Холодильные установки и разновидности замораживания продуктов в пищевой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Холодильные установки и разновидности замораживания продуктов в пищевой промышленности

1. Значение холода в мясной промышленности

холодильник замораживание хранение полуфабрикат

Все пищевые продукты при хранении и транспортировке подвергаются значительным изменениям, причем эти изменения, в зависимости от состава продукта и условий окружающей его среды, происходят с большей или меньшей скоростью и имеют последствием снижение пищевых достоинств продукта. Пищевые продукты, которые в естественных условиях подвергаются быстрой порче, носят название скоропортящихся. К ним относятся мясо и мясопродукты. Методы хранения пищевых продуктов, основанные на принципе анабиоза, сводятся к созданию окружающей среды, подавляющей жизнедеятельность продукта и живых организмов, гнездящихся в нем, посредством физико-химических факторов:

а) воздействием искусственно создаваемой низкой температуры и соответствующей влажности воздуха помещений;

б) устранением из них воды ниже предела, необходимого для жизненных процессов, путем высушивания при высокой или низкой температуре (методы сублимации);

в) понижением парциального давления кислорода, удушением аэробных микроорганизмов -- хранение в вакууме, в атмосфере азота и водорода, при заливке маслом и жирами;

г) воздействием углекислого газа, подавляющего жизненные процессы;

д) воздействием растворами веществ (соли, сахара и т. п.), вызывающими высокое осмотическое давление и приводящими к обезвоживанию продукта вследствие разности осмотических давлений;

е) посредством повышения кислотности продукта -- приготовлением маринадов.

Основными методами консервирования мяса и мясопродуктов являются холодное хранение, высушивание, посол, пастеризация, стерилизация и копчение. Такие методы, как хранение в углекислой среде, в вакууме, в атмосфере азота, в заливке маслом и жиром, маринование--применяются в ограниченных случаях.

Из всех методов консервирования мяса и мясопродуктов лучшим на данном этапе развития науки и техники является холодное хранение, обеспечивающее наименьшее изменение их пищевых и вкусовых качеств. Это объясняется тем, что понижение температуры продукта в весьма сильной степени замедляет скорость химических реакций вообще и биохимических в частности, в том числе и обусловливаемых жизнедеятельностью микроорганизмов. Значительное понижение температуры продукта может привести к полной остановке жизнедеятельности микроорганизмов, но температура, необходимая для этого, находится в зависимости от вида микроорганизмов и условий окружающей среды. Хорошо известна сопротивляемость микробов действию низкой температуры: ряд бактерий не погибает в снегу, во льду; твердая углекислота (сухой лед) содержит споры гнилостных бактерий; болезнетворные микробы в течение многих часов выдерживают температуру жидкого воздуха.

Токсины микробов не уничтожаются даже при повторном медленном или быстром замораживании. Действие низких температур не разрушает дрожжевые грибки, а лишь снижает их активность. Плесневые споры продолжают произрастать при температурах ниже 0°. По некоторым данным, большое количество видов спор плесеней не погибало при комбинированном воздействии обезвоживания, разрежения и низкой температуры жидкого гелия (между--269 и -- 271,16°); некоторые виды микробов при минусовой температуре способны даже размножаться.

Вышеуказанное находит свое объяснение в следующих явлениях. Важнейшим фактором развития микроорганизмов является вода, без которой обмен веществ в организме невозможен. Однако при замораживании пищевых Продуктов часть воды в них оказывается настолько прочно связанной, что обращается в твердое состояние лишь при очень низкой температуре. Так, например, при замораживании мышечной ткани мясных туш, по данным Гейсса, при температуре --2,5° вымерзает 53,5% влаги, при температуре --15°-- 87,5% и при температуре --32,5° -- 91,3% влаги.

Криогидратная точка мясного сока, соответствующая 100%-ному вымерзанию воды, лежит, по тем же данным, лишь в пределах от --62° до --65°. В практических условиях, когда температуру замораживания продуктов не доводят до криогидратной точки, вода в них остается. Гибель бактерий протекает весьма быстро, если среда заморожена до твердого состояния; если же она только переохлаждена и находится в жидком состоянии, то происходит лишь медленное и постепенное отмирание бактерий, причем чем ниже температура, тем быстрее они отмирают. В некоторых случаях при переохлаждении до --5° бактерии даже продолжают размножаться; так, по данным Ф.М. Чистякова, В. fluorescens liquefaciens -- типичный мезофил -- в переохлажденной среде при температуре --5° довольно энергично размножается. В твердозамороженной среде гибель бактерий зависит от температуры, причем скорость их отмирания не находится в прямой зависимости от понижения температуры замерзания: в зоне температур от --5° до --12° отмирание бактерий протекает значительно быстрее, чем, например, в зоне температур от --18° до --20° (опыты Ф. М. Чистякова).

Полное отмирание микроорганизмов под действием низких температур наблюдается крайне редко. Причиной гибели микроорганизмов при низкой температуре считают механическое действие льда при замерзании среды (давление, разрывы), замерзание содержимого клеток (кристаллы льда изнутри разрывают протоплазму), старение или голодание клеток, нарушение обмена веществ (накопление ненужных и ядовитых веществ), изменение диффузионных свойств протоплазмы и частичная коагуляция протоплазмы.

Действие низкой температуры на микроорганизмы выражается не только в задержке их роста и размножения, но и в изменении физиологических процессов у них. На развитие микроорганизмов при низкой температуре влияют также предшествующее их существование и развитие, среда развития, причем в первые часы действия низких температур они испытывают, очевидно, состояние шока, угнетение, и выживают в симбиозе лишь сильнейшие.

Предельные низкие температуры развития плесневых грибов ниже, чем для дрожжей и бактерий. Предельной температурой развития плесеней считают температуру около --10°.

Низкая температура задерживает биохимические процессы, присущие самому продукту и вызывающие его порчу, но они не приостанавливаются полностью до тех пор, пока продукт не промерзнет полностью. С учетом микробиологических и биохимических процессов, протекающих в продуктах, а также техно-экономических факторов, для длительного хранения большинства пищевых продуктов в замороженном состоянии считают оптимальной температуру от --18° до --25°.

Влияние низкой температуры на пищевые продукты сказывается не только в замедлении биохимических реакций, но и сопровождается различными в них изменениями: химическими, гистологическими, консистенции, вкуса и т. п. Чем ниже температура, тем лучше и дольше сохраняются продукты.

В современной технологии мяса и мясных фабрикатов низкие температуры играют крупнейшую роль. Технолог-мясник имеет дело с материалом животного белкового происхождения, подверженным быстрому распаду, быстрой потере качества; технолог-мясник имеет дело также с активными врагами мясного производства -- микроорганизмами, которые способствуют разрушению материала и фабриката, отравляют их вредными ядами, уничтожают как сырой материал, так и готовый фабрикат.

Низкие температуры являются для технолога-мясника оружием борьбы с микроорганизмами и распадом сырого материала, что в свою очередь обеспечивает производство стойких и высококачественных фабрикатов.

Низкие температуры в технологии мяса и мясных фабрикатов создают необходимые условия для производства высококачественной в питании и стойкой в хранении продукции. Применение низких температур в современном мясном производстве распространяется почти на все технологические процессы, а также и на распределение готовых фабрикатов, вплоть до варочных аппаратов или столов общественного и индивидуального питания, и подразделяется на два крупных самостоятельных отдела:

1) отдел технологии мяса и мясных фабрикатов;

2) отдел хранения и распределения готовых мяса и мясных фабрикатов.

Оба эти отдела тесно связаны между собой в такой мере, какой нет ни в одной крупной отрасли промышленности. Указанная связь диктуется тем, что всякое, даже малейшее отклонение от режима хранения готового продукта, продиктованного технологией мяса и мясных фабрикатов, ухудшает качество продукции и, следовательно, тем самым снижает все усилия и достижения мясника-технолога в выработке высококачественного фабриката. Поэтому заботы мясной индустрии о технике доведения своих фабрикатов вплоть до потребителя должны быть исключительны, в противном случае совершенная техника и технология мяса и мясных фабрикатов будут фактически ликвидироваться за воротами мясокомбината, в мясной лавке и т. д. В этом отношении низкие температуры призваны сыграть решающую роль и в хранении, и в транспортировке, и в распределении мяса и мясных фабрикатов.(8)

2. Система управления процессами холодильной обработки продукции

Регулирование и контроль температуры по всей технологической цепи оказывает большое влияние на показатели качества и безопасности продукта, связи с этим внедрение на предприятии автоматической Системы управления процессами холодильной обработки становится необходимым для производства конкурентоспособной продукции с заданными и подтвержденными документально качественными характеристиками и обоснования сроков ее годности.

Актуальность проблемы

В настоящее время актуальным является вопрос разработки и внедрения процессного подхода и системного анализа в управлении технологическими процессами в целях получения пище- эй продукции с заданными характеристиками и длительным сроком годности. Внедрение управленческих инноваций, опирающееся на современные технические средства, на ранних стадиях производства пищевого продукта и оперативного контроля позволяет избежать производства несоответствующей продукции и неоправданных издержек.

Мясная отрасль является одной из стратегических отраслей экономики России и призвана обеспечить устойчивое снабжение населения высококачественными и безопасными продуктами питания. В то же время современные экономические условия обострили кризис правления производством, а формирование конкурентной среды с большим количеством зарубежных компаний заставило руководителей промышленных предприятий обратить внимание на качество производимых ими товаров. Таким образом, успешно развиваться могут только те, кто уделяет особое внимание пересмотру и оптимизации внутренних процессов, а также совершенствованию системы планирования, учета и управления.

При этом стабильностью качества выпускаемой мясной продукции необходимо и возможно оперативно управлять, рассматривая ее не как единичный показатель готового продукта, а как контролируемую многофакторную систему производства. Для этого целесообразно использовать различные современные подходы и методы информационных технологий, к которым относятся системы менеджмента качества пищевой продукции на основе принципов ХАССП, процессный подход, статистические методы прогнозирования и различные аппаратно-программные средства.

Принцип построения блок-схемы управления процессом

В настоящее время ХАССП признана наиболее эффективной системой, в максимальной степени, гарантирующей безопасность продуктов питания, с помощью которой возможно идентифицировать и оценивать риски, влияющие на опасность выпускаемых пищевых продуктов, внедрять механизмы технологического контроля, необходимые для профилактики возникновения или сдерживания рисков, в допустимых рамках. Также применение процессного подхода обеспечивает «прозрачность» объекта управления независимо от того, является ли данный объект целой организацией, отдельным производственным процессом или показателем качества продукта.

При данном подходе каждый процесс представлен в виде отдельного функционального блока, в котором определены:

· входы процесса (сырье, материал и т. п.);

· выходы процесса (результат процесса - документ, запись, отчет, полуфабрикат, продукция и т. п.);

· требуемые ресурсы процесса (оборудование, персонал, помещения и т. п.);

· управляющие воздействия на процесс (приказы, процедуры, законы, стандарты, устные указания и т. п.);

· алгоритм процесса (описание последовательности операций, по которым вход процесса преобразовался в выход).

Блоки представляют собой основные функции моделируемого объекта. Эти функции могут быть разбиты (декомпозированы) на составные части и представлены в виде более подробных диаграмм. Процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока объект не будет описан на уровне детализации, необходимом для достижения целей конкретного проекта.

Диаграмма верхнего уровня обеспечивает наиболее общее описание объекта моделирования. За этой диаграммой следует серия дочерних диаграмм следующего, более низкого уровня, на которой некоторые или все функции также могут быть разложены на составные части.

Каждая дочерняя диаграмма содержит дочерние блоки и стрелки, обеспечивающие дополнительную детализацию блока верхнего уровня, что в совокупности представляет собой сеть процессов организации.

Производство охлажденных натуральных мясных продуктов

Примерно 50 % мяса, произведенного на территории Российской Федерации и ввезенного по импорту, продайся в сыром виде. Около 30 % используется для изготовления колбас, около 15 % идет на производство полуфабрикатов, порядка 5 % - на выпуск консервов. Тенденция нескольких последних лет говорит о том, что категория мясных полуфабрикатов увеличивает свою долю «а 10-15 % ежегодно. Большим спросом пользуются полуфабрикаты в охлажденном состоянии. При этом на показатели качества и безопасности данного продукта помимо изначальных характеристик оказывает большое влияние контроль и регулирование температуры по всей цепи производства. Вследствие этого определение зависимости показателей готового продукта от температурных условий может быть использовано для прогнозирования конечных его характеристик и обоснования сроков годности, что является актуальным и своевременным.

Рассматривая жизненный цикл производства мясных охлажденных полуфабрикатов и каждую операцию в отдельности с момента поступления сырья, нам удалось спроектировать функциональную структуру «как должно быть», учитывая требования нормативной документации Российской Федерации, все принципы системы управления качеством и обеспечения безопасности на основе ХАССП и стандартов серии ISO, лучших практик бизнес-процедур, методов управления и производственного учета предприятий мясной промышленности. Необходимо учитывать, что большое влияние на показатели мясного сырья оказывают предварительные этапы, начиная с убоя, включая предубойную выдержку, соблюдение условий транспортировки сырья, санитарное состояние помещений. Но данные этапы не входили в объект наших исследований, а рассматривались как соответствующие требованиям нормативной документации.

Участок холодильной обработки

Участок холодильной обработки, как функциональная структура процесса, предполагающего не только ведение количественного учета, но и контроль показателей качества сырья, внедрение системы идентификации и прослеживаемости. Изменения параметров обработки или хранения сырья на каждом отдельном этапе может влиять на конечный показатель качества и уровень безопасности готового продукта.

Участок холодильной обработки состоит из таких операций, как прием, поступление, хранение, обработка и расход сырья. Различные вариации технологических режимов обработки сырья и параметров производственной среды позволяют прогнозировать и получать требуемые показатели качества готового продукта.

В результате такого описания достигли той степени детализации системы функций, которые отражают свое взаимодействие через объекты системы. Это позволило обозначить точки контроля и основные критерии показателей качества сырья и продукта для передвижения их на следующий технологический этап, установить зону ответственности лиц за каждое конкретное действие, а также четкий порядок мониторинга производственных процессов. Оперативное получение результатов органолептических и физико-химических исследований определяет дальнейшее направление сырья: производство продукции из сырого мяса, колбасных изделий или полуфабрикатов.

Подобный алгоритм составляется для каждого производственного процесса в целях оперативного сбора информации о состоянии сырья и параметрах окружающих его условий среды, для контроля и анализа параметров, влияющих на его показатели качества, а также для принятия корректирующих и предупреждающих мероприятий.

Применение подобной системы способствует оперативному управлению качеством готового продукта и позволяет успешнее решать задачи обеспечения продовольственной безопасности.

3. Источники получения холода

Различают естественное и искусственное охлаждение.

Естественное охлаждение -- это отвод тепла от охлаждаемого тела в окружающую среду. При этом способе температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Это самый простой способ охлаждения без затраты энергии.

Искусственное охлаждение -- это охлаждение тела ниже температуры окружающей среды. Для искусственного охлаждения применяют холодильныр машины или холодильные установки. При этом способе охлаждения необходимо затратить энергию.

Существует несколько способов получения искусственного холода. Самый простой -- охлаждение с помощью льда или снега. Ледяное охлаждение имеет существенный недостаток -- температура охлаждения ограничена температурой таяния льда. В качестве охладителей используют водный лед, льдосоляные смеси, сухой лед и жидкие холодильные агенты (хладоны и аммиак).

Льдосоляное охлаждение производится с применением дробленого водного льда и соли. Из-за добавления соли скорость таяния льда увеличивается, а температура таяния льда опускается. Охлаждение сухим льдом основано на действии твердого диоксида углерода -- при поглощении тепла сухой лед переходит из твердого состояния в газообразное. С помощью сухого льда можно получить более низкую температуру, чем при использовании водного льда: охлаждающее действие 1 кг сухого льда почти в 2 раза больше, чем 1 кг водного льда, при охлаждении не возникает сырости, выделяемый газообразный диоксид углерода обладает консервирующими свойствами, способствует лучшему сохранению продуктов. Сухой лед применяется при перевозках замороженных продуктов, охлаждении фасованного мороженого, хранении замороженных фруктов и овощей.

Наиболее распространенным и удобным при эксплуатации является машинное охлаждение. По сравнению с другими видами охлаждения машинное охлаждение обладает следующими преимуществами:

· возможностью создания низкой температуры в широких пределах;

· автоматизацией процесса охлаждения;

· доступностью эксплуатации и технического обслуживания и др.

Машинное охлаждение получило в торговле наибольшее распространение в связи с рядом достоинств: автоматическим поддержанием постоянной температуры хранения в зависимости от вида продуктов, рациональным использованием полезной емкости для охлаждения продуктов, удобством обслуживания, высокой экономичностью и возможностью создания необходимых санитарно-гигиенических условий хранения продуктов.

В основу машинного охлаждения положено свойство некоторых веществ кипеть при низкой температуре, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды. Такие вещества называют холодильными агентами (хладагентами).

Хладагенты -- это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Хладагенты должны иметь высокую теплоту парообразования, низкую температуру кипения, высокую теплопроводность. Вместе с тем хладагенты не должны быть взрывоопасными, легко воспламеняющимися, ядовитыми. Важное значение имеет стоимость хладагентов. Наиболее отвечающим этим требованиям являются хладон 12, хладон 22 и аммиак. Хладон поступает в торговые предприятия в металлических баллонах, окрашенных в алюминиевый цвет и имеющих условную маркировку R12 или R22.

4. Типы и устройства холодильников

Типы холодильников и их особенности

По назначению различают производственные, заготовительные, распределительные, базисные, перевалочные, торговые, а также транспортные холодильники.

Производственные холодильники. Их обычно строят при пищевых предприятиях (мясокомбинатах, рыбоперерабатывающих заводах, молочных заводах и т.п.). Производственные холодильники предназначены для первичной холодильной обработки (охлаждения, замораживания), а также для кратковременного (10 - 20 дней) хранения сырья и готовой продукции.

Особенность этих холодильников - большая производительность устройств для охлаждения и замораживания готовой продукции и сравнительно небольшая емкость для хранения продуктов. Наиболее распространены производственные холодильники емкостью 500 - 5000 т с производительностью морозильных камер 20 - 100 т в сутки.

Заготовительные холодильники. В холодильниках, сооружаемых в районах заготовки пищевых продуктов (яиц, фруктов), осуществляют сортировку, первичную холодильную обработку (охлаждение и замораживание), а также непродолжительное (10-20 дней) хранение продуктов до отправки в районы потребления.

Заготовительные холодильники так же, как и производственные, оснащены мощными холодильными установками. Они являются первым звеном непрерывной холодильной цепи.

Распределительные холодильники. Холодильники предназначены для равномерного снабжения населения продуктами питания в течение всего года. Их размещают в городах и промышленных центрах. В сезон заготовок на распределительном холодильнике создают резервные запасы продуктов. На распределительные холодильники продукты поступают с производственных и заготовительных холодильников в охлажденном и замороженном видах. Поэтому на распределительных холодильниках в основном только хранят охлажденные и замороженные грузы. Продукты хранятся в течение длительного времени (до 3-6 мес. и более). Для грузов, отеплившихся в пути, предусматривают небольшие камеры для доохлаждения и домораживания. Емкость распределительных холодильников 500-15 000 т, а в отдельных случаях - 30 000-35 000 т.

Распределительные холодильники бывают универсальные и специализированные (для мяса, рыбы, фруктов и т.п.). В состав распределительных холодильников часто входят цехи по производству мороженого, водного и сухого льда, цехи для фасовки и замораживания фруктов и овощей, а также для фасовки масла, мяса и других продуктов. Такие предприятия называют хладокомбинатами.

Кроме распределительных холодильников существуют так называемые базисные холодильники емкостью 2000-15000 т, предназначенные для длительного хранения охлажденных и замороженных продовольственных грузов.

Перевалочные холодильники. Они предназначены для кратковременного хранения продуктов в местах их перегрузки (перевалки) с транспорта одного вида на другой. Их строят в морских и речных портах, в узлах шоссейных и железных дорог. Характерным примером перевалочных холодильников являются портовые холодильники. Часто портовые холодильники выполняют функции распределительных холодильников для того района (города), в котором они расположены.

Торговые холодильники. Для кратковременного хранения продуктов, поступающих в торговую сеть, предназначены торговые холодильники. Продукты на такие холодильники поступают с распределительных холодильников. Различают холодильники продовольственных баз емкостью 10-500 т и предприятий торговли и общественного питания (магазинов, столовых, ресторанов, кафе) емкостью до 10 т.

Продолжительность хранения продуктов на холодильниках продовольственных баз до 10-20 дней. В холодильниках предприятий торговли и общественного питания создают запасы продуктов на 1-5 дней. В них хранят продукты в широком ассортименте, но сравнительно в небольшом количестве.

Транспортные холодильники. Они предназначены для перевозок охлажденных и замороженных пищевых продуктов железнодорожным, автомобильным и водным холодильным транспортом. К нему относят вагоны, секции и поезда-холодильники (рефрижераторные вагоны, секции и поезда), автомобили-холодильники (авторефрижераторы) и суда-холодильники (суда-рефрижераторы). В отдельных случаях транспортные холодильники используют как заготовительные и производственные.

Основным показателем, характеризующим холодильник, является его емкость.

Емкость холодильника характеризуется массой груза в тоннах, которую одновременно можно хранить в камерах холодильника.

В зависимости от объемной массы груза, его упаковки и способа укладки разные продукты занимают разный объем и площадь. Так, в 1 м3 грузового объема холодильной камеры мороженого мяса, уложенного в штабель, размещается 0,3-0,45 т, а масла, упакованного в ящики или бочки, - 0,54-0,65 т. Для размещения одного и того же количества требуются размеры камер для мороженого мяса в 1,5-1,8 раза больше, чем размеры камер для масла.

Поэтому, чтобы по емкости можно было судить о размерах холодильника, емкость принято выражать условной емкостью.

Условной емкостью называют массу груза, которую можно одновременно поместить в камерах холодильника, если бы они были загружены одним мороженым мясом I категории стандартной разделки в четвертинах (норма загрузки 1 м3 0,35 т).

По емкости в условных тоннах различают следующие группы холодильников: мелкие (до 10 т), малые (до 500 т), средние (до 5000 т), крупные (свыше 5000 т).

Размеры домашних холодильников характеризуются внутренним объемом шкафа в литрах. Емкость выпускаемых домашних холодильников 80-240 л.

В камерах средних и крупных холодильников рекомендуется поддерживать следующие температуры: - 30-35° С в морозильных камерах, - 20° С в камерах хранения мороженых грузов и около 0° С в камерах охлаждения и хранения охлажденных грузов. В небольших холодильниках, где продолжительность хранения грузов, как правило, меньше, температура хранения мороженых грузов может быть несколько выше (-12-^--15°С). В холодильниках торговых предприятий, предназначенных для краткосрочного хранения продуктов перед реализацией, температуры в камерах поддерживаются около 0° С.

Ограждения холодильников имеют такую конструкцию, которая препятствует проникновению тепла и влаги в помещения, где температура ниже температуры окружающей среды. В состав всех внешних ограждений (стен, полов, потолков) введены слои эффективных тепло - и влагоизоляционных материалов. Все охлаждаемые помещения устраивают без окон.

По объемно-планировочным решениям холодильники разделяют на одно- и многоэтажные.

Одноэтажные холодильники. Эти холодильники (рис.1 в приложениях) имеют сравнительно простую строительную конструкцию, так как основная нагрузка (от продуктов) передается непосредственно на грунт, колонны же воспринимают сравнительно небольшую нагрузку, создаваемую верхним покрытием и продуктами, расположенными на подвесных путях. Это позволяет увеличить норму нагрузки на 1 м2 площади пола до 5000 кг, а следовательно, и высоту камер.

В настоящее время в России строят одноэтажные холодильники высотой 4,8-6 м до низа балки покрытия. Применяя более совершенные механизмы по укладке грузов, высоту камер одноэтажных холодильников можно увеличить до 7-9 м. За рубежом имеются одноэтажные холодильники высотой 8-10 м.

В мелких холодильниках, где осуществляются небольшие грузовые операции, высота камер 3-4 м.

Стены холодильника самонесущие или подвесные. Они, кроме собственной массы, дополнительной нагрузки не воспринимают. Стены выполняются из сборных железобетонных плит, кирпича или из профилированных металлических листов с тепловой изоляцией и опираются на самостоятельный фундамент или на фундаментную балку, уложенную на выступы фундаментов колонн. Используя профилированные металлические листы, стены и перегородки выполняют подвесными (они навешиваются на колонны).

Пол холодильника поднят над уровнем головки железнодорожного рельса на высоту 1,4 м. Под низкотемпературными камерами одноэтажных холодильников - грунт искусственно подогревают, чтобы исключить его промерзание и вспучивание. В отдельных случаях одноэтажные холодильники строят с подвалами, где поддерживают температуру не ниже 0° С. Покрытия холодильников плоские с тепловой изоляцией. Наружные ограждения (стены, пол, потолок) холодильников имеют непрерывный слой тепловой изоляции.

Преимущества одноэтажных холодильников - большой фронт грузовых работ и возможность рационального использования комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ. Наиболее целесообразно применять одноэтажные холодильники для хранения затаренных и пакетированных продуктов. Недостатки одноэтажных холодильников - большая занимаемая площадь земельного участка и большая поверхность наружных ограждений (особенно покрытия), увеличивающих теплопритоки. Применяя совершенные средства механизации по укладке грузов, можно увеличить высоту здания и уменьшить занимаемую площадь, а также поверхность ограждений. Многоэтажные холодильники. Такие холодильники (рис.2 в приложениях) строят 5-6-этажными с подвалами и без них.

Здание многоэтажного холодильника представляет собой : железобетонный каркас, состоящий из колонн, междуэтажных перекрытий и покрытия. Снаружи каркас закрывается самонесущими стенами и непрерывным слоем тепловой изоляции по всему наружному контуру. Нагрузка, создаваемая продуктами и железобетонными перекрытиями, воспринимается только колоннами и через фундаменты передается грунту. Высота этажей (от пола нижнего этажа до пола следующего этажа) 4,8-5,4-6,0 м и подвального этажа не менее 3,6 м. Расчетная полезная нагрузка на многоэтажные перекрытия 2000-3000 кгс/м2.

От уровня головки рельса пол первого этажа поднят на 1,4 м. В многоэтажных холодильниках на устройство междуэтажных перекрытий дополнительно расходуется бетон, и продолжительность строительства их увеличивается.

Стоимость общестроительных работ многоэтажного холодильника больше, чем одноэтажного. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается одноэтажным холодильникам, которые проектируются емкостью до 10 000 условных тонн.

Свыше 10 000 условных тонн холодильники проектируются многоэтажными.

Устройство холодильника.

Упрощенно представляя, холодильник состоит из изотермического шкафа и электрического оборудования (холодильного агрегата).

Корпус.

Корпус является несущей конструкцией, поэтому должен быть достаточно жестким. Его изготавливают из листовой стали толщиной 0,6-0,1 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфатируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью МЛ-12-01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле. Поверхность сервировочного столика, если таковой имеется, покрывают полиэфирным лаком.

В последнее время для изготовления корпуса холодильника все чаще применяют ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холодильного прибора.

Внутренние шкафы холодильников.

Металлические внутренние шкафы из стального листа толщиной 0,7 - 0,9 мм изготавливают методом штамповки и сварки и эмалируют горячим способом силикатно-титановой эмалью.

Пластмассовые камеры изготавливают из АБС-пластика или из ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования. АБС (акрилбутадиеновый стирол) обладает высокими механическими свойствами и стойкостью по отношению к хладону (фреону). Детали из АБС-пластика, покрытые хромом и никелем, широко применяются в декоративных целях. АБС-пластики отечественного производства по физико-механическим свойствам делятся на четыре группы:

· АБС-0903 средней ударной вязкости;

· АБС-1106Э, АБС-1308, АБС-1530, АБС-2020 повышенной ударной вязкости;

· АБС-2501К, АБС-2512Э, АБС-2802Э высокой ударной вязкости;

· АБС-0809Т, АБС-0804Т, АБС-1002Т повышенной теплостойкости.

АБС-пластики выпускаются в виде гранул диаметром не более 3 мм и длиной 4-5 мм или в виде порошка и перерабатываются литьем под давлением, выдуванием, термоформованием. Камеры у морозильников и камеры низкотемпературных отделений холодильников металлические - из алюминия или нержавеющей стали. Стальные камеры более долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника и требуют особых способов крепления к наружному корпусу для наиболее эффективной теплоизоляции от окружающей среды.

К преимуществам пластмассовых камер относятся технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. Однако такие камеры по сравнению с металлическими. В холодильниках с пластмассовыми камерами по периметру дверного проема не устанавливают накладки, закрывающие теплоизоляцию, так как роль накладок выполняют отбортованные края камеры.

Двери.

Изготовляют из стального листа толщиной 0,8 мм методом штамповки и сварки. В некоторых моделях холодильников двери изготовлены из древесностружечной плиты или ударопрочного полистирола.

Дверь холодильника состоит из наружной и внутренней панелей, теплоизоляции между ними и уплотнителя. Панели двери изготовляют из ударопрочного полистирола методом вакуум-формования. Толщина листа 2-3 мм. У большинства холодильников двери открываются слева направо. В всех современных холодильниках предусмотрена перенавеска двери, т.е. возможность открывания двери справа налево. У настенных холодильников дверь двухстворчатая.

Дверь холодильника должна плотно прилегать к дверному проему, иначе теплый воздух будет проникать в камеру. Для обеспечения герметичности внутреннюю сторону двери по всему периметру окантовывают магнитным уплотнителем разного профиля. В холодильниках старых конструкций применялись резиновые уплотнители баллонного типа.

Двери в закрытом положении удерживаются с помощью механических (чаще куркового типа) или магнитных затворов. Последние наиболее распространены. При их наличии ручку двери можно расположить на разной высоте, исходя из требований технической эстетики. Замена дверных петель специальными навесками, укрепляемыми сверху и снизу двери, уменьшает общие габариты холодильника при открывании двери, что важно при установке холодильников в углу помещений.

Теплоизоляция.

Теплоизоляцию применяют для защиты холодильной камеры от проникновения тепла окружающей среды и прокладывают по стенкам, верху и дну холодильного шкафа и холодильной камеры, а также под внутренней панелью двери. От теплоизоляционных материалов требуется, чтобы они обладали низким коэффициентом теплопроводности, небольшой объемной массой, малой гигроскопичностью, влагостойкостью, были огнестойкими, долговечными, дешевыми, биостойкими, не издавали запаха, а также были механически прочными. Для теплоизоляции шкафа и двери холодильников применяют штапельное стекловолокно МТ-35, МТХ-5, МТХ-8, минеральный войлок, пенополистирол ПСВ и ПСВ-С и пенополиуретан ППУ-309М.

Минеральный войлок изготовляют из минеральной ваты путем обработки ее растворами синтетических смол. Исходным сырьем для получения минеральной ваты служат минеральные породы (доломит, доломитоглинистый мергель), а также металлургические шлаки.

Стеклянный войлок - разновидность искусственного минерального войлока. Он состоит из тонких (толщина 10-12 мк) коротких стеклянных нитей, связанных синтетическими смолами. Теплоизоляция из стеклянного войлока и супертонкого волокна биостойка, не имеет запаха, обладает водоотталкивающим свойством, удобно и быстрее стареют, со временем теряют товарный вид, менее долговечны и менее прочны по укладывается и поэтому часто применяется.

Пенополистирол - синтетический теплоизоляционный материал. Он представляет собой легкую твердую пористую газонаполненную пластмассу с равномерно распределенными замкнутыми порами. Теплоизоляцию из пенополистирола получают вспениванием жидкого полистирола непосредственно в простенках холодильной камеры и корпуса шкафа холодильника.

Пенополиуретан - пенопласты мелкопористой жесткой структуры, полученные путем вспучивания полиуретановых смол с применением соответствующих катализаторов и эмульгаторов. Для повышения теплозащитных свойств в качестве вспучивающего газа применяют хладон-11 и др. Процесс пенообразования и затвердевания пены происходит в течение 10-15 мин при температуре до 5 °С. Пенополиуретан обладает малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности, влагостоек. Его можно вспенивать непосредственно в холодильном шкафу. При этом он равномерно и без воздушных полостей заполняет все пространство в простенках, хорошо склеивается со стенками, повышая прочность шкафа.

В зависимости от качества теплоизоляционных материалов толщина изоляции в стенках шкафа холодильника может быть от 30 до 70 мм, в двери - от 35 до 50 мм. Замена теплоизоляции из стекловолокна изоляцией из пенополиуретана позволяет при одних и тех же габаритах корпуса увеличить объем холодильника на 25%.

Затворы и уплотнители дверей.

Ранее в холодильниках применялись курковые и секторные затворы дверей. В современных холодильниках применяются магнитные запоры.

Магнитные затворы представляют собой эластичную магнитную вставку, помещенную в уплотнительный профиль на внутренней панели двери. При закрывании двери она плотно притягивается к металлическому корпусу. Исходным сырьем для получения магнитных материалов служит феррит бария ВаО в смеси с каучуками или поливиниловыми и другими смолами, придающими ему гибкость. Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в магнитном поле.

Притягивая уплотнитель к шкафу по всему периметру, магнитный затвор обеспечивает хорошее уплотнение и в то же время не требует усилий для открывания двери, которое необходимо проверять динамометром с погрешностью +1 Н. Динамометр прикрепляют к ручке на расстоянии, наиболее отдаленном от шарниров. Усилие при этом должно быть направлено перпендикулярно плоскости двери.

Для дверных уплотнителей в холодильниках с курковыми и секторными затворами применяют пищевую резину, с магнитными затворами - поливинилхлоридные и полихлорвиниловые уплотнители с магнитной вставкой и магнитные уплотнители с дополнительными удерживателями. В холодильниках с механическим затвором плотное закрывание двери достигается благодаря сжатию профиля резинового уплотнителя.

В холодильниках с магнитным затвором уплотнитель притягивается к шкафу силой притяжения магнита, при этом профиль уплотнителя растягивается. Уплотнитель имеет два баллона. Баллон прямоугольного сечения, в котором находится магнитная вставка, прижимается передней плоскостью к шкафу. Толщина стенки баллона существенно влияет на силу притяжения уплотнителя и не превышает 0,45 мм. Баллон "гармошка" служит для компенсации небольшого свободного хода двери. В свободном состоянии уплотнителя "гармошка" несколько сжата и при отходе двери растягивается, препятствуя отрыву уплотнителя от шкафа. Для эффективной работы профиль баллона "гармошка" имеет небольшое сопротивление растяжению, что обеспечивается тонкими стенками баллона, а также соответствующей конфигурацией его.

Магнитные вставки узлов уплотнения делают прямоугольного сечения. Их изготовляют из эластичных многокомпонентных ферритонаполненных композиций. Улучшить магнитные, физико-химические и термомеханические свойства, а также технико-экономические показатели магнитных эластичных вставок стало возможным благодаря использованию новых полимерных композиций на основе сополимеров ЭВА.

Уплотнение двери следует проверять, не включая холодильник в сеть. Бумажная полоска шириной 50 мм и толщиной 0,08 мм, заложенная между уплотнителем двери и закрываемой поверхностью шкафа, ни в одном месте не должна свободно перемещаться.

Электрическое оборудование холодильников.

К электрическому оборудованию бытовых холодильников относятся следующие приборы:

* электрические нагреватели: для обогрева генератора в абсорбционных холодильных агрегатах; для предохранения дверного проема низкотемпературной (морозильной) камеры от выпадения конденсата (запотевания) на стенках; для обогрева испарителя при полуавтоматическом и автоматическом удалении снежного покрова;

* электродвигатель компрессора (это относится к компрессионным холодильникам);

* проходные герметичные контакты для соединения обмоток электродвигателя с внешней электропроводкой холодильника через стенку кожуха мотора компрессора;

* осветительная аппаратура, предназначенная для освещения холодильной камеры;

* вентиляторы: для обдува конденсатора холодильного агрегата воздухом (при использовании в холодильниках конденсаторов с принудительным охлаждением) и для принудительной циркуляции воздуха в камерах холодильников.

К приборам автоматики бытовых холодильников относятся:

* датчики-реле температуры (терморегуляторы) для поддержания заданной температуры в холодильной или низкотемпературной камере бытовых холодильников;

* пусковое реле для автоматического включения пусковой обмотки электродвигателя при запуске;

* защитное реле для предохранения обмоток электродвигателя от токов перегрузки;

* приборы автоматики для удаления снежного покрова со стенок испарителя.

Машинное получение холода

Машинное охлаждение - способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента, кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела или среды необходимой для этого теплоты парообразования.

Для последующей конденсации паров хладагента требуется предварительное повышение их давления и температуры.

В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа. При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе основана работа воздушных холодильных машин.

Охлаждение путем расширения сжатого газа, в частности воздуха, отлично от всех способов охлаждения. Воздух при этом не меняет своего агрегатного состояния, как лед, смеси и хладон, он только нагревается, воспринимая теплоту окружающей среды (от охлаждаемого тела).

Широкое применение машинного охлаждения в торговле объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ. Стабильный и легко регулируемый температурный режим, автоматическое действие холодильной машины без больших затрат труда на техническое обслуживание, лучшие санитарно-гигиенические условия хранения продуктов, компактность и общая экономичность определяют целесообразность применения машинного охлаждения.

На предприятиях оптовой и розничной торговли используют в основном паровые холодильные машины, действие которых основано на кипении при низких температурах специальных рабочих веществ - хладагентов.

Паровые холодильные машины подразделяют на компрессионные, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрессоре с затратой механической энергии, и абсорбционные, в которых пары хладагента поглощаются абсорбентом.

Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Компрессионная холодильная машина (рис. 3в приложениях) состоит из следующих основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, терморегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.

Испаритель - охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней при низкой температуре хладагента. В зависимости от вида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.

Компрессор предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.

Конденсатор - теплообменный аппарат, служащий для сжижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных оребренных труб Естественное воздушное охлаждение применяется, только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников. Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозмеевиковые и кожухотрубные.

Ресивер - резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.

Фильтр состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хлад агента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки их при изготовлении монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой - на всасывающей линии компрессора.

Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин, во всасывающую полость компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.

От правильной регулировки терморегулирующего вентиля во многом зависит экономичность работы холодильном машины. Избыток жидкого хладона в испарителе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникновению гидравлического удара. При недостаточном заполнении испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима работы машины и понижению температуры испарения хладагента.

Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора низкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах необходимо, чтобы холодопроизводительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. Поэтому в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.

Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм. (норма 6 - 8 атм.) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.

Работа холодильной машины происходит следующим образом.

Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.

Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси (песок, окалина и др.).

Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое отверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.

Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем: при выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты, и машина не вступит в работу.

С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.

Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока, кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается.

Твердая углекислота (сухой лед)

«Сухой лёд» -- твёрдая двуокись углерода (CO2), при обычных условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) переходящая в парообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Температура сублимации при нормальном давлении -- минус 78,5? С. Технический «сухой лёд» имеет плотность около 1560 кг/мі, при возгонке поглощает около 590 кДж/кг (140 ккал/кг) теплоты.

ГОСТ 12162-77: Сухой лёд (диоксид углерода) -- низкотемпературный продукт, получаемый из жидкой или газообразной двуокиси углерода. Нетоксичен, не проводит электричество. Цвет -- белый.

Области применения сухого льда в пищевой промышленности:

· охлаждение пищевых продуктов при их транспортировке и хранении, в том числе с использованием пневмотранспорта для автоматической подачи гранул в охлаждаемое пространство;

· контактная заморозка пищевых продуктов животного и растительного происхождения.

Сухой лед востребован в пищевой промышленности благодаря следующим преимуществам: