительность 2-3ч.
Подмораживание рыбы происходит в воздушной среде или в жидких теплоносителях, что увеличивает срок хранения рыбы до 25 суток. Подмораживание на воздухе при температуре -20С.
Хранение плодов. Одним из основных условий хранения плодов является создание оптимального режима, при котором замедляются все биохимические процессы, протекающие в плодах после их съема. Кроме того, режим хранения должен обеспечить полное и длительное сохранение свойств, присущих плодам, и устойчивость их к микробиологической порче.
Установлена температура хранения для яблок -0,5÷0,5°С, для груш, персиков, абрикосов, вишни, черешни 0°С, апельсинов и лимонов -0,5÷4°С, мандаринов 0,3-2°С. При этом рекомендуется относительная влажность воздуха для яблок, груш и винограда 85-90%, косточковых плодов 80-85%, цитрусовых 78-83%.
Свежие бананы и ананасы, поступившие на хранение, освобождают от упаковочного материала и сортируют по степени зрелости и качеству. При хранении зеленых бананов в камере поддерживают температуру 12-14°С и относительную влажность 85-90% при искусственной циркуляции воздуха. Бананы в процессе хранения постепенно дозревают и достигают потребительской зрелости. Зрелые бананы хранят при температуре 12°С, а зрелые ананасы – при 7,5-8°С и относительной влажности 85-90%. Продолжительность хранения в этих условиях 10-12 дней в зависимости от общего состояния плодов. Зеленые ананасы хранят при температуре 15-16°С и относительной влажности 85-90%. В этих условиях в течении 5-6 дней происходит дозревание плодов.
Установлено, что сроки хранения всех видов плодов значительно увеличиваются в регулируемой газовой среде, в которой искусственным путем поддерживается повышенное содержание углекислого газа и пониженное кислорода. Для этой цели плоды помещают в специальные герметически закрываемые камеры или контейнеры.
Продолжительность холодильного хранения различных плодов в зависимости от газового состава среды
В замороженном виде хранят ягоды (клубнику, малину, смородину, крыжовник, клюкву, бруснику и др.), различные плоды (сливы, абрикосы, персики, цитрусовые и др.). Температура хранения замороженных плодов -18°С, срок хранения до 12 месяцев.
Размещать продукты в холодильниках предприятий общественного питания и продовольственных магазинов необходимо так:
Мясо (охлажденное и мороженое) – подвешивать;
Тушки охлажденной птицы – на стеллажах в один ряд;
Мороженую птицу и дичь – в стандартных ящиках на подтоварниках (уложенных на полу) или на стеллажах;
Рыбу частиковую (парную и мороженую) – в стандартных ящиках, корзинах на подтоварниках или на полках стеллажей;
Осетровую рыбу – на стеллажах или подвешивать;
Соленую рыбу – в стандартных бочках на подтоварниках;
Молоко – в стандартных флягах на подтоварниках или стеллажах;
Простоквашу, кефир, сметану, творог – в стандартной таре на подтоварниках или стеллажах;
Масло топленое – в деревянных бочках на подтоварниках;
Сыр – на стеллажах;
Яйца – в стандартных ящиках штабелями на подтоварниках;
Замороженные кулинарные изделия – в картонных ящиках на подтоварниках или стеллажах;
Зелень – в ящиках на подтоварниках или стеллажах;
Огурцы – в корзинах, ящиках или мешках на подтоварниках;
Томаты – в ящиках на подтоварниках или стеллажах;
Фрукты – в ящиках на подтоварниках или стеллажах;
Ягоды – в решетах штабелями на подтоварниках или стеллажах;
Квашения, соления, маринады – в стандартной таре на подтоварниках или стеллажах;
Вина – в бутылках в лежачем положении;
Водочные изделия, пиво, воды – в бутылках, установленных в ящики или корзины, которые помещают на подтоварниках; пиво хранят также и в бочках на подтоварниках.
Хранение пищевых продуктов в замороженном состоянии
|
Продукт |
Параметры хранения |
Время хранения |
Особенности хранения |
|
Температура в толще бедра не выше -8С. |
|||
|
Для жирных пород -30С |
|||
|
Масло сливоч. |
Упаковка в полиэтиленовые пакеты |
||
3.3 Понятие о непрерывной холодильной цепи
Непрерывная холодильная цепь – совокупность технических средств (холодильников), которые обеспечивают непрерывное охлаждение скоропортящихся продуктов от производителя к потребителю.
Схема непрерывной холодильной цепи
|
Сфера производства |
1 – производственный (заготовительный) холодильник
2,4,6 – холодильный транспорт
3- базисный холодильник
5 – распределительный холодильник
7- холодильники ПОП
Для обеспечения наилучшей сохранности продуктов температурные режимы охлажденных или замороженных продуктов должны поддерживаться неизменными в процессе перемещения от звена к звену.
Производственные холодильники – располагаются в пределах производства п/ф. предназначены для первичной холодильной обработки (охлаждения или замораживания). Отличаются большой производительностью при относительно небольших помещениях для хранения обработанной продукции.
Базисные холодильники – предназначены для длительного хранения пищевых продуктов и создания запасов. Характеризуются большой площадью и вместимостью, а также повышенными требованиями к температурно-влажностным режимам.
Распределительные холодильники – обеспечивают равномерное снабжение оптовых баз сезонными продуктами в течение всего года. Снабжаются железнодорожными подъездными путями и погрузочно-разгрузочными площадками для автомобильного холодильного транспорта.
Стационарные холодильники ПОП – служат для кратковременного хранения продуктов. Сроки хранения не превышают нескольких дней, поэтому требования к температуре и влажности менее строгие.
Торговое холодильное оборудование – предназначено для кратковременного хранения, демонстрации, выкладки и продажи продуктов на ПОП. К такому оборудованию относятся: охлаждаемые витрины, прилавки, холодильные шкафы.
3.4 Холодильный транспорт
Соединяет звенья непрерывной холодильной цепи, обеспечивая неизменность температуры продуктов от перемещения от одного звена к другому.
|
Рефрижераторы низкотемпературные |
|
Рефрижераторы высокотемпературные |
3.5. Простейшая паровая компрессионная машина
Охлаждением называется отвод от тела теплоты, сопровождающийся понижением его температуры. В процессе охлаждения участвуют охлаждаемое и охлаждающее тело – рабочее вещество. Охлаждение, при котором температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды называется естественным. Охлаждение тела ниже температуры окружающей среды называется искусственным.
В общественном питании наиболее распространенным видом холодильных машин являются паровые компрессионные машины. Рабочим веществом является легкокипящие жидкости, которые при совершении холодильного цикла меняют агрегатное состояние, превращаясь из жидкости в пар и обратно
1 –компрессор
2 – испаритель
3- дроссельное устройство
4 –конденсатор
5 – холодильная камера
Компрессор – сжимает пар до высокого давления, т.е. происходит превращение жидкого хладагента в пар
Испаритель – аппарат, в котором происходит кипение жидкого хладагента за счет теплоты, отводимой от продукта. Температура кипящего хладагента ниже на 10-12С чем температура охлаждаемого объекта.
Дроссельное устройство – обеспечивает понижение давления хладагента.
Конденсатор – обеспечивает охлаждение перегретых паров хладагента до температуры конденсации и превращения пара в жидкость.
3.6 Хладагенты и хладоносители
Рабочее вещество, циркулирующее в холодильной машине, с помощью которого совершается обратный круговой процесс или цикл, называют холодильным агентом (хладагент).
В современной практике существуют два вида основных хладагентов: аммиак и фреоны (хладоны)
Аммиак (R717) имеет температуру кипения -33,4С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле. Его применяют в поршневых компрессорных установках. К недостаткам можно отнести высокую токсичность, горючесть и взрывоопасность. Аммиак имеет резкий запах и сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. При работе с аммиачными холодильными установками требуется строгое выполнение правил техники безопасности.
Хладоны (фреоны) – галогенопроизводные предельных углеводородов. Они химически инертны, невзрывоопасны. Маркировка R11, R12, R113, R502, R22. Достигая атмосферы хладоны высвобождают хлор, который участвует в разрушении озонового слоя особенно R22. Поэтому большинство европейских стран запретили их производство и использование. R22 разрешен к использованию в России до 2020г.
Холодоносители (хладоносители) применяют для транспортирования холода от источника получения (испарителя) до охлаждаемого объекта (камеры). В качестве хладоносителей используют водные растворы солей – рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низких температурах (этиленгликоль). Растворы солей: хлориды натрия, кальция, магния.
По дисциплине
«Основы холодильной техники»
Тематический план лекций
|
Темы лекций |
|
|
История развития холодильной технологии. |
|
|
Холодильные агенты и хладоносители. |
|
|
Виды холодильной обработки пищевых продуктов. |
|
|
Охлаждение пищевых продуктов. |
|
|
Низкотемпературная обработка продуктов питания. |
|
|
Холодильное хранение продуктов питания. |
|
|
Транспортирование охлажденных и замороженных пищевых продуктов. |
|
История развития холодильной технологии
Много столетий назад уже были известны способы аккумуляции и использования естественного холода: накапливание льда и снега в ледниках для хранения продуктов, хранение продуктов в глубоких ямах (использование низкой средней температуры грунта), охлаждение воды при ее испарении. Только в 18-м веке началось применение смесей льда и соли для получения более низких температур, чем температура плавления водного льда. Промышленные холодильные машины появились лишь в середине 19-го века.
Первоначально искусственное охлаждение в широких масштабах стали применять при заготовке и транспортировке пищевых продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в г. Сиднее в 1861 г. В этом же году (и тоже в Австралии) на нефтеперерабатывающем заводе была установлена холодильная машина для выделения парафина из сырой нефти, что явилось началом внедрения искусственного холода в химической промышленности. К концу 70-х и началу 80-х гг. девятнадцатого столетия относятся первые попытки перевозок мяса из Южной Америки и Австралии во Францию и Англию на судах-холодильниках с воздушными и абсорбционными холодильными машинами. Перевозка продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением началась в 1858 г. в США. Первый крупный холодильник был сооружен в Бостоне (США) в 1881 г. В том же году был построен холодильник в Лондоне, а в 1882 г. - в Берлине.
Принципы сохранения пищевых продуктов.
Сохранение пищевых продуктов основано на способности микроорганизмов реагировать на воздействие физических, химических и биологических факторов. Изменяя условия среды и оказывая то или иное воздействие на продукт, можно регулировать состав и активность его микрофлоры.
Способы консервирования подразделяют на: физические, физико-химические, химические, биохимические и комбинированные.
Физические способы - использование высоких и низких температур, а также ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей, ультразвука и фильтрации.
Физико-химические способы - сушка, соление и использование сахара.
Химические способы основаны на применении химических веществ, безвредных для человека и не изменяющих вкус, цвет и запах продукта. В России в качестве консервантов разрешены следующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сернистая, бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, отдельные - антибиотики, озон, углекислый газ и ряд других.
Биохимические способы консервирования основаны на подавляющем действии молочной кислоты, образующейся в результате сбраживания сахаров продукта молочнокислыми бактериями.
Комбинированные способы - дымное и бездымное копчение, а также некоторые другие, основанные на использовании нескольких видов консервантов одновременно.
Микроорганизмы и ферменты вызывают разложение белков, гидролиз жиров, глубокие превращения углеводов и другие изменения. Поэтому основная задача консервирования пищевых продуктов сводится к ограничению или устранению разрушительного действия микроорганизмов и тканевых ферментов.
При этом внешнее воздействие на биологические факторы порчи может иметь различные формы - биоз, анабиоз, ценоанабиоз и абиоз.
Биоз - поддержание жизненных процессов в продуктах, т.е. использование их иммунитета. На этом принципе основано хранение плодов и овощей, живой рыбы, предубойное содержание скота и птицы.
Анабиоз - замедление, подавление жизнедеятельности микроорганизмов и активности тканевых ферментов при помощи холодильной обработки и хранения, сушения и вяления, маринования, консервирования в сахарном сиропе и т.д.
Ценоанабиоз - подавление вредной микрофлоры за счет создания условий для жизнедеятельности полезной микрофлоры, способствующей сохранению продуктов (квашение, молочнокислое и спиртовое брожение при производстве и хранении кисломолочных продуктов).
Абиоз - прекращение всякой жизнедеятельности, в том числе и микроорганизмов, в продуктах (высокотемпературная обработка, применение лучистой энергии, токов высокой и сверхвысокой частот, антибиотиков, антисептиков и др.).
В зависимости от решаемых задач продукты подвергаются разной глубине холодильной обработки (охлаждение, переохлаждение, подмораживание, замораживание, домораживание), а для восстановления натуральных свойств к ним подводят теплоту (отепление, размораживание).
Охлаждением продуктов называется процесс отвода теплоты от них с понижением их температуры не ниже криоскопической. На практике все более широко применяют предварительное охлаждение, предшествующее любому последующему этапу технологического цикла обработки холодом и существенно снижающее потери при хранении.
Переохлаждение - это состояние продукта, вызванное понижением его температуры ниже криоскопической без возникновения кристаллов влаги. Оно бывает устойчивым или неустойчивым в зависимости от теплофизических свойств продукта и температурных режимов окружающей среды.
Подмораживание - процесс, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое, основная масса продукта находится в переохлажденном состоянии. Продолжительность хранения продуктов в подмороженном виде увеличивается в 2 - 2,5 раза по сравнению с охлажденными.
Замораживание - отвод теплоты от продуктов с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации большей части воды, содержащейся в продуктах. Это предопределяет их сохранность при длительном холодильном хранении.
Домораживание - понижение температуры до заданного уровня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.
Отепление - подвод теплоты к охлажденным продуктам с повышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.
Размораживание - подвод теплоты к продуктам в целях декристаллизации содержащегося в них льда. В конце процесса температура в толще продукта составляет 0 °С и выше, кристаллы льда плавятся, ткани поглощают влагу. Цель размораживания - максимальное поглощение влаги тканями и полное восстановление первоначальных свойств продуктов.
Продолжительность холодильной обработки исчисляется минутами, часами, иногда сутками и влияет на качество и сохранность продуктов при последующем холодильном хранении.
Холодильное хранение - это хранение продуктов после холодильной обработки при заданном режиме в камере.
Под режимом холодильной обработки и хранения понимают совокупность параметров и условий, влияющих на качество продуктов (температура, относительная влажность, скорость движения воздуха, состав среды, укладка, продолжительность процесса).