WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук

(ГНУ ВНИХИ Россельхозакадемии) Белозеров Георгий Автономович Научно-практические аспекты развития холодильно-технологической цепи обработки, хранения и транспортирования пищевых продуктов животного происхождения Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва 2012

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИХИ Россельхозакадемии).

Научный консультант:

академик Россельхозакадемии, доктор технических наук, профессор Панфилов Виктор Александрович

Официальные оппоненты:

академик Россельхозакадемии, доктор технических наук, профессор Ивашов Валентин Иванович;

доктор технических наук, профессор Выгодин Вячеслав Александрович;

доктор технических наук, профессор Эрлихман Владимир Наумович

Ведущая организация:

Государственное научное учреждение Всероссийский научноисследовательский институт птицеперерабатывающей промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук.

Защита состоится 15 мая 2012 года в 13 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИМП Россельхозакадемии) по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат размещен на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации ……………..

…………..2012 года, разослан ………………2012года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации предусматривается существенный прирост отечественной продовольственной продукции, в том числе животного происхождения. Однако эти усилия могут не принести ожидаемых результатов, если не будет построена надежная система хранения и транспортирования продукции на всех этапах ее продвижения от производства до потребления.

Холодильные технологии хранения пищевых продуктов животного происхождения в настоящее время являются доминирующими и в ближайшие годы получат дальнейшее развитие, так как позволяют наилучшим способом сохранить их нативные свойства, обеспечить длительное хранение и доставку практически на любые расстояния при наличии правильно организованной холодильной инфраструктуры – холодильной цепи (ХЦ).

В отличие от развитых зарубежных стран, в России процесс становления ХЦ протекает в силу разных причин более медленно, в том числе из-за разрозненности нормативной базы, несовершенства технологий холодильной обработки и хранения, дефицита требуемого холодильного оборудования и ведомственной разобщенности.

До настоящего времени ХЦ рассматривалась в основном как количественная совокупность технических средств, предназначенных для сохранения продукции, теоретические и экспериментальные исследования в основном носят фрагментарный характер и направлены на совершенствование отдельных процессов и отдельных видов оборудования. При этом недостаточно внимания уделяется качеству процесса формирования охлаждающих сред, которые предопределяют термическое состояние пищевого продукта в холодильной цепи.

Отсутствие системного подхода к развитию ХЦ как сложного технологического комплекса, включающего самостоятельные взаимовлияющие процессы обработки продукции холодом, процессы производства и транспортирования охлаждающих сред к продукту, а также недостаток теоретических и практических исследований о закономерностях связей между параметрами процессов, протекающих в холодильно-технологических системах, предопределили необходимость научных изысканий в этом направлении.

Теоретические и экспериментальные исследования по указанным проблемам выполнялись при непосредственном участии автора в ГНУ ВНИИ холодильной промышленности Россельхозакадемии в рамках Федеральных научно-технических целевых программ:

- «Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006 – 2010 гг.»;

- «Развитие гражданской морской техники на 2009 – 2016 гг.»;

- «Национальная система химической и биологической безопасности РФ на 2009 – 2013 гг.».

Исходной теоретической базой выполненных исследований явились труды отечественной школы ученых: Б.С. Бабакина, А.В. Бараненко, О.В. Большакова, Н.А. Головкина, В.В. Гущина, М.А. Дибирасулаева, А.Б. Лисыцина, Н.М. Медниковой, В.А. Панфилова, И.А Рогова, Д.Г. Рютова, В.М. Стефановского, Н.Н. Тертерова, С.И. Хвыли, Г.Б. Чижова, И.Г. Чумака, Н.С. Шишкиной, В.Н. Эрлихмана и других исследователей. Учтены работы зарубежных ученых: E. Derens, St. James, A. Fikiin, T. Labuza, W. Spiess, P. Taoukis, J. Evans.

Целью настоящей работы является разработка научно-практических основ формирования холодильно-технологических систем обработки и хранения пищевых продуктов животного происхождения в элементах холодильной цепи.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решались следующие задачи:

- провести анализ температурных режимов хранения продукции в существующих промышленных холодильниках, в холодильном транспорте и в торговом холодильном оборудовании с различными системами производства и распределения охлаждающих сред;

- выполнить анализ холодильной цепи как технологического комплекса взаимодействующих холодильно-технологических систем обработки и хранения пищевых продуктов и исследовать в них взаимодействие пищевых продуктов и охлаждающих сред как основных объектов;

- раскрыть закономерности организации, строения и функционирования холодильной цепи;

- провести теоретические и экспериментальные исследования процессов охлаждения упакованных и неупакованных пищевых продуктов с помощью воздушных и водо-ледяных охлаждающих сред с позиций подготовки продукции для последующего холодильного хранения;

- исследовать влияние эксплуатационных теплопритоков в холодильных камерах на изменение температуры охлаждающих сред и пищевого продукта на примере хранения мяса при близкриоскопических температурах;

- исследовать влияние упаковочных материалов на стабилизацию температуры продукта при хранении в холодильной камере с колебаниями температуры охлаждающей среды, превышающими допустимый уровень отклонений температуры продукта от нормируемых значений;

- разработать аппаратурно-технологические решения и конструкции холодильно-технологического оборудования, обеспечивающие повышение эффективности производства и формирования охлаждающих сред, а также способы обеспечения промышленной и экологической безопасности холодильных систем;

- сформулировать основные направления совершенствования холодильной цепи и ее отдельных элементов.

Научная концепция. Анализ элементов и взаимосвязей холодильной цепи как компонентов технологической системы и научно обоснованное формирование охлаждающих сред для обеспечения заданных показателей качества пищевых продуктов при их холодильной обработке и хранении.

Научные положения, выносимые на защиту:

- разработанные принципы организации и функционирования холодильной цепи как системного технологического комплекса взаимодействия охлаждающих сред и пищевых продуктов в холодильно-технологических системах обработки и хранения;

- закономерности тепломассопереноса при охлаждении продуктов животного происхождения с использованием газообразных и водо-ледяных охлаждающих сред с учетом особенностей взаимодействующих объектов;

- физическая и математическая модели процесса доохлаждения пищевого продукта, поступающего на холодильное хранение, с учетом воздействия эксплуатационных теплопритоков;

- метод стабилизации температуры пищевых продуктов в процессах хранения и транспортирования при нестационарных значениях внешних теплопритоков за счет применения упаковочных материалов.

Научная новизна:

- предложен новый научный подход к формированию и изучению холодильной цепи в виде системного комплекса взаимодействующих холодильно-технологических систем, обеспечивающих холодильную обработку и последующее хранение продукции на этапах продвижения ее до потребителя;

- установлены закономерности строения холодильной цепи, разработаны принципы ее организации и функционирования, а также введен показатель, характеризующий качество процесса формирования охлаждающих сред в холодильных камерах хранения продуктов, основанный на сопряжении допусков температурных колебаний пищевых продуктов и температурной нестабильности охлаждающих сред в камере;

- теоретически и экспериментально обоснованы рациональные параметры процессов охлаждения пищевых продуктов с применением воздушной и водоледяной охлаждающих сред;

- научно обоснованы и экспериментально подтверждены физическая и математическая модели процесса доохлаждения упакованного пищевого продукта, поступающего на холодильное хранение, с учетом воздействия эксплуатационных теплопритоков;

- установлены и математически описаны закономерности взаимодействия в холодильной камере пищевого продукта в теплоизоляционной упаковке и охлаждающей среды с переменными значениями температуры.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на конгрессах Международного института холода (МИХ): Пекин, 2007 г. и Прага, 2011 г.; на международных конференциях МИХ: Братислава, 2007 г. и Охрид, 2008 г.; на российских и международных конференциях и семинарах: Углич, 2000 – 2011 гг.; Астрахань, 1999 г.; Волгоград, 2007 и 2010 гг.; СанктПетербург, 2008 г.; Москва, 2006 – 2011 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 72 работы, в том числе авторских свидетельств и патентов 13, в соавторстве отдельных изданий – 5, из них 1 учебное пособие с грифом УМО вузов РФ, в журналах, рекомендованных ВАК – 21.

Практическая значимость работы:

- обоснованные принципы организации и функционирования холодильной цепи являются базовыми положениями при разработке нормативных документов на производство и оборот продукции с использованием холодильных технологий;

- разработаны новые ресурсосберегающие технологии охлаждения свинины различных качественных групп, а также горячих неупакованных варено-копченых изделий из свинины (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2009139994/13). Технологии апробированы на ОАО «Мясокомбинат Клинский»;

- разработаны способ и техническое устройство, защищенные а.с.

(1147904 и 1186908), для быстрого охлаждения готовых блюд и полуфабрикатов. Шкафы интенсивного охлаждения освоены в производстве на предприятии «Марихолодмаш», г. Йошкар-Ола;

- разработанная технологическая инструкция по охлаждению рыбы бинарным льдом и предложенные технические решения по его получению использованы ЦНИИ «Курс» при разработке конструкторской документации на изготовление опытного образца промышленной установки по производству бинарного льда;

- предложенные технические решения по совершенствованию торгового холодильного оборудования, защищенные а.с. (20014, 20013, 20066, 1171653, 1564479, 1383063), использованы при разработке конструкторской документации на изготовление холодильных шкафов, сборных камер, прилавков и витрин (12 наименований), освоенных в производстве на предприятиях «Марихолодмаш», г.Йошкар-Ола, ОАО «Гран», г.Волжск, и Люберецком ЗТМ;

- разработанные исходные требования на создание параметрического ряда малоаммиакоемких, безопасных в эксплуатации холодильных машин для предприятий АПК (4 наименования) использованы ОАО «ВНИИхолодмаш- холдинг» при разработке конструкторской документации на изготовление опытных образцов машин МКТ-400 и МКТД-200;

- разработаны научно-методические рекомендации по применению хладоносителей в холодильных системах предприятий АПК, используемые проектными организациями и сервисными службами по холодильной технике;

- материалы исследований в части требований к безопасной эксплуатации холодильных установок использованы при разработке «Правил устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок», утвержденных Госгортехнадзором РФ от 30.06.1998 г. и межотраслевых «Правил по охране труда при эксплуатации фреоновых холодильных установок», утвержденных Минсоцразвития РФ от 22.12.2000 г.;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе вузов по специальностям: 140504 – «Холодильная и криогенная техника и кондиционирование воздуха», 190603 – «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» и по направлению 140500 – «Энергомашиностроение» для подготовки бакалавров и магистров.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы (308 работ отечественных и зарубежных авторов) и приложений. Работа изложена на 296 страницах машинописного текста, содержит 38 таблиц, 67 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель исследований, представлены научная концепция, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. Анализ современного состояния холодильнотехнологических систем обработки, хранения и транспортирования пищевых продуктов животного происхождения в составе холодильной цепи Обобщены и систематизированы литературные данные отечественных и зарубежных авторов по исследованию строения и функционирования холодильных цепей, установлено, что теоретическая база для оценки эффективности цепи как технологической системы крайне ограничена и совершенствование ХЦ в основном носит локальный характер, касающийся повышения эффективности отдельных элементов цепи, процессов и оборудования.

Установлено, что из-за ведомственной разобщенности в нормативной документации отсутствуют единые требования, регламентирующие и взаимоувязывающие условия хранения продукции в различных элементах холодильной цепи, что приводит к снижению качества продуктов. Отмечено, что применяемые технические средства для хранения в промышленных условиях, при транспортировании и реализации продукции в торговле как элементы холодильной цепи существенно отличаются по техническому уровню и не в состоянии реализовать многие перспективные технологии хранения продуктов, требующих высокоточного поддержания температур охлаждающих сред в холодильных камерах. Наибольшую сложность представляет обеспечение температурных режимов хранения охлажденной и подмороженной продукции, требующей в отличие от замороженной продукции ограничения как верхней, так и нижней температурных границ.

Обоснована необходимость комплексного подхода к исследованию холодильной цепи с позиций системного развития и комплексного учета взаимосвязи между физико-химическими показателями пищевых продуктов, параметрами охлаждающих сред и характеристиками холодильных систем в процессах холодильной обработки и хранения.

Сформулированы задачи исследований, общая схема выполнения которых представлена на рис.1.

Объектами исследований являются охлаждающие среды, пищевые продукты и технические средства в различных элементах ХЦ.

При выполнении работы использовались расчетно-аналитические методы исследований, применены методы математического моделирования, статистической обработки экспериментальных данных с использованием специализированных компьютерных программ. Для определения теплофизических параметров охлаждающих сред и физико-химического контроля охлаждаемых продуктов применяли известные методы.

Экспериментальная часть работы выполнена в лабораториях ВНИХИ и производственных условиях предприятий отрасли.

Достоверность полученных данных обеспечивалась применением аттестованных измерительных средств, апробированных методик измерения и высокой повторяемостью полученных результатов.

Научное обоснование формирования охлаждающих сред в элементах холодильной цепи (по видам, параметрам, степени адаптации к пищевому продукту) Анализ современного состояния холодильно-технологических систем (ХТС) холодильной обработки и хранения пищевых продуктов в составе холодильной цепи Формулировка цели и задач исследования на основе концепции комплексного учета взаимосвязи между показателями пищевых продуктов и параметрами охлаждающих сред Установление взаимосвязи охлаждающих сред и пищевых продуктов в ХТС Разработка принципов строения и функционирования холодильной цепи как технологического комплекса Теоретические и экспериментальные исследования процессов и оборудования в ХТС холодиль- в ХТС ной обработки хранения в системах производства холода и пищевых пищевых формирования охлаждающих сред продуктов продуктов Практическая реализация результатов исследований Рис. 1. Общая схема исследований.

охлаждение мяса охлаждение рыбы охлаждение мясопродуктов параметры охлаждающих сред и показатели пищевых продуктов природные холодильные агенты и хладоносители промышленные холодильники авторефрижераторный транспорт эффективность выработки холода промышленная и экологическая безопасность торговое холодильное оборудование научные рекомендации по совершенствованию ХТС новые технологии охлаждения пищевых продуктов новое холодильное и технологическое оборудование нормативная и техническая документация материалы для учебного процесса подготовки кадров Глава 2. Исследование холодильной цепи как технологической системы Отличительная особенность холодильных технологий хранения от других заключается в том, что продукты с помощью холода переводят в охлажденное или замороженное состояние и после этого для их хранения должны быть обеспечены адекватные их термическому состоянию температурные условия по всему последующему жизненному циклу.

Исходя из положений общей теории систем ХЦ представлена в виде технологической системы движения продукции от производителя до потребителя, обеспечивающей криостабильное состояние продукта в каждом из элементов цепи.

Рассматривая ХЦ с позиций целостности, установлено, что им присущи характерные признаки сложных систем в части требований к строению, структуре и целям функционирования и их качество как технологических систем можно оценить количественно.

Для исследования ХЦ как технологической системы разработана ее операторная модель, представленная на рис 2.

Установлено, что ХЦ представляет собой системный, межотраслевой организационно-технологический комплекс из однотипных элементов, обеспечивающий условия холодильного хранения при производстве и распределении продуктов питания и состоящий из двух самостоятельных сложных холодильно-технологических систем (ХТС):

- ХТС1 – технологическая система подготовки продукции к хранению;

- ХТС2 – технологическая система хранения продукта, включающая хранение в производственных и распределительных холодильниках, при транспортировании, в холодильниках предприятий торговли и в быту.

Каждая из ХТС включает подсистемы, реализующие в каждом из элементов холодильной цепи операции: загрузки и размещения продукта в холодильных камерах; холодильной обработки или криостатирования при заданных температурных режимах; выгрузки из холодильных камер, из транспортного средства или торгового холодильного оборудования, а также подсистемы производства и транспортирования охлаждающих сред. Учитывая, что процессы хранения продукта в каждой из подсистем носят периодический характер, должны быть минимизированы по времени операции по его загрузке и выгрузке, в связи с недостаточной обеспеченностью межоперационного периода требуемыми температурными условиями холодильного хранения.

ХЦ Рис.2. Операторная модель холодильной цепи.

11 Холодильные цепи как технологические системы относятся к детерминировано-стохастическим системам, в которых не могут быть проведены строгие исследования по оценке качества их функционирования.

Такое обследование может быть осуществлено в промышленных условиях в виде диагностики элементов системы и расчета стабильности каждой из подсистем и уровня целостности системы в целом. Для оценки качества функционирования существующих холодильных цепей на базе операторной модели (рис.2) рассмотрена производственная часть ХЦ, состоящая из подсистем «F2, E2, D2, С2, В2» и включающая совокупность следующих шести элементов цепи: «производственный холодильник – охлаждаемый автотранспорт – распределительный холодильник – охлаждаемый автотранспорт – холодильник магазина – торговая витрина магазина», обеспечивающая передачу покупателю продукции с показателями качества, декларированными производителем. В качестве исходных данных при расчете стабильности отдельных элементов и уровня целостности всей цепи использовались экспериментальные данные измерений термического состояния продуктов на выходе из элементов ХЦ, представленные в виде соотношения количеств образцов продукции в партии, соответствующих и не соответствующих нормативным значениям температуры хранения.

Стабильность каждого из элементов цепи и уровень целостности всей системы оценивались по методике, предложенной академиком РАСХН В.А. Панфиловым.

Стабильность отдельного элемента для двух возможных состояний процесса оценивали по выражению:

Hmax Hi i , где (1) Hmax Hmax – максимальное значение энтропии, равное 1 для бинарной системы при полной неопределенности возможного исхода.

i – стабильность подсистемы или элемента системы представляет собой безразмерную величину, характеризующую степень приближения совершенства этой подсистемы или элемента к идеальному, в котором i = 1.

Уровень целостности системы рассчитан по выражению:

аbс…i = а + b + с +… i - (i - 1). (2) В качестве исходных данных для расчета стабильности отдельных элементов системы были использованы результаты исследований термического состояния пищевых продуктов при хранении в отдельных промышленных холодильниках, авторефрижераторах и торговом холодильном оборудовании в г. Москве, выполненных ВНИХИ, и экспертные данные специалистов (табл.1).

Таблица Количество образцов продукции, соответствующих условиям хранения в элементах холодильной цепи Элементы холодильной цепи Производ- РаспредеАвторе- Холоди- Холоди ственный лительный фриже- льник льная холодиль- холодиратор магазина витрина ник льник Доля образцов продукции соответствовала при хранении требо- ваниям НД, % 69,0 80,0 98,0 81,0 60,Уровень стабильности, i 0,15 0,28 0,86 0,31 0,Уровень целостности ХЦ, рассчитанный по формуле (2) составил:

В2...F2 = 0,15+0,28+0,86+0,28+0,31+0,05 -5 = -3,02.

Полученные данные показывают, что уровень целостности существующей холодильной цепи В2...F2 < 0 и она не способна обеспечить требуемые условия хранения всего объема продукции. В производственной части ХЦ наибольшее влияние на понижение уровня целостности оказывают подсистемы, связанные с хранением продукции в холодильных витринах предприятий торговли, уровень стабильности в которых в 3 раза ниже, чем в производственных и в 17 раз ниже, чем в распределительных холодильниках.

По предложенной методике были обработаны и результаты мониторинга условий хранения продукции в отдельных элементах холодильной цепи Франции (E. Derens, B. Palagos, M. Cornu, J. Guilpart, 2007, Beijing, P.R. China, Paper ID: ICR07-C2-113), как наиболее масштабные из зарубежных исследований, которые также подтвердили низкий уровень стабильности подсистемы хранения продукции в предприятиях торговли.

Полученные данные свидетельствуют о том, что совершенствованию, в первую очередь, подлежат технологии хранения в торговых холодильных витринах и прилавках, но при этом требуют повышения стабильности и другие элементы холодильной цепи – производственные холодильники и хладотранспорт. Для решения поставленных задач и установления механизма управления термическим состоянием продукта при хранении необходимо определить межэлементные связи в холодильной цепи, взаимосвязь между продуктом, охлаждающей средой и способами ее производства. Учитывая межотраслевой характер ХЦ, повышение эффективности ее функционирования связано с созданием комплекта взаимоувязанных национальных стандартов, регламентирующих требования к условиям холодильного хранения и транспортирования пищевой продукции в сопряженных отраслях, методы контроля параметров охлаждающих сред, и внедрением системы сертификации производства охлаждающих сред во всех элементах холодильной цепи.

Отмечено, что одним из главных показателей, характеризующих качество сформированных охлаждающих сред, является их температурная стабильность по грузовому объему холодильных камер, кузова охлаждаемого транспортного средства и торгового холодильного оборудования. На величину этого показателя, помимо различного рода теплопритоков, влияют конструктивные особенности ограждающих конструкций камер и применяемых систем производства и распределения охлаждающих сред.

Установлено, что для обеспечения заданного технологией качества процесса криостатирования продукта при хранении необходимо добиться сопряжения допусков на отклонение температур продукта от номинальных значений и величины неравномерности температур охлаждающих сред по объему камер хранения.

Для оценки технологической пригодности холодильных камер, транспортных охлаждаемых средств, торгового холодильного оборудования к реализации процессов хранения продукции с задаваемой точностью поддержания температурного уровня введен показатель Кад, оценивающий степень адекватности сформированных в них охлаждающих сред к процессу криостатирования продукта:

tпрод Кад , где (3) tкам tпрод – величина допуска на отклонение температуры продукта при хранении от номинального значения;

tкам – неравномерность температур охлаждающей среды по объему камеры хранения.

Подсистема может обеспечить качество процесса криостатирования продукта, при условии Кад 1.

На рис. 3. приведены обобщенные экспериментальные данные, показывающие величину температурной нестабильности охлаждающих сред в существующих промышленных холодильниках, в авторефрижераторном транспорте и в торговом холодильном оборудовании с различными системами охлаждения. Установлено, что для хранения продуктов с разрешенным диапазоном температур хранения от 0 °С до 6 °С (tпрод = 6 °С) показатель Кад 1 во всех видах оборудования с принудительной циркуляцией охлаждающих сред; с разрешенным диапазоном от 0 °С до 2 °С (tпрод = 2 °С) величина Кад 1 обеспечивается только в стационарных холодильниках и авторефрижераторах со специальными системами распределения воздуха; с разрешенным диапазоном от 0 °С до минус 1 °С (tпрод = 1 °С ) величина Кад обеспечивается только в стационарных холодильниках с тепло перехватывающими экранами. В других элементах цепи требуются дополнительные методы стабилизации температуры Требования СанПиН (охлажденные 7 продукты:

tпрод = 6 °С) Охлажденные продукты длительного хранения (tпрод = 2 °С) Стационарные Авторефрижераторы Торговое холодильное холодильники оборудование Рис. 3. Неравномерность температур охлаждающих сред в элементах холодильной цепи с различными системами производства и распределения охлаждающих сред.

*)- естественная циркуляция воздуха;

**)- принудительная циркуляция воздуха;

***)- принудительная циркуляция воздуха с дополнительной системой распределения.

Анализ операторной модели и исследование связей в технологическом комплексе позволил сформулировать следующие принципы организации, строения и функционирования непрерывной холодильной цепи:

1. Принцип достаточной холодильной обработки продукта перед поступлением на хранение: tпрод. обр. = tпрод. хр.

Направленное формирование охлаждающих сред при холодильной обработке должно обеспечивать на выходе из подсистемы заданные показатели безопасности, качества, а также температуру продукта, равную температуре его последующего хранения.

2. Принцип непрерывности температурно-влажностных режимов охлаждающих сред в элементах цепи:

tвых. i = tвх. (i+1) = tхр.; вых. i = вх. (i+1) = хр.

Во всех подсистемах должно быть обеспечено единство значений температуры tхр и относительной влажности хр охлаждающих сред и допусков на их возможные отклонения от заданных значений, при этом выходные параметры одной подсистемы должны служить входными параметрами последующей. Это требует обеспечения холодом и межоперационных переходов.

3. Принцип адекватности сформированных охлаждающих сред к заданным температурным показателям продукта при хранении: (Кад 1).

кам Воздушная система ** Витрины закрытые ** Машинная система ** Азотная система Шкафы ** Воздушная система *** Машинная система *** Специальное исполнение Витрины * Изотермический кузов Аккумуляционная система * Батарейная система * Витрины открытые ** Неравномерность температур охлаждающих сред t, °С Неравномерность температур охлаждающих сред по грузовому объему камер хранения, охлаждаемых транспортных средств не должна превышать допусков на отклонение температуры продуктов от номинальных значений.

4. Принцип обеспеченности пропускной способности грузопотока:

Gi = G(i+1) = … = Gn.

Должна быть обеспечена пропускная способность всех элементов цепи с учетом оборачиваемости холодильных емкостей.

5. Принцип прослеживаемости качества и сроков годности пищевого продукта и условий его хранения: (ХЦ годн.).

Суммарная продолжительность нахождения продукта в каждом из элементов и в холодильной цепи в целом не должна превышать его сроков годности.

6. Принцип единства методов контроля рабочих параметров охлаждающих сред и продукции в элементах холодильной цепи.

Применение единых методов контроля параметров охлаждающих сред и продуктов в элементах холодильной цепи.

7. Принцип обеспечения экологичности и безопасности пищевых продуктов и окружающей среды.

Использование охлаждающих сред, хладагентов и хладоносителей, исключающих вредное воздействие на продукт, и обеспечение требований промышленной и экологической безопасности холодильно-технологических систем.

Глава 3. Исследование взаимодействия охлаждающих сред и пищевых продуктов в холодильно-технологических системах охлаждения продукции Проведена классификация охлаждающих сред по способам производства и взаимодействия с пищевыми продуктами (рис. 4), показывающая, что одним из главных условий реализации современных технологий холодильной обработки является научное обоснование выбора охлаждающих сред, способов их производства, формирования и взаимодействия с пищевым продуктом.

Дальнейшее совершенствование процессов холодильной обработки связано с оптимизацией режимных параметров охлаждающих сред и сопряжением скоростей отвода теплоты от объекта и протекающих в нем физикохимических, биохимических, микробиологических и других процессов, снижающих качество продукции.

В работе изучено взаимодействие охлаждающих сред и пищевых продуктов на примере охлаждения мяса, рыбы и готовых к употреблению мясопродуктов.

Вид рабочей охлаждающей среды газообразная жидкая без жидкая с жидкая с насы- твердое твердое (воздух), изменения изменением частичным щенный тело с тело газожидкостная агрегатного агрегатного изменением пар изменением (охлаж(воздух с состояния состояния агрегатного агрегатного даемая периодическим (вода, (жидкий состояния состояния стенка, распылом растворы) азот) (бинарный (СО ) плита, воды) лед) среда) Способ получения охлаждающих сред с помощью за счет предваритель- природный холод за счет понижения холодильных машин ного их производства и (артезианская вода, давления (вакуумное доставки в пункт холодный воздух, охлаждение) использования (N, CO, замороженный 2 зероторы, водный лед) грунт) Способ формирования параметров охлаждающих сред в камере самопроизвольный направленный, для реализа- программируемый, с оптимизацией ции отдельных операций процессов Способ организации взаимодействия охлаждающей среды и продукта прямой контакт (N, CO, воздух, косвенный контакт через твердую охлаждающую 2 водный лед) среду (плита, труба, стенка) Вид процесса взаимодействия с продуктом охлаждение замораживание размораживание подмораживание хранение, (криостатирование) Вид продукта мясо, рыба, птица, продукты молоко, комбиниромясопродукты рыбопродукты переработки молочные ванные продукты продукты Рис. 4. Классификация охлаждающих сред по способам получения и видам взаимодействия с продуктом.

Исследование технологических режимов охлаждения свинины различных качественных групп.

Объектом исследования являлись свиные полутуши различных качественных групп (PSE, NOR) и охлаждающие среды в процессах охлаждения. Установлено, что применяемый в промышленности метод одностадийного охлаждения свинины неэффективен из-за низкой скорости отвода теплоты от продукта. Необходимость быстрого понижения температуры, особенно для PSE свинины, связана с высокой скоростью протекающих экзотермических реакций распада гликогена и АТФ, приводящих к повышению температуры мяса в первые часы после убоя до 40 – 42 °С, что в сочетании с низкой величиной активной кислотности среды (рН) вызывает денатурацию до 25 % саркоплазматических и миофибриллярных белков.

Принимая во внимание специфику охлаждаемого объекта, обоснован способ двухстадийного охлаждения с применением воздушной среды, с формированием на каждой из стадий параметров охлаждающего воздуха, обеспечивающих максимальные скорости охлаждения с исключением риска подмораживания свинины.

Экспериментальные исследования процессов охлаждения свиных полутуш проводили в производственных камерах одностадийным и двухстадийным способами. При двухстадийном способе охлаждения первая стадия процесса осуществлялась в холодильной камере при температуре воздуха минус 23 – минус 25 °С и скорости его движения 3 – 4 м/сек.

Вторая стадия охлаждения проводилась в камере охлаждения при температуре 0 °С и скорости движения воздуха 0,5 м/сек, при этих же условиях проводили охлаждение контрольных партий одностадийным способом.

Динамика снижения температуры продукта и характер изменения температуры охлаждающей среды при двухстадийном способе охлаждения, а также изменение температуры мяса (на глубине 60 мм) при одностадийном охлаждении представлены на рис. 5.

Известно, что процесс теплообмена при охлаждении свинины соответствует регулярному режиму. Величина темпа охлаждения (m, с-1), рассчитанная по изменению избыточных температур на участке регулярного режима охлаждения, составила: для одностадийного процесса охлаждения 4,710-5 с-1; для двухстадийного – на первой стадии 1,410-4 с-1 и на второй -стадии 4,410-5 с, что позволило существенно снизить температуру мяса на начальном этапе охлаждения и сократить общую продолжительность процесса холодильной обработки.

Полученные данные хорошо согласуются с результатами исследований, полученными И.Г. Чумаком и А.В. Бараненко при охлаждении говяжьих полутуш и четвертин, и позволяют прогнозировать скорость охлаждения свиных полутуш.

Двухстадийное охлаждение (1) Температура мяса на глубине 60 мм 4 (2) Температура мяса на глубине 10 мм (3) Температура воздуха Одностадийное охлаждение -(4) Температура мяса на глубине 60 мм (параметры охлаждающей среды:

-температура, °С скорость движения, м/с 0,5) -0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Продолжительность охлаждения , час Рис. 5. Продолжительность охлаждения свиных полутуш (масса 35 – 37 кг) одностадийным и двухстадийным способами.

Исследование технологических свойств охлажденной свинины показало, что двухстадийный способ охлаждения оказывает более существенное влияние на сохранение нативных свойств мясного сырья по сравнению с одностадийным способом, при этом в большей степени эффект проявляется для PSE свинины. Так, влагоудерживающая способность повысилась для NOR на 5,2 %, в то время как для PSE на 7,9 %. Аналогичный характер наблюдается применительно к показателям цвета и пластичности мяса.

Установлено, что применение двухстадийного способа охлаждения способствует улучшению функционально-технологических свойств свинины по сравнению с одностадийным способом и увеличению выхода варено-копченых изделий (табл. 2).

Таблица Выход варено-копченых изделий, выработанных из сырья различных качественных групп и охлажденных различными способами Выход продукта, % свинина PSE свинина NOR Продукт одностадийное двухстадийное одностадийное двухстадийное охлаждение охлаждение охлаждение охлаждение Шейка к/в 102,6 108,8 111,1 114,Карбонад 95,5 101,4 105,9 106,Буженина 73,3 77,2 80,3 82,Окорок 103,6 107,1 109,1 110, Температура t, °С В результате проведенной промышленной проверки двухстадийного процесса охлаждения NOR и PSE свинины, установлено, что снижение потерь массы от усушки составляет 30 – 35 % по сравнению с применяемой в промышленности технологией одностадийного охлаждения, при этом отмечено увеличение выхода готовой продукции из NOR на 2 – 3 %, а из PSE на 3 – 6 %.

Исследование процессов тепломассообмена при охлаждении неупакованных варено-копченых изделий из свинины и горячих пищевых продуктов, упакованных в функциональные емкости.

Охлаждение готовых к употреблению неупакованных пищевых продуктов, к которым относятся варено-копченые изделия из свинины, представляет собой более сложную задачу из-за высокой начальной температуры и риска развития микроорганизмов, вызывающих снижение качества продукта, при холодильной обработке и хранении. Вследствие технологических особенностей этих продуктов в качестве охлаждающей среды может применяться преимущественно воздушная среда.

Экспериментальными исследованиями, проведенными в производственных условиях, установлен характер изменения температур и продолжительность воздействия греющей и охлаждающей сред, а также динамика температуры в толще продукта в течение всего цикла термической и холодильной обработки (рис.6).

(1) Температура нагревающей среды (2) Температура охлаждающей среды (3) Температура в центре продукта термическая обработка холодильная обработка 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Продолжительность процесса , час Рис. 6. Изменения температур нагревающей и охлаждающей сред и продукта при термической и холодильной обработке окорока массой 2,6 кг.

Установлено, что продолжительность процесса охлаждения в реальных условиях может составлять 10 – 12 часов, при этом продолжительность прохождения зоны температур от 50 С до 10 С (критическая зона развития микроорганизмов) составляет более 6 часов, что требует интенсификации процессов отвода теплоты на этом этапе.

Температура t, °С В связи с многофакторностью воздействий на охлаждаемый продукт внешних и внутренних источников теплоты, сложностью протекающих тепломассообменных процессов и высокими материальными затратами на проведение многочисленных промышленных экспериментов, выполнено математическое моделирование процессов охлаждения варено-копченых изделий из свинины и установлены зависимости между параметрами охлаждающих сред и температурой охлаждаемой продукции.

Перенос массы, в данном случае воды, обусловленный разностью влагосодержания в центральных и периферийных областях объекта охлаждения, определяется молекулярной диффузией и описывается законом Фика, который в дифференциальной форме имеет следующий вид:

п.в.

D divgrad п.в.. (4) Дифференциальные уравнения переноса энергии:

t cp div gradt cpвD grad п.в. gradt, (5) где срв – теплоемкость воды Дж/(кг·К).

Граничные условия:

п.в. t j D k awPпов. PОС ; q tпов. tОС rвод. j. (6, 7) n n Текущие значения влагосодержания п.в. и температуры t являются функциями текущего значения времени и пространственных координат.

Выбор пространственных координат определяется выбором формы тела, аппроксимирующей реальную форму объекта охлаждения (параллелепипед, эллипсоид, цилиндр конечных размеров и т. д.).

Начальное распределение влагосодержания п.в. и температуры t принимается равномерным, т.е. не зависящим от пространственных координат:

t t0 const ; п.в. 0 п.в.0 const.

Уравнения переноса массы, энергии и граничные условия являются нелинейными, и их решение возможно только численными методами. Принято, что объект охлаждения представляется изотропным телом.

Коэффициенты теплоотдачи и массоотдачи рассчитываются уравнениями в зависимости от формы тела, аппроксимирующей реальную форму объекта охлаждения. Температура охлаждающей среды tОС может быть задана произвольной функцией времени.

На основе метода конечных разностей разработаны алгоритмы и компьютерная программа расчета процесса охлаждения мясопродуктов.

Проведены экспериментальные исследования процессов охлаждения карбонада и окорока с начальной температуры 70 – 74 °С промышленным одностадийным способом при температуре воздуха 3,6 – 4,5 °С и скорости его движения 0,2 – 0,5 м/с и одностадийным при температуре минус 2 °С и скорости движения воздуха 3,0 м/с (рис. 7). Сравнительный анализ значений , рассчитанных по разработанной модели, и экспериментальных данных, показал высокую сходимость. Расхождение между ними не превышает 10 %.

(1, 2) - Опыт t = 3,6 - 4,5 °С v = 0,2 - 0,5 м/с (3, 4) - Опыт t = минус 2 °С v = 3,0 м/с (1, 3) - эксперимент (2, 4) - расчет 1 0 100 200 300 400 500 6Продолжительность охлаждения , мин Рис. 7. Экспериментальные и расчетные данные процесса охлаждения окорока.

Благодаря этому с помощью разработанной модели установлены зависимости влияния на эффективность процесса охлаждения варено-копченых изделий температуры и скорости охлаждающей среды в широком диапазоне их изменения. Проведена оптимизация режимных параметров охлаждающей среды, позволившая рекомендовать для использования в промышленных технологиях: температуру охлаждающего воздуха минус 2 ± 0,5 °С при скорости его движения 3 ± 0,5 м/с. Реализация предложенных режимов позволила сократить продолжительность прохождения критической зоны развития микроорганизмов (от 50 до 10 °С) в 1,9 – 2 раза.

Промышленная проверка технологии с предложенными параметрами охлаждающей среды подтвердила сокращение общей продолжительности процесса в 1,9 раза и снижение потерь в 1,4 раза по сравнению с существующей промышленной технологией.

Отличительной особенностью организации производства готовых блюд на заготовочных фабриках является использование специальной тары – функциональных емкостей (ФЕ), в которых осуществляется термическая обработка, охлаждение, хранение, транспортирование готовых к употреблению продуктов и их разогрев на предприятиях общественного питания. Основной технологической задачей для обеспечения безопасности и качественных показателей продукта в процессе хранения является минимизация продолжительности процесса охлаждения. Экспериментальными исследованиями установлено, что процесс теплообмена между продуктами, Температура t, °С размещенными в ФЕ и потоком охлаждающего воздуха носит сложный характер и в общем виде может быть описан эмпирическим уравнением вида:

усл l Nu 0,46 Re0,8 Pr0,4 ; Nu , (8, 9) в где l – длина стороны ФЕ по направлению движения потока охлаждающего воздуха, м.

Коэффициент корреляции, характеризующий связь между экспериментальными и расчетными данными составляет 0,95.

Критериальная зависимость справедлива для области чисел Re от 300до 800000. На базе полученных зависимостей разработаны способ и устройство в виде шкафа интенсивного охлаждения продукции в функциональных емкостях, освоенного в промышленном производстве на заводе «Марихолодмаш».

Теоретические и экспериментальные исследования процесса охлаждения продукции с помощью бинарного льда.

В отличие от охлаждения мясного сырья и неупакованных мясопродуктов, требующих применения воздушной среды, для охлаждения рыбы могут применяться более эффективные охлаждающие среды (вода, лед, льдо-соляные смеси). В настоящее время инновационной технологией в рыбной промышленности является использование в качестве охлаждающей среды бинарного льда, имеющего малый размер кристаллов льда (от 10 до 300 мкм), что позволяет предотвратить механические повреждения рыбы и обеспечить высокую проникающую способность между тушками рыб с созданием большой поверхности контакта льда с продуктом. Наличие фазового перехода при плавлении льда обеспечивает высокую равномерность температур процесса охлаждения рыбы по всему ее массиву, а также высокую степень криостатирования продукта в процессе хранения с точностью t ± 0,5 °С.

Технологические свойства бинарного льда позволяют механизировать процессы его транспортирования от места производства до зоны взаимодействия с охлаждаемым объектом.

Объектом исследований при изучении процесса охлаждения бинарным льдом служили тушки различных видов рыб с разными геометрическими размерами: тунец норвежский, кефаль, пикша, бротола большая и бротола малая (dэкв. = 0,02 ….0,05 м). Для проведения эксперимента с помощью опытной установки вырабатывался бинарный лед из водного раствора хлористого натрия с размерами кристаллов льда от 10 до100 мкм.

Охлаждение проводилось в стандартном контейнере, применяемом в промышленности для транспортировки и хранения охлажденной рыбы.

Изучена динамика понижения температуры на поверхности и в глубине тушек рыб в процессе охлаждения. Для примера на рис. 8 и 9 приведены экспериментальные зависимости изменения температур для двух видов рыбы – пикши и бротолы малой, существенно отличающихся характерным размером, а также расчетные данные, полученные путем математического моделирования процессов охлаждения данной продукции.

Экспериментальные значения температуры:

1 - в центре тушек рыб 2 - на поверхности тушек рыб 3 - бинарного льда Расчетные значения температур:

4 - в центре тушек рыб 5 - бинарного льда, принятая в расчете -0 50 100 150 200 250 3Продолжительность охлаждения , мин Рис. 8. Изменение температуры тушек пикши (dэкв. = 0,025 м).

Экспериментальные значения температуры:

1 - в центре тушек рыб 2 - на поверхности тушек рыб 3 - бинарного льда Расчетные значения температур:

4 - в центре тушек рыб 5 - бинарного льда, принятая в расчете -0 50 100 150 200 250 3Продолжительность охлаждения , мин Рис. 9. Изменение температуры тушек бротолы малой (dэкв. = 0,047 м).

Различия в скорости охлаждения различных тушек рыбы объясняются отличиями их характерных размеров dэкв., и в меньшей степени влиянием теплофизических характеристик.

Для математического описания процесса охлаждения тушек рыб использованы научные подходы академика А.В. Лыкова к расчету процессов нестационарной теплопроводности (охлаждения), для граничных условий первого рода.

При расчете процесса охлаждения объекта сложной формы использован метод замены тела сложной формы на эквивалентное тело простой формы с Температура t, °C Температура t, °C введением коэффициентов аппроксимации, предложенный проф.

Г.Б. Чижовым. Для всех исследованных тушек рыб наиболее близок по форме цилиндр с коэффициентом аппроксимации от 0,985 до 0,99.

В общем виде дифференциальное уравнение теплопроводности для ограниченного цилиндра описывается уравнением:

tr, x, 2tr, x, 1 tr, x, 2tr, x, aэкв , (10) r2 r r x2 где t – температура цилиндра; принято, что в начальный момент времени температура продукта по всему объему одинакова;

r, х – пространственные координаты;

aэкв –коэффициент температуропроводности ограниченного цилиндра, соответствующего свойствам рыбы.

Начальное условие:

tr,x,0 t0 const. (11) Граничные условия:

tr,l, tОС ; tR, x, tОС, (12) где l – половина длины цилиндра; R – радиус цилиндра.

Расчетным путем установлено, что влияние длины тушки рыбы на продолжительность процесса охлаждения незначительно, поэтому расчетные данные приведены для цилиндра бесконечной длины.

Определение температуры в различные промежутки времени осуществлялось путем решения задачи (13) при принятых допущениях с помощью составленной компьютерной программы.

tr, tОС r цил An J0 n exp n Foцил, (13) t0 tОС n1 R где: цил – безразмерная температура неограниченного цилиндра;

2 aэкв An – число Фурье для цилиндра;

n J1n; Foцил RJ0, J1 – функции Бесселя первого рода, соответственно нулевого и первого порядков; µn – корни функции Бесселя.

Установлено, что при n 60 значение цил практически не зависит от числа корней µn. В работе принято n = 80.

Установлено, что характер расчетных кривых охлаждения рыбы соответствует экспериментальным данным, отклонения в значениях температуры в центре продукта между расчетными и опытными значениями для фиксированных моментов времени не превышают 3 °С. Анализ опытных и расчетных данных значений температур в центре тушек рыбы показал, что отличие продолжительности процесса охлаждения исследованных видов рыб до температуры 0 °С, полученной расчетным и опытным путем, не превышает 20%.

Экспериментальными исследованиями показано, что процесс охлаждения рыбы также подчиняется теории регулярного режима и полностью определяется условиями на границе: рыба – бинарный лед геометрией, размерами тушек рыб и их теплофизическими характеристиками.

Установлено, что темп охлаждения для исследованных тушек 7 видов рыб лежит в пределах от 3,510-4 с-1 до 9,010-4 с-1, что более чем в 6 раз превышает темп охлаждения продукта воздухом.

Таким образом, температура одиночных рыб в процессе охлаждения их бинарным льдом может быть рассчитана по соотношению (13) с введением поправок, учитывающих влияние формы, а для инженерных расчетов, зная темп охлаждения, продолжительность процесса охлаждения можно определить с помощью соотношений теоремы Кондратьева для регулярного теплового режима.

Экспериментальные исследования процесса охлаждения тушек рыб, штабелированных в ящике (рис. 10), показали, что зависимости изменения температуры продукта во времени идентичны данным, приведенным на рис. 8 и рис. 9 для одиночных тушек рыб. Разность температур t одиночных рыбин и штабелированных тушек в течение периода охлаждения не превышала 3 °С, а к моменту окончания процесса охлаждения – 2 °С. Вместе с тем общая продолжительность охлаждения до температуры 0 °С рыбы, уложенной в штабель, по сравнению с одиночными тушками возрастает в 2 – 2,5 раза. Для сокращения продолжительности процесса охлаждения рыбы до нулевых температур может быть рекомендован двухстадийный режим охлаждения – охлаждение рыбы бинарным льдом в накопительных емкостях с последующей обработкой и доохлаждением в штабелированном виде.

1 - одиночных тушек 2, 3, 4 - штабелированных в ящике 5 - бинарного льда 1 2 3 -0 50 100 150 200 250 3Продолжительность охлаждения , мин Рис. 10. Изменение температуры тушек рыбы, штабелированных в ящике.

Экспериментальными исследованиями установлен факт существенного роста кристаллов льда в водо-ледяной суспензии в процессе ее хранения в Температура t, °C накопительной емкости (в 8 – 10 раз в течение 24 часов). Это явление необходимо учитывать при разработке технологии производства и хранения бинарного льда в накопительных емкостях, его транспортирования к объекту охлаждения.

Полученные теоретические и экспериментальные данные явились научной базой при разработке технологии охлаждения рыбы с применением бинарного льда, позволившей существенно сократить продолжительность процесса охлаждения, стабилизировать температуру продукта при хранении на уровне близкриоскопических температур и за счет этого повысить сроки хранения рыбы в охлажденном виде до 20 суток.

Глава 4. Совершенствование методов стабилизации температуры продуктов в процессе хранения В реальных условиях функционирования мясоперерабатывающих предприятий могут иметь место незавершенные процессы подготовки продукции к хранению с точки зрения ее термического состояния. В ряде случаев доохлаждение продукта осуществляется в холодильных камерах хранения или в транспортных рефрижераторных средствах, что является не только энергозатратным, но и малоэффективным способом. Особенно это относится к упакованной продукции, требующей хранения при температурах с узким допуском ее отклонений от номинального значения, например охлажденного мяса (минус 1 – 0 °С), подмороженного мяса (минус 2 – минус 3 °С), из-за воздействия эксплуатационных теплопритоков в камерах, приводящих к периодическому повышению температуры охлаждающей среды.

Исследование процессов доохлаждения упакованного продукта в камерах хранения на примере мяса.

Объектом исследования являлось охлажденное мясо длительного хранения (срок хранения – 30 суток при температуре 0 – минус 1°С), упакованное в картонные короба, и охлаждающая воздушная среда с учетом воздействия на нее эксплуатационных теплопритоков.

Расчетными и экспериментальными исследованиями процессов хранения охлажденных продуктов установлено, что эксплуатационные теплопритоки могут вызвать повышение температуры воздуха в камерах распределительных холодильников на 1 – 3 °С и действовать продолжительностью до 4 часов в сутки. В целях упрощения подходов к решению задачи теплообмена между продуктом и охлаждающей средой, воздействие эксплуатационных теплопритоков заменено эквивалентным повышением температуры охлаждающей среды.

Выполнено математическое моделирование процесса доохлаждения мяса, поступающего в камеры на хранение в упакованном виде и штабелированного в холодильных камерах распределительного холодильника.

Предполагается, что продукт является сплошным, однородным и изотропным по физическим свойствам телом. Стоящие в камере один на другом (по вертикали) короба рассматриваются как неограниченная пластина толщиной 2. Принято, что в начальный момент времени температура продукта по всему объему одинакова tпрод,i0x,0. Температура охлаждающей среды tОС одинакова по объему камеры и изменяется во времени при наличии теплопритоков.

Распределение температуры по толщине продукта описывается дифференциальным уравнением теплопроводности, с граничными условиями третьего рода.

Величина возмущающего температурного воздействия, выраженного изменением температуры охлаждающего воздуха, имеет сложную зависимость изменения во времени. Для решения поставленной задачи продолжительность рассматриваемого процесса теплообмена между упакованным мясом и воздухом разбита на n малых интервалов времени, в течение которых температура воздуха принята постоянной. В этом случае дифференциальное уравнение теплопроводности, а также его начальные и граничные условия примут вид:

tпрод,ix, 2tпрод,ix, , i1 i, x , i a, (13) xtпрод,ix, fix,tпрод,i1x,i1, i1 i, i 0, (14) tпрод,i, tОС,i tпрод,i, 0, i1 i, i 0, (15) x tпрод,i, tОС,i tпрод,i, 0, i1 i, i 0. (16) x По аналогии с решением дифференциального уравнения теплопроводности для неограниченной пластины с граничными условиями III рода и начальным распределением температуры по толщине пластины tпродx,0 f (x) можно записать:

n n tпрод,ix, tОС,i sin(n)cos(n) cosn x n1 n (17) n2ai i1 2 x e tОС,i tпрод,i1x,i1cosn dx, где i1 i.

В качестве исходных условий для расчета задаются: начальная температура продукта, изменение температуры воздуха во времени, теплофизические параметры продукта.

Задача рассматривалась как симметричная относительно вертикальной оси штабеля.

Для проверки адекватности предложенной математической модели проведены экспериментальные исследования процесса доохлаждения в холодильной камере мяса, помещенного в картонный короб, с температуры 4,3 до 0 °С. Размеры короба, характеристика материала упаковки соответствуют расчетным.

На рис. 11 приведены расчетные и экспериментальные зависимости изменения температуры мяса при температуре воздуха в камере 0 ± 1 °С.

Анализ представленных данных показал, что отличие значений продолжительности доохлаждения продукта до 0 °С, полученных расчетным и опытным путем, не превышает 10 %.

В программной среде MathCAD написана программа расчета изменения температуры продукта во времени, позволившая выполнить расчеты процессов доохлаждения для различных вариантов складирования продукции в камерах хранения в штабель: из одиночных коробов, из трех и пяти вплотную поставленных коробов с температурой поступающего мяса от 1 до 4 °С при температурах воздуха в камере от минус 1,5 до 0 °С с колебанием ±1 °С.

Экспериментальные значения (1) Температура мяса в центре короба (2) Температура поверхности мяса (3) Температура поверхности короба (4) Температура воздуха 1а Расчетные значения 3 (1а) Температура мяса в центре короба (2а) Температура поверхности мяса (3а) Температура поверхности короба 2а (4а) Температура воздуха 3а -4 4а -0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45Продолжительность охлаждения , мин Рис. 11. Изменение температуры мяса при хранении (штабель из одиночных коробов).

Установлено, что продолжительность процесса доохлаждения мяса, поступившего на хранение с температурой 2°С, до температуры в центре коробов, равной 0 °С (при температуре воздуха в камере 0 – минус 1 °С), достигнет: в штабеле из одиночных коробов через 3-е суток, что составляет Температура t, °С примерно 10% от срока его хранения; из трех коробов – через 15 суток; из пяти – через 45 суток, что в 1,5 раза превышает срок хранения (рис. 12).

2,Штабель из одиночных коробов (2=0,31 м):

(1а) - Температура в центре мяса (1б) - Температура мяса на поверхности (1в) - Температура на поверхности упаковки (2) - Штабель из 3-х коробов (2=0,93 м):

температура в центре мяса 1,(3) - Штабель из 5-ти коробов (2=1,55 м):

температура в центре мяса (4) - Температура воздуха 1 1а 1б 0,1в -0,--1,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Продолжительность , сут Рис.12. Изменение температуры мяса в коробах, штабелированных в холодильной камере.

Анализ результатов исследований показал, что при хранении в одиночных коробах и в штабеле из одиночных коробов температура поступающего на хранение мяса должна быть не выше 2 °С, а при хранении в штабелях из большего числа коробов – не выше 0 °С.

Полученные данные подтверждают необходимость реализации принципа достаточной холодильной обработки продукта перед поступлением на хранение.

Исследование влияния упаковочных материалов на стабилизацию температуры продукта в холодильной камере при колебаниях температуры охлаждающей среды.

Приведенные выше исследования показали, что в существующих элементах холодильной цепи трудно обеспечить поддержание температур продуктов при хранении, требующих узкого допуска на отклонение температур от регламентированных значений.

Одним из способов защиты продуктов от резких колебаний температур охлаждающих сред в период хранения, транспортирования и особенно при выполнении погрузо-разгрузочных работ может стать применение как индивидуальной, так и групповой теплоизоляционной упаковки. Ее применение может обеспечить стабилизацию температур продукта также и при периодическом колебании температуры воздуха в холодильных камерах.

Физическая модель нестационарной температуры продукта в теплоизоляционной упаковке при периодическом изменении температуры Температура t, °С охлаждающей среды на ее внешней поверхности может быть сформулирована следующим образом. На внешней поверхности теплоизоляционного слоя (рис. 13) происходит периодическое изменение температуры tпов(0; ) во времени с амплитудой А(0; ) относительно среднего значения температуры tср(0; ) с периодом N0. На внутренней поверхности обеспечиваются адиабатные условия.

t0, tср0, A0, cos2 N0 t q x x Рис. 13. Расчетная схема решения прямой задачи теплопроводности для пластины бесконечной длины с периодическими граничными условиями на внешней поверхности и адиабатными граничными условиями на внутренней поверхности.

Принято, что теплоизоляционный слой представляет собой тело плоской геометрической формы с известными теплофизическими характеристиками (коэффициентом теплопроводности , коэффициентом температуропроводности а и теплоемкостью при постоянном давлении ср). Теплофизические свойства теплоизоляционного слоя принимаются постоянными.

Требуется определить необходимую толщину слоя теплоизоляции при условии, чтобы под ней колебание температуры около среднего значения tср(; ) не превышало А(; ). Значения амплитуды А(0; ) и среднего значения tср(0; ) могут быть признаны постоянными, а характер их изменения – гармоническим. В работе рассмотрено решение как обратной, так и прямой задачи.

Для прямой задачи нестационарной теплопроводности, соответствующей данному периодическому изменению граничных условий на внешней поверхности теплоизоляционного слоя, имеем:

t0, tср0, А0, cos2 . (18) N0 Рассматривается установившийся температурный режим или регулярный тепловой режим третьего рода (режим с температурными волнами), который наступает по истечении начальной стадии процесса теплопроводности, когда критерий Фурье становится больше значения 0,55 и влияние начального распределения температуры в теле перестает проявляться.

При установившемся тепловом режиме температура в более глубоких слоях также начинает изменяться по гармоническому закону с тем же периодом времени, но со сдвигом по фазе и с уменьшенной максимальной амплитудой колебания.

Математические решения, выражающие одномерное нестационарное температурное поле, применительно к пластине, на основании решения уравнения теплопроводности с граничными условиями (18) t сp div grad t. (19) Данная задача решается методом разделения переменных t(x; ) = () · () при условии, что функция, зависящая от времени, является периодической.

Для установившегося режима решение нестационарной прямой задачи теплопроводности для бесконечно удлиненной пластины и периодических граничных условиях третьего рода на одной стороне и адиабатных условиях на другой стороне будет выглядеть так же, как и для бесконечного тела, но с другой максимальной амплитудой колебаний температуры:

x x 1 cos2x 1 ch2x aN0 aN0 Аx А0. (20) ch2x cos2x aN0 aN0 Для нижней границы теплоизоляционного слоя, т.е. при х = , отношение максимальных амплитуд температуры на поверхности и на максимальной глубине будет равно:

А0. (21) А ch2 cos2 a N0 a N0 Выражение (21) позволяет определить отношения максимальных амплитуд температуры на поверхности теплоизоляционного слоя и на максимальной глубине в зависимости от толщины теплоизоляционного слоя, коэффициента теплопроводности и периода колебаний температуры на поверхности теплоизоляционного слоя.

На рис.14 показана зависимость снижения отношения амплитуд колебания нестационарной температуры поверхности и нижней стороны пластины ( упаковки) в зависимости от ее толщины .

3 4 Толщина , м Рис. 14. Зависимость отношения амплитуд колебания нестационарной температуры на внешней и внутренней поверхностях упаковки от ее толщины.

1 – каучук (а = 0,08 · 10-6 м2/с); 2 – ППУ жесткий (а = 0,1 · 10-6 м2/с); 3 – картон обыкновенный (а = 0,17 · 10-6 м2/с); 4 – пенопласт низкой плотности (а = 0,33 · 10-6 м2/с);

5 – картон гофрированный (а = 0,53 · 10-6 м2/с); 6 – алюминий (а = 7,4 · 10-6 м2/с).

Например, для снижения амплитуд при применении картона обыкновенного в 2 раза его толщина должна быть равной 10,0 мм; в 3 раза – 12,6 мм; в 10 раз – 21,1 мм. Показано, что наилучшими теплоизоляционными свойствами в динамических условиях обладают упаковки из материалов с наименьшими значениями коэффициентов температуропроводности.

На рис. 15 показаны зависимости нестационарной температуры для теплоизоляционного слоя из картона обыкновенного, показывающие, что при толщине 21,1 мм и изменении температуры на поверхности по закону (tср = 0,5 °С, А = 4,5 °С, N0 = 900 c), на внутренней стороне упаковки обеспечивается поддержание той же температуры, что и рассчитанной выше, при толщине = 21,1 мм теплоизоляционного слоя, tср = 0,5 °С, А = 0,5 °С.

Разработанные физическая и математическая модели позволяют описать взаимодействие охлаждающего воздуха и пищевого продукта в упаковке из теплоизоляционного материала и определять толщину упаковочного материала исходя из его теплофизических свойств, заданного уровня стабильности температуры на поверхности продукта и амплитуды колебаний температуры охлаждающей среды.

Технология применения упаковок из теплоизоляционного материала для стабилизации температуры продукта проверена при его перевозках в авторефрижераторном транспорте (рис.16).

Соотношение амплитуд А(0)/ А() 1 2 Продолжительность процесса , c Рис. 15. Изменение температуры на внутренней поверхности упаковки из картона в зависимости от изменения температуры на внешней поверхности.

1 – температура на внешней поверхности упаковки;

температура на внутренней поверхности упаковки толщиной:

2 – 10 мм; 3 – 21,1 мм; 4 – 30 мм.

40 100 неупакованный продукт 1а 30 20 а) 10 0 0 50 100 150 200 250 3Продолжительность , мин 40 100 продукт в теплоизоляционном 30 1б контейнере 20 50 (ПСБ-С толщиной б) 30 мм) 10 0 0 50 100 150 200 2Продолжительность , мин Рис. 16. Изменение температуры и относительной влажности охлаждающей среды и температуры продукта при перевозке в авторефрижераторе.

1а – относительная влажность воздуха в кузове; 1б – относительная влажность воздуха в теплоизоляционном контейнере; 2 – температура охлаждающей среды в кузове; 3 – температура на поверхности продукта.

Температура t, °С Влажность, % Температура t, °С Влажность, % Температура t, °С На рис.16а представлены данные по изменению температуры и относительной влажности охлаждающей среды и неупакованного продукта в кузове авторефрижератора в теплый период года при отсутствии охлаждаемой погрузочной эстакады и с периодической выгрузкой части продукта в процессе транспортировки.

Установлено, что температура продукта в процессе перевозки периодически повышается за пределы допустимых значений, при этом в период выгрузки продукции на промежуточных объектах, относительная влажность воздуха в кузове достигала 95 – 97% и наблюдалось выпадение конденсата на поверхности продукта.

Применение теплоизоляционного контейнера (рис. 16б) позволило стабилизировать температуру продукта при транспортировании и исключить выпадение конденсата на его поверхности.

Глава 5. Повышение безопасности и эффективности холодильнотехнологических систем Применяемые в холодильной цепи подсистемы производства охлаждающих сред, наряду с обеспечением требуемых температурновлажностных параметров технологических процессов, должны обеспечивать промышленную и экологическую безопасность окружающей среды. Одним из основных вопросов при решении этих проблем на современном этапе является выбор хладагентов и хладоносителей. На предприятиях перерабатывающей промышленности и распределительных холодильниках оптовой торговли в настоящее время в основном (до 80 %) используются аммиачные, а в торговле и на транспорте – фреоновые холодильные установки.

Использование установок с непосредственным кипением хладагента в охлаждающих приборах обеспечивает более высокую энергоэффективность выработки холода по сравнению с установками, использующими промежуточные хладоносители. Вместе с тем имеются проблемы, препятствующие широкому применению существующих холодильных агентов как природного, так и искусственного происхождения. При применении аммиака, имеющего высокие термодинамические показатели по сравнению с фреонами, на первый план выступают вопросы промышленной безопасности.

Исследованиями, выполненными нами в промышленных условиях, установлено, что реальные значения удельной аммиакоемкости существующих холодильных систем (кг/кВт холодопроизводительности) составляют:

- с непосредственным кипением аммиака: с охлаждающими аппаратами батарейного типа – 40 … 90; с воздухоохладителями – 27 … 40;

- с промежуточным хладоносителем и применением аппаратов:

кожухотрубного типа – 2 … 3; пластинчатого типа – 0,05 … 0,2.

Установлена зависимость между массой аммиака в наибольшем единичном блоке холодильной системы и глубиной зоны токсического заражения в случае разгерметизации или разрушения в зависимости от условий размещения блока на открытой площадке и в помещении.

Выполненными аналитическими исследованиями пороговых зон заражений, опасных для жизни населения, с токсодозой более 15 (мг·мин)/л (рис.17), установлено, что при разгерметизации существующего аммиачного оборудования, размещенного на открытых площадках, зона поражений составляет более 1 км.

Для оборудования, размещенного в помещении, зона поражения существенно ниже и составляет для установок с промежуточным хладоносителем с кожухотрубными аппаратами до 200 м, а с пластинчатыми аппаратами не более 40 – 50 м.

Показано, что при применении известных мер по контролю загазованности и вентиляции помещений, использовании средств нейтрализации паров аммиака, зона поражения может быть снижена до размеров машинного отделения.

Проведенный анализ холодильных систем с непосредственным кипением R717, с применением хладоносителей и каскадных установок R717/R744 с позиций обеспечения взрывобезопасности показал, что два последних варианта с массой аммиака в единичном блоке до 100 кг позволяют исключить вероятность возникновения взрывоопасных концентраций аммиака (менее 150 г/м3) в машинном отделении.

Для снижения риска разрушения холодильных установок из-за гидравлического удара разработан метод расчета безопасного уровня жидкости в сосудах и математическая модель движения парожидкостной смеси во всасывающих трубопроводах, позволяющие определить минимальное требуемое количество аммиака в системе и установить безопасные скорости движения парожидкостной смеси хладагента во всасывающих трубопроводах.

Расчетными и экспериментальными исследованиями установлено, что перерасход электроэнергии на выработку холода в установках с промежуточным хладоносителем по сравнению с непосредственной подачей холодильного агента в камерные воздухоохладители в диапазоне температур кипения от минус 10 до минус 40 °С составляет от 15 до 40%. Это вызвано как необратимостью процессов теплообмена в испарителях и воздухоохладителях, так и дополнительным расходом электроэнергии на циркуляцию хладоносителя. Выполненное сопоставление удельных приведенных затрат этих двух систем показало, что при температурах выше минус 15 °С система с промежуточным хладоносителем уступает установкам с непосредственным кипением аммиака не более чем на 12 %.

1412 оборудование инверсия размещено на открытой 10площадке;

8 оборудование размещено в машинном 6отделении.

изотермия 42конвекция 0 500 1000 1500 2000 2500 30Масса аммиака в единичном блоке Gам, кг Рис. 17. Зависимость зоны заражения от массы аммиака в единичном блоке.

Аналитическими исследованиями установлено, что для низкотемпературных систем при температурах кипения ниже минус 45 °С применение каскадных установок R717/R744 более эффективно по сравнению с двухступенчатыми на R717. При более высоких температурах (минус 30 – минус 40 °С) каскадные установки уступают по энергозатратам, но не более чем на 15 %.

На рис.18 приведено сопоставление расчетных холодильных коэффициентов для различных циклов выработки холода.

2,1 - Двухступенчатый цикл R72,2 - Каскадный цикл R717/R73 - Одноступенчатый цикл R404a, R54 - Одноступенчатый 1,цикл R1,1,1,-50 -45 -40 -35 -Температура кипения t0, °С Рис. 18. Холодильный коэффициент для различных циклов выработки холода.

Полученные результаты подтвердили целесообразность применения на предприятиях АПК холодильных аммиачных систем косвенного охлаждения с Зона заражения Г, м Холодильный коэффициент использованием эффективных хладоносителей, а также каскадных установок R717/R744 для низкотемпературных процессов.

Выполнен анализ теплотехнических и гидравлических показателей широкого ряда применяемых в холодильных установках хладоносителей по результатам экспериментальных и аналитических исследований отечественных и зарубежных ученых. Нами введены показатели оценки эффективности теплотехнических и гидродинамических характеристик хладоносителей (KN, K), позволяющие при проведении инженерных расчетов осуществлять рациональный их выбор, исходя из условий обеспечения безопасной и энергоэффективной эксплуатации холодильных систем.

Существенным резервом повышения энергетической эффективности и экологической безопасности холодильных производств является применение аккумуляционных систем охлаждения в процессах холодильной обработки, хранения и транспортирования продукции.

В результате выполненных исследований установлены требования к хладоаккумулирующим веществам, проведена систематизация используемых в настоящее время и перспективных аккумулирующих веществ, определены рациональные области применения аккумуляторов холода. Экономия электроэнергии на выработку холода в установках с использованием аккумуляторов холода составляет 30 – 50%. Разработан метод расчета продолжительности размораживания эвтектического раствора в аккумуляционных системах охлаждения.

Глава 6. Реализация результатов исследований Полученные результаты исследований свидетельствуют о социальной значимости и экономической целесообразности внедрения интенсивных технологий холодильной обработки продукции и создания эффективных условий сохранения ее качества на этапах продвижения от производства до потребления при наименьших затратах.

По результатам исследования:

- разработана и проверена в промышленных условиях в ОАО «Мясокомбинат Клинский» технология двухстадийного охлаждения свинины, обеспечивающая снижение потерь массы от усушки на 30 – 35% по сравнению с применяемой в промышленности технологией одностадийного охлаждения.

Экономический эффект от применения разработанной технологии за счет сокращения потерь массы от усушки составил 1150 руб / т мяса;

- разработана и внедрена в ОАО «Мясокомбинат Клинский» технология охлаждения варено-копченых изделий, обеспечившая сокращение общей продолжительности процесса в 1,9 раза и снижение потерь в 1,4 раза по сравнению с существующей в промышленности технологией. Разработаны исходные требования на создание промышленного туннеля для реализации предложенной технологии охлаждения.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составляет 4,6 тыс. руб / т;

- созданы и проверены в опытно-промышленных условиях технологии замораживания и размораживания творога в блоках и в жесткой потребительской таре, обеспечивающие сокращение продолжительности процесса замораживания и размораживании творога в 4 – 6 раз и снижение потерь продукции в 2,4 раза. Экономический эффект – 1,0 тыс.руб / т.

Для повышения технологического уровня процессов хранения продукции на предприятиях торговли разработаны и освоены в производстве на предприятиях «Марихолодмаш», г.Йошкар-Ола, ОАО «Гран», г.Волжск, и Люберецком ЗТМ типовые конструкции холодильных шкафов емкостью 0,71 и 1,4 м3 в средне- и низкотемпературном исполнениях, холодильных сборных камер емкостью 8,0 и 11,2 м3, прилавков, обеспечивающих повышение стабилизации температуры продуктов при хранении и снижение расхода энергии на 20 – 25%.

- разработаны исходные требования на создание параметрического ряда малоаммиакоемких, безопасных в эксплуатации холодильных машин, которые приняты ОАО «ВНИИхолодмаш-холдинг» для разработки конструкторской документации на изготовление опытных образцов машин, освоение производства которых предусмотрено Федеральной целевой научно- технической программой «Национальная система химической и биологической безопасности РФ на 2009 – 2013 гг.».

Для повышения экологической безопасности холодильных установок разработан и освоен в промышленности эжекторный охладитель оборотной воды, позволивший снизить уровень шума при эксплуатации на 15 – 20%.

Разработанные принципы строения и функционирования холодильной цепи, выполненные теоретические и экспериментальные исследования, разработанные технические решения в совокупности с решением проблем в области стандартизации и сертификации холодильных производств, а также совершенствование производственно-технической базы элементов холодильной цепи позволят существенно повысить эффективность системы хранения пищевых продуктов.

Выводы 1. На основании проведенного системного анализа холодильной цепи как технологического комплекса взаимодействия в пространстве и времени холодильно-технологических систем обработки и хранения пищевых продуктов, выявлен уровень стабильности отдельных элементов и уровень целостности существующей ХЦ. Установлено, что существующая холодильная цепь не позволяет реализовывать технологии хранения продуктов при температурах с допуском на отклонение от задаваемых значений менее чем ±2 °С. Наибольшее влияние на понижение уровня целостности цепи оказывают подсистемы, связанные с холодильным хранением продукции на предприятиях торговли.

2. Сформулированные принципы организации и функционирования холодильной цепи, основанные на выявленных взаимосвязях между термическим состоянием продукта и параметрами охлаждающих сред, являются базовыми положениями при разработке межотраслевых нормативных документов по производству и обороту пищевой продукции с использованием холодильных технологий.

3. Введенный показатель Кад оценки степени адекватности охлаждающих сред к температурным режимам хранения пищевой продукции позволяет прогнозировать технологическую пригодность холодильных камер, холодильного транспорта и торгового холодильного оборудования для реализации в них технологий хранения продуктов с задаваемой степенью криостатирования.

4. Экспериментально полученные зависимости тепломассообмена при охлаждении свинины различных качественных групп (NOR и PSE) позволили научно обосновать режимные параметры процесса охлаждения и разработать ресурсосберегающую технологию двухстадийного охлаждения PSE свинины, обеспечивающую снижение потерь массы от усушки до 35% по сравнению с промышленными технологиями и улучшение качественных показателей выработанных из нее варено-копченых изделий с увеличением выхода готовой продукции на 3 – 6%.

5. Установленная взаимосвязь между изменением температуры продукта и параметрами охлаждающей среды при охлаждении горячих неупакованных мясопродуктов позволила обосновать параметры процесса холодильной обработки и разработать патентозащищенную ресурсосберегающую технологию охлаждения окорока и карбонада, обеспечивающую сокращение продолжительности процесса охлаждения в 1,9 раза и снижение потери массы от усушки в 1,4 раза по сравнению с промышленной технологией.

6. Выполненными теоретическими и экспериментальными исследованиями процессов иммерсионного охлаждения рыбы с использованием бинарного льда доказана высокая эффективность процесса охлаждения рыбы до близкриоскопических температур (с темпом понижения температуры 3,510-4 с-1 … 9,010-4 с-1) и стабильность процесса криостатирования при хранении, что позволяет увеличить сроки хранения рыбы в охлажденном виде до 20 суток. Полученные результаты исследования использованы ЦНИИ «Курс» при разработке и создании промышленного образца технологического комплекса для охлаждения рыбы бинарным льдом.

7. Теоретическими и экспериментальными исследованиями обоснованы значения температур упакованного мяса, поступающего в упакованном виде в промышленные холодильники, для хранения при положительных близкриоскопических температурах.

8. Разработаны физическая и математическая модели, описывающие изменение температуры упакованного продукта в зависимости от величины амплитуды колебаний температуры охлаждающей среды в холодильной камере, толщины и теплоизолирующих свойств материала упаковки.

Полученные зависимости позволяют определять толщину упаковочного материала при известных его теплофизических свойствах, обеспечивающую стабильность температуры продукта под упаковкой при заданных колебаниях температуры охлаждающей среды в камере.

10. Выполненные аналитические и экспериментальные исследования холодильных систем позволили разработать научные рекомендации по повышению эффективности и безопасности процессов производства охлаждающих сред. Результаты исследований процессов и оборудования для обеспечения промышленной безопасности холодильных установок использованы при разработке «Правил устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок», утвержденных Ростехнадзором РФ от 30.06.1998 г. и межотраслевых «Правил по охране труда при эксплуатации фреоновых холодильных установок», утвержденных Минсоцразвития РФ от 22.12.2000 г.

11. Исследованы, разработаны и освоены в промышленности защищенные патентами РФ и авторскими свидетельствами СССР модульные конструкции холодильных шкафов, камер, прилавков и витрин для предприятий торговли и общественного питания, позволившие повысить уровень стабильности поддержания температуры охлаждающих сред в изделиях и снизить затраты энергии на производство холода на 20 – 25%.

12. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе вузов по специальностям 140504 – «Холодильная и криогенная техника и кондиционирование воздуха», 190603 – «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» и направлению 140500 – «Энергомашиностроение» для подготовки бакалавров и магистров.

Публикации Отдельные издания 1. Белозеров, Г.А. Основные направления в создании современного холодильного оборудования для предприятий торговли и общественного питания : серия «Оборудование для предприятий общественного питания» / Г.А. Белозеров, В.А. Тихомиров, Е.Н. Черненко и др. – М. :

ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1985. – 79 с.

2. Холодильная техника для сельского хозяйства и перерабатывающих отраслей АПК : каталог / Минсельхозпрод России. – М. :

ИНФОРМАГРОТЕХ, 1994. – 137 с.

3. Белозеров, Г.А. Холодильная обработка и хранение мяса / Г.А.

Белозеров, М.А. Дибирасулаев // Мясожировое производство: убой животных, обработка туш и побочного сырья / под ред. А.Б. Лисицына.

– М. : ВНИИ мясной промышленности, 2007. – Гл. 5. – С.151–183.

4. Белозеров, Г.А. Научно-методические рекомендации по применению хладоносителей на предприятиях АПК / Г.А. Белозеров, Г.А. Кусляйкин, Н.М. Медникова. – М. : Россельхозакадемия, 2007. – 128 с.

5. Белозеров, Г.А. Авторефрижераторный транспорт и контейнеры:

Учебное пособие / Г.А. Белозеров, Б.С. Бабакин, А.А. Грызунов, Н.В. Помазкина, В.М. Шавра. – Рязань : ГУП РО «Рязанская областная типография», 2010. – 298 с.

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ 6. Белозеров, Г.А. Холодильная техника в индустрии производства готовых блюд полуфабрикатов и кулинарных изделий / Г.А. Белозеров, Е.М. Дронов, A.M. Коренев и др. // Холодильная техника. – 1982. – № 10. – С. 6–11.

7. Белозеров, Г.А. Низкотемпературное торговое холодильное оборудование для кратковременного хранения и реализации замороженных продуктов / Г.А. Белозеров, В.А. Тихомиров // Холодильная техника. – 1983. – № 10. – С. 14–18.

8. Белозеров, Г.А. Шкаф интенсивного охлаждения / Г.А. Белозеров, А.В. Герасимов, Е.Н. Черненко и др. // Холодильная техника. – 1985. – № 12. – С. 20–23.

9. Белозеров, Г.А. Холодильное оборудование для предприятий общественного питания / Г.А. Белозеров, B.C. Захаров, В.А. Тихомиров // Холодильная техника. – 1987. – № 6. – С. 9–13.

10. Белозеров, Г.А. Уровень шума вентиляторных градирен / Г.А. Белозеров, Г.П. Малышев // Холодильная техника. – 1992. – № 4. – С. 19–20.

11. Белозеров, Г.А. Новые правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок / Г.А. Белозеров, В.А. Лапшин, Н.М. Медникова // Холодильная техника. – 1999. – № 6. – С. 30.

12. Белозеров, Г.А. О необходимости разработки новых правил устройства и безопасной эксплуатации фреоновых холодильных установок / Г.А. Белозеров, В.А. Лапшин, А.А. Раев // Холодильная техника. – 1999. – № 7. – С. 8–9.

13. Белозеров, Г.А. Научно-практические аспекты прогнозирования «окоченения-оттаивания» и разработка новой технологии замораживания мяса / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, Г.Е. Лимонов // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. – 2002. – № 2. – С. 36–39.

14. Белозеров, Г.А. О концепции развития холодильной промышленности России / Г.А. Белозеров // Холодильная техника. – 2005. – № 9. – С. 5–9.

15. Белозеров, Г.А. Математическое моделирование процесса движения газообразного хладагента в трубопроводах холодильных систем / Г.А. Белозеров, Б.С. Бабакин, В.Ф. Шириков и др.// Вестник МАХ. – 2006. – № 4. – С.32–35.

16. Белозеров, Г.А. Выбор уставок аммиачных газоанализаторов / Г.А.

Белозеров, А.В. Китаев // Холодильная техника. – 2006. – № 5. – С. 34–38.

17. Белозеров, Г.А. Анализ промышленной безопасности систем холодоснабжения действующих предприятий АПК/ Г.А. Белозеров, Н.М. Медникова, В.П. Пытченко // Холодильная техника. – 2006. – №8. – С. 22–27.

18. Белозеров, Г.А. Системный анализ непрерывной холодильной цепи / Г.А. Белозеров, О.В. Большаков // Пищевая промышленность. – 2007. – № 4. – С. 40–42.

19. Белозеров, Г.А. Холодильные технологии и технические средства непрерывной холодильной цепи / Г.А. Белозеров // Холодильная техника. – 2008. – № 4. – С.6–10.

20. Белозеров, Г.А. Перспективы применения аккумуляторов холода в отраслях АПК / Г.А. Белозеров, В.Н. Корниенко // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. – 2008. – № 2. – С.8–12.

21. Белозеров, Г.А. Современные технологии и оборудование для холодильной обработки и хранения пищевых продуктов / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.С. Колодязная и др. // Холодильная техника. – 2008.

– № 7. – С.2–6.

22. Бараненко, А.В. Состояние и перспективы развития холодильной отрасли России / А.В. Бараненко, Г.А. Белозеров, О.М. Таганцев и др. // Холодильная техника. – 2009. – № 3. – С.20–24.

23. Белозеров, Г.А. Холодильные системы с рабочими веществами, обеспечивающими промышленную безопасность и энергетическую эффективность / Г.А. Белозеров, Н.М. Медникова, В.П. Пытченко и др. // Холодильная техника. – 2009. – № 5. – С.26–31.

24. Бараненко, А.В. Непрерывная холодильная цепь – основа стратегии ресурсосбережения и обеспечения качества продовольствия / А.В. Бараненко, Г.А. Белозеров // Холодильная техника. – 2010. – № 3. – С.9–12.

25. Белозеров, Г.А. Применение аммиачных чиллеров на отечественных предприятиях / Г.А. Белозеров, Н.М. Медникова, В.П. Пытченко // Холодильная техника. – 2010. – № 5. – С.14–17.

26. Белозеров, Г.А. Влияние эксплуатационных факторов в камерах хранения / Г.А. Белозеров, Н.М. Медникова, А.Г. Белозеров // Молочная промышленность. – 2011. – № 8. – С.18–19.

Публикации в специализированных журналах, трудах НИИ, материалах конференций 27. Белозеров, Г.А. К разработке обобщающего показателя качества и эффективности холодильных машин, агрегатов и установок различного назначения / Г.А. Белозеров, Л.П. Ронжин // Холодильная техника. Проблемы и решения : сборник тезисов докладов международной конференции. – Астрахань, 1996. – С. 8–9.

28. Белозеров, Г.А. Надежная холодильная цепь – гарантия качества скоропортящейся пищевой продукции / Г.А. Белозеров // Холодильное дело. – 1997. – № 4. – С. 4–7.

29. Белозеров, Г.А. Биологические аспекты оптимизации технологических процессов консервирования мяса / Е.М. Агарев, Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев // 2-я международная конференция «Пища, экология, человек» : сборник тезисов / МГУПБ. – М., 1997. – С.98.

30. Белозеров, Г.А. Техника безопасности использования аммиачных холодильных установок / Г.А. Белозеров, В.А. Лапшин, Н.М. Медникова и др. // Холодильное дело. – 1997. – № 1. – С. 4–5.

31. Правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок : ПБ 09-220-98 : утв. Гостехнадзором России 30.06.98. – М. : Тип. №6, 1999. – 88 с.

32. Белозеров, Г.А. О новых правилах устройства, безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок / Г.А. Белозеров, В.А. Лапшин, Н.М. Медникова // Ресурсосберегающие технологии пищевых производств : сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции. – С-Пб., 1998. – С. 328.

33. Белозеров, Г.А. Практические аспекты технологии холодильного консервирования / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.Н. Корешков // Техника и оборудование для села. – 1999. – № 5. – С. 25–29.

34. Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации фреоновых холодильных установок : ПОТ РМ 015-2000 : утв.

Министерством труда и социального развития РФ 22.12.2000 : ввод в действие с 01.01.01. – М. : Тип. №6, 2001. – 72 с.

35. Белозеров, Г.А. Холодильная промышленность / Г.А. Белозеров, Ю.П. Алешин, М.А. Дибирасулаев и др. // Пищевая промышленность России в условиях рыночной экономики / под ред. Е.И. Сизенко. – М. :

Пищепромиздат, 2002. – Гл. 17. – С. 377–384.

36. Белозеров, Г.А. Практические аспекты технологии холодильного консервирования / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.Н. Корешков // Холодильный бизнес. – 2002. – № 4. – С. 22–26.

37. Белозеров, Г.А. К обоснованию разработки новой технологии двухстадийного ультрабыстрого охлаждения PSE свинины / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.Н. Корешков и др. // Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения :

сб. науч. тр. / РАСХН, Отделение хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. – Углич, 2002. – С. 153–155.

38. Белозеров, Г.А. К разработке дифференцированных технологий холодильной обработки и хранения мяса различных качественных групп / Г.А. Белозеров, О.В. Большаков, М.А. Дибирасулаев // Наукоемкие и конкурентоспособные технологии продуктов питания со специальными свойствами : сб. науч. тр. / РАСХН, Отделение хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. – Углич, 2003. – С. 116–118.

39. Белозеров, Г.А. Современные тенденции применения и обеспечения безопасности аммиачных холодильных установок на предприятиях России / Г.А. Белозеров, В.А. Лапшин, Н.М. Медникова и др. // К 75летию ГНУ ВНИХИ : сб. науч. тр. / ГНУ ВНИХИ. – М., 2005. – С. 219–227.

40. Белозеров, Г.А. Повышение эффективности эжекторных охладителей воды / Г.А. Белозеров, Ю.В. Пальмин, А.А. Романов // К 75-летию ГНУ ВНИХИ : сб. науч. тр. / ГНУ ВНИХИ. – М., 2005. – С. 270–279.

41. Белозеров, Г.А. Перспективы развития систем холодоснабжения для предприятий АПК / Г.А. Белозеров // Приоритетные направления комплексных научных исследований в области производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции : сб. науч.

тр. – Углич, 2005. – С. 39–44.

42. Белозеров, Г.А. К обоснованию разработки технологии охлаждения деликатесных мясных изделий из свинины / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.Н. Корешков и др. // Приоритетные направления комплексных научных исследований в области производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции : сб. науч. тр. – Углич, 2005. – С. 97–100.

43. Белозеров, Г.А. Разработка и создание новых технологий в хранении продукции животноводства / Г.А. Белозеров // Международная научно-практическая конференция «Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентноспособных пищевых продуктов» : сб. науч. тр. – Волгоград, 2007. – С. 47–49.

44. Белозеров, Г.А. К разработке математической модели технологического процесса охлаждения свинокопченостей / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, С.Г. Рыжова // Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрно-пищевых технологий : сб. науч. тр. – Углич, 2007. – С. 34–38.

45. Белозеров, Г.А. Проблемы непрерывной холодильной цепи и пути их решения / Г.А. Белозеров // Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрнопищевых технологий : сб. науч. тр. – Углич, 2007. – С. 31–34.

46. Белозеров, Г.А. Перспективы развития систем холодоснабжения для предприятий АПК / Г.А. Белозеров // Холодильный бизнес. – 2006. – № 4. – С. 8–10.

47. Белозеров, Г.А. Мелкокристаллические ледяные суспензии как средство экологизации холодильно технологических систем / Г.А. Белозеров, Н.М. Медникова // Научно-практические аспекты экологизации продуктов питания : сб. науч. тр. – Углич, 2008. – С. 33– 36.

48. Белозеров, Г.А. К вопросу оптимизации технологического процесса охлаждения мясопродуктов после термической обработки / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, С.Г. Рыжова и др. // Принципы пищевой комбинаторики – основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов : сб. науч. тр. – Углич, 2009. – С. 66–68.

49. Белозеров, Г.А. Проблемы холодильной цепи / Г.А. Белозеров // Холодильный бизнес. – 2010. – № 6. – С. 42–46.

50. Белозеров, Г.А. Влияние эксплуатационных факторов на стабильность поддержания регламентируемых значений температур охлажденного упакованного мяса в камерах хранения / Г.А. Белозеров, А.Г. Белозеров, Н.М. Медникова и др. // Научное и техническое обеспечение холодильной промышленности : сб. науч. тр. / ВНИХИ. – М., 2010. – С. 9–14.

51. Белозеров, Г.А. Оптимизация параметров технологического процесса охлаждения копчено-вареных изделий из свинины / Г.А. Белозеров, М.А. Дибирасулаев, В.Л. Уманский и др. // Научное и техническое обеспечение холодильной промышленности : сб. науч. тр. / ВНИХИ. – М., 2010. – С. 112–117.

52. Белозеров, Г.А. Технологии и аппаратурно-технические решения холодильного резервирования традиционного творога / Г.А. Белозеров, Ю.В. Пальмин, Г.В. Фриденберг и др. // Научное и техническое обеспечение холодильной промышленности : сб. науч. тр.

/ ВНИХИ. – М., 2010. – С. 200–204.

53. Белозеров, Г.А. Математическое моделирование продолжительности процесса замораживания и плавления эвтектического раствора в аккумуляторах холода / Г.А. Белозеров, Б.С. Бабакин, Б.А. Макаров // Известия КГТУ. – 2011. – № 23. – С. 141–147.

Зарубежные издания 54. Belozerov, G. Technical and Economical Comparison of Systems with PumpCirculation Supply of Ammonia or Coolant Refrigerated in Modern Efficient Chillers in Refrigerating / Yu. Aleshin, G. Belozerov, N.

Mednikova, V. Pytchenko // Proceeding of the Fifth International Conference IIR / IIF Conference COMPRESSORS 2004. Congress Center of Slovak National Parliament, ast Papiernika, September 29 – October 1, 2004.

55. Belozerov, G. Cascade type refrigeration systems working on CO2/NH3 for technological processes of products freezing and storage / G. Belozerov, N.

Mednikova, V. Pytchenko, E. Serova // Proceeding of the International Conference Ammonia Refrigeration Technology, for Today and Tomorrow, Ohrid, Macedonia, April 19-21, 2007.

56. Belozerov G, Mednikova N, Pytchenko V. On the ways of ammonia refrigerating systems reconstruction at the enterprises of Russia // Proceeding of the 22nd International Congress of Refrigeration Creates the Future, paper ID: ICR07-B1-48, Beijing, P. R. China, August 21-26, 2007.

57. Belozerov G, A.,Tvorogova A, A., Andreev S, P., Mednikova N, M.

Development of Cold Chain In Russia // Proceedings of the 23 rd IIR International Congress of Refrigeration, Refrigeration for Sustainable Development, ID 290, Prague, Czech Republic, August 21 – 26, 2011.

58. Belozerov G, A. Tvorogova A, A., Andreev S, P., Mednikova N, M.

Industrial Safety of Ammonia Systems of Cold Supplying at High Energy Efficiency // Proceedings of the 23 rd IIR International Congress of Refrigeration, Refrigeration for Sustainable Development, ID 292, Prague, Czech Republic, August 21 – 26, 2011.

59. Dibirasulaev M, A., Belozerov G, A., Bolshakov O, V., Application of Regularities of the Theory of Similarity to Optimization of the Technological Process of Meat Refrigeration // Proceedings of the 23 rd IIR International Congress of Refrigeration, Refrigeration for Sustainable Development, ID 334, Prague, Czech Republic, August 21 – 26, 2011.

Изобретения и патенты 60. А. с. 1147904 СССР, МПК 4 F25D13/02. Способ воздушного охлаждения горячих продуктов / Г.А. Белозеров, А.В. Герасимов, В.А. Тихомиров и др. ; заявитель ВНИИторгмаш. – № 3668892/28-13 ;

заявл. 02.11.83 ; опубл. 30.03.85, Бюл.№ 12. – 3 с. : ил.

61. А. с. 1171653 СССР, МПК 4 F25D11/00, F25D17/06. Холодильные витрины / Г.А. Белозеров, А.И. Заплатан, В.А. Тихомиров и др. ;

заявитель ВНИИторгмаш. – № 3702076/28-13 ; заявл. 22.02.84 ; опубл.

07.08.85, Бюл.№ 29. – 2 с. : ил.

62. А. с. 1186908 СССР, МПК 4 F25D17/06. Шкаф интенсивного охлаждения продуктов на горизонтальных сплошных подложках / Г.А. Белозеров, И.В. Боголюбова, В.А. Тихомиров и др. ; заявитель ВНИИторгмаш. – № 3656760/28-13 ; заявл. 03.08.83 ; опубл. 23.10.85, Бюл.№ 39. – 4 с. : ил.

63. Свид. на пром. образец 20013 СССР. Набор холодильных камер / Г.А. Белозеров, Е.М. Захаров, В.Н. Соловьев и др. ; заявитель Люберецкое спец. констр. бюро торгового машиностроения. – № 35496 ; заявл. 12.04.85 ; опубл. 25.03.86. – 5 с. : ил.

64. Свид. на пром. образец 20066 СССР. Витрина холодильная / Г.А. Белозеров, Е.М. Захаров, А.Б. Флегонов и др. ; заявитель Люберецкое спец. констр. бюро торгового машиностроения. – № 35465 ; заявл. 12.04.85 ; опубл. 25.03.86. – 5 с. : ил.

65. Свид. на пром. образец 20014 СССР. Набор холодильных шкафов / Г.А. Белозеров, Е.М. Захаров, А.В. Никитин и др. ; заявитель Люберецкое спец. констр. бюро торгового машиностроения. – № 35497 ; заявл. 12.04.85 ; опубл. 25.03.86. – 5 с. : ил.

66. А. с. 1383063 СССР, МПК 4 F25D19/00. Элемент сборной холодильной камеры / Г.А. Белозеров, Ю.П. Алешин, В.В. Усова и др.

; заявитель ВНИИторгмаш. – № 3973120/28-13 ; заявл. 22.08.85 ;

опубл. 23.03.88, Бюл.№ 11. – 3 с. : ил.

67. А. с. 1564479 СССР, МПК 5 F25D11/00. Способ изготовления устройства для реализации пищевых продуктов / Г.А. Белозеров, В.И. Булыгин, Е.А. Персивер и др. ; заявитель Люберецкое спец.

констр. бюро торгового машиностроения. – № 4337822/40-13 ; заявл.

07.12.87 ; опубл. 15.05.90, Бюл.№ 18. – 4 с. : ил.

68. Патент 2155306 РФ, МПК 7 F28C1/02. Тепло-массообменное и увлажняющее устройство / Г.А. Белозеров, Г.П. Малышев, Ю.В. Пальмин ; заявитель и патентообладатель ВНИХИ. – № 98120717/06 ; заявл. 12.11.98 ; опубл. 27.08.00, Бюл.№ 17. – 4 с. : ил.

69. Патент 2155307 РФ, МПК 7 F28C3/06. Эжекторный охладитель / Г.А. Белозеров, Г.П. Малышев, Ю.В. Пальмин ; заявитель и патентообладатель ВНИХИ. – № 98120961/06 ; заявл. 12.11.98 ; опубл.

27.08.00, Бюл.№ 17. – 4 с. : ил.

70. Патент 2306499 РФ, МПК F25D13/00, A23L3/36, A23B7/04.

Устройство для замораживания и размораживания пищевых продуктов в блоках / Г.А.Белозеров, А.В.Китаев, Ю.В.Пальмин и др. ;

заявитель и патентообладатель ВНИХИ. – № 2005117460/12 ; заявл.

07.06.2005 ; опубл. 20.09.2007, Бюл.№ 26. – 10 с. : ил.

71. Патент 2404348 РФ, МПК E06B3/46. Способ открытия откатной двери холодильной камеры и устройство для его осуществления / Г.А. Белозеров, В.Н. Ломакин, И.А. Поляков и др. ; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИХИ Россельхозакадемии. – № 2009125980/03 ;

заявл. 08.07.09 ; опубл. 20.11.10, Бюл.№ 32. – 7 с. : ил.

72. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2009139994/от 30.10.2009 МПК A23B4/06. Способ охлаждения подвергнутых термической обработке мясопродуктов / Белозеров Г.А., Дибирасулаев М.А., Рыжова С.Г. и др. ; заявитель и патентообладатель ВНИХИ. – опубл. 10.05.11, Бюл.№ 13. – 4 с. : ил.

Обозначения А – амплитуда колебания Nu – критерий Нуссельта температуры, °С Re – критерий Рейнольдса a – коэффициент температуропроводности, м2/с – коэффициент теплоотдачи, аw – активность воды Вт/(м2·K) ср – удельная теплоемкость при i – стабильность i-ой подсистемы – уровень целостности системы постоянном давлении, Дж/(кгК) – коэффициент D – коэффициент молекулярной теплопроводности, Вт/(м·К) диффузии, м2/с – избыточная температура, °С G – пропускная способность п.в. – относительная плотность паров грузопотока, т/сут воды (влагосодержание), кг/м Hi – энтропия i-ой подсистемы – продолжительность процесса, с j – поток массы воды, кг/(м2·с) – относительная влажность, % Кад – коэффициент степени адекватности охлаждающей Подстрочные индексы среды к процессу криостатирования продукта – воздух k – коэффициент массоотдачи, в – вода кг/(м2·с·Па) вод m – величина темпа охлаждения, с-1 – входное значение вх.

– выходное значение N0 – период колебания вых.

– камера температуры, с кам.

– холодильная обработка Р – давление насыщенных паров обр.

– охлаждающая среда воды, Па ОС – пары воды q – удельная плотность теплового п.в.

– поверхность объекта потока, Вт/мпов.

– продукт r. – скрытая теплота прод.

– среднее значение парообразования, Дж/кг ср.

– условный t – температура, °С усл.

– холодильное хранение хр.

– холодильная цепь ХЦ – эквивалентный экв.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.