автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Повышение эффективности процессов и аппаратов холодильной обработки пищевых продуктов при реструктуризации холодильных объектов в условиях повышенного грузооборота

/ / • О и ^ А //* о

/

Я

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСХСИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ..

!х рукописи

Выгодин Вячеслав Александрович

Повышение эффективности процессов и аппаратов

холодильной обработки пищевых продуктов при реструктуризации холодильных объектов в условиях повышенного грузооборота

Специальности: 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств 05.04.03 - машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Дисседта;у >г ^ , в виде >научнс>к> ДоюОхС^ ейийшж ученой степени доктора технических

,----------------- док ,-----------

X \Ojfl_ Г., №

.НЬ ДОКТОРА

АЙ/

__ наук

\ения ВАК России

Работа выполнена в Московском государственном университете прикладной биотехнологии

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АФАНАСОВ Э.Э.

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор ЛЕБЕДЕВ В.Ф.

доктор технических ааук, профессор БОРЗЕНКО Е.И.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский холодильный институт (ВНИХИ)

диссертации состс 1ссертационного дрственном университете 109316, Москва, ул. Талалихина.

С диссер ацией в виде н , библиотеке МГУПБ.

Отзыв в двух экземплярах, направить в диссертационный &

Диссертация в виде научно' .

-я 1999 г. в 14 часов на 6 01 при Московском ехнологии по адресу:

; \ -ожно ознакомиться в

* зждения, просим

/МЛ999г.

Ученый секретарь дисс-. . д.т.н., профессор ¿0т,

.опов И.И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход Российской Федерации к рыночным отношениям в значительной мере изменил ранее предусмотренные в проектах условия работы холодильных предприятий, в том числе распределительных холодильников, спроектированных и построенных в период планово-распределительной экономики и предназначенных для единовременного длительного хранения пищевых продуктов в больших количествах (общая емкость которых более 1,3млн.т). Этому способствовали сезонность производства продуктов животноводства, ограниченность их ресурсов в стране, территориальная удаленность центров убоя с{сота, а также контроль государства за плановыми поставками и централизованным фондовым снабжением населения.

Важнейший вклад в развитие теории и практики холодильного консервирования и совершенствования процессов и аппатотов для его осуществления внесли: Э.Э. Афанасов, A.C. Большаков, A.M. Бражников, И.А. Герасимов, A.A. Гоголин, H.A. Головкин, В.М. Горбатов, Э.И. Гут /, Н.К. Журавская, Е.С. Курылев, И.А. Рогов, Д.Г. Рютов, Б.С. Тихонов, М.В.Тухшнайд, Д.А. Христодуло, Б.Г. Чижов, ИТ. Чумак, А.П. Шеффер, Э.Алмаши, А. Гак, О. Лонг, Г.Лорентцен, Л. Маттароло, Р. Планк, В. Тамм, X. Юнгникель и др.

Современные условия рыночной экономики выявили сложные „мы при холодильном консервировании пищевых продуктов, в том неритмичное поступление продукции на холодильные предприятия, •:щкя краткосрочного ее хранения, малые партии и т.д. В этом случае происходит возрастание энергозатрат и значительное •-пение естественной усушки мяса, приводящие к повышению -■ амости продукции, что требует реструктуризации существующих

холодильных объектов с решением возникающих при этом следующих научных и технических задач: обоснование малых объемов холодильных объектов для эффективного их использования; совершенствование способов холодильной обработки мяса; увеличение производства мороженого, быстрозамороженных ягод, плодов, овощей и т.д.; обоснование и выбор эффективных ограждений, превосходящих по своим теплофизическим показателям ранее применяемые, а также реконструкция существующих ограждений холодильных объектов без нарушения производственного процесса.

Одновременно должны решаться и другие важные задачи: совершенствование процессов увлажнения и охлаждения реструктуризированных объектов, когда это требуется по условиям хранения и разработка специальных увлажнителей, приборов охлаждения; разработка системы мобильного хладоснабжения на базе жидкого и газообразного азота (ЖГА); повышение эффективности эргономики в подсистеме потребления искусственного холода.

Решение рассмотренных задач по повышению эффективности процессов и аппаратов для холодильной обработки пищевых продуктов при реструктуризации холодильных объектов путем уменьшения их емкостей в условиях повышенного грузооборота позволит значительно снизить энергозатраты на производство и потребление искусственного холода, и значительно улучшить продовольственное снабжение страны, что является актуальной проблемой.

Цель работы. На основании структурного анализа холодильных объектов научно обосновать принципы их реструктуризации, методы ее проведения в условиях повышенного грузооборота без остановки процесса холодильного производства и разработать инженерные средства интенсификации процессов тепло-, массообмена. в аппаратах. Повысить

эффективность эргономики в подсистеме потребления искусственного холода за счет создания теплозащитных и специальных средств для обслуживающего персонала.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- выполнение структурного анализа холодильных объектов и обоснование их реструктуризации в условиях повышенного грузооборота, обеспечивающей снижение энергозатрат на производство и потребление искусственного холода;

- обоснование способа холодильного хранения мяса в подсистеме потребления холода и экспериментальные исследования теплофизических характеристик мяса в широком диапазоне отрицательных температур от 263 до 193 К;

- разработка теплоотражательного материала для повышения тепловой эффективности ограждающих конструкций и кровельных покрытий холодильных предприятий;

- исследование увлажнителей для камер хранения мяса, обеспечивающих снижение усушки продукта в условиях реструктуризации;

- разработка математических моделей процессов массообмена в электроконвективном воздухоохладителе и в электростатических классификаторах капель для создания влагонасыщенной среды в холодильных объектах;

- разработка эффективной проточной системы мобильного хладоснабженш объектов холодильного консервирования на базе использования ЖГА;

разработка

- реструктуризация холодильных объектов и способов холодильного хранения неупакованных грузов на основе принципиально новых технических решений;

- создание теплозащитных и специальных средств, обеспечивающих длительное пребывание и удобство работы обслуживающего персонала в холодильных объектах, а также при проведении работ в аварийных условиях.

Научная новизна. На базе структурного анализа холодильных предприятий составлена их классификация, обоснованы реструктуризация в условиях повышенного грузооборота и способ холодильного хранения мяса, обеспечивающие снижение энергозатрат на производство и потребление искусственного холода.

Разработан теплоотражательный материал со степенью черноты £<0,06 и обосновано его применение для покрытия ограждающих конструкций холодильных предприятий, значительно снижающего радиационную составляющую теплопритоков.

Установлены основные тенденции изменений теплофизических характеристик мяса в широком диапазоне отрицательных температур.

Проведен анализ увлажнителей для камер хранения мяса в влагонасышенной среде и предложен показатель оценки их эффективности.

Разработаны математические модели процессов массообмена в высокоэффективных электростатических классификаторах капель и электроконвективном воздухоохладителе, и на их основе представлены методы инженерного расчета геометрических и энергетических параметров аппаратов.

Обоснован принцип применения проточной системы мобильного хладоснабжения на базе ЖГА, наиболее полно использующей холодильный потенциал криоагента при холодильной обработке пищевых продуктов, и дана оценка эффективности ее работы.

Разработаны теплозащитные и специальные средства для обслуживающего персонала, повышающие эффективность эргономики в подсистеме потребления холода.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. На основании проведенных исследований:

- выполнен структурный анализ холодильных предприятий общей вместимостью 1320,6 тыс. т единовременного хранения и разработаны реструктуризированные Объекты (ПРЗ1 №98116993);

- разработан и внедрен в серийное производство в НИИЭМ Минэлектронпрома теплоотражательный материал ДМПС (патент РФ №2008044, ТУ023.024-93);

- разработаны способы и аппаратура для создания влагонасыщенной среды в низкотемпературных объектах холодильного консервирования пищевых продуктов путем применения вихревых увлажнителей и электростатических классификаторов капель (патент РФ №2112383, ПРЗ №28112289);

- разработаны эффективные приборы охлаждения и конструкции холодильных камер, позволяющие снизить энергозатраты в подсистеме потребления искусственного холода (ПРЗ №98101513, ПРЗ №98120559, ПРЗ №98113098, ПРЗ №98122804);

- предложена система мобильного хладоснабжения объектов холодильного консервирования на базе использования ЖГА (ПС2 №98112280);

- разработаны специальные средства (патенты РФ №№ 2071651, 2071652, 2071654, 2008044, 2074624, 2082469, 2091098, 2092202, 2092634, ТУ6-48-94-92, ТУ17-205.232-01-95, ТУ17-205.232-02-95, ТУ 17-205.232-03-

1 ПРЗ - положительное решение ФИПС по заявке на изобретение.

2 ПС - приоритетная справка ФИПС на изобретение.

96, ТУ17-205.232-04-96) для работы обслуживающего персонала в аварийных ситуациях на холодильных предприятиях и теплозащитные средства (патенты РФ №№ 2008044, 2071658, 2071659, ТУ6-48-94-92), предназначенные для выполнения работ на холодильных предприятиях при низких температурах;

- освоено в Учреждении ЮЛ-34/4 МВД России серийное производство специальных и теплозащитных средств (ТУ17-08-289-89, извещение №1), предназначенных для работы в аварийных ситуациях и выполнения работ при низких температурах;

- по результатам исследований опубликованы как лично, так и в соавторстве: монографии, справочник, учебно-методические пособия:

1. Повышение эффективности работы холодильных предприятий. -М.: Агропромиздат, 1986. - 129 е.;

2. Производство мороженого и вафельных изделий. - М.: Галактика-ИГМ, 1993.-316 с.

3. Быстрозамороженные пищевые продукты растительного и животного происхождения. - М.: Галактика-ИГМ, 1995. - 96 с.

4. Электрофизические методы в холодильной технике и технологии.-М.: Колос. 1996.- 336 с.

5. Теплозащитные материалы и костюмы,- Рязань: Новое время,

1997. - 169 с.

6. Бытовые холодильники и морозильники. Справочник - М.: Колос,

1998.-631 с.; рекомендованный УМО Минвуза РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальностям 070200 и 230100.

7. Методические указания к практическим и лабораторным занятиям для студентов вузов, обучающихся по специальностям 070200, 230100 - 8 работ.

Все публикации используются в учебном процессе (в лекционном и практических курсах) при подготовке студентов специальностей 070200 и 230100, а также специалистами холодильной промышленности.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических советах ОАО "Росмясомолторг" (1986 -1998 гг.), Международной научно-технической конференции "Пища. Экология. Человек" (Москва, 1995), Международной конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств" (Москва, 1996), НТК "Теоретические и практические основы расчетов термической обработки пищевых продуктов" памяти проф. Бражникова A.M. (Москва, 1997), Юбилейной научной конференции "Рыбохозяйственные исследования океана" (Владивосток, 1996), Международной научно-технической конференции "Холод и пищевые производства" (Санкт-Петербург, 1996), Второй Международной научно-технической конференции "Пища. Экология. Человек" (Москва, 1997), Международной конференции комиссий 02/3 и В2 Международного института холода "Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом" (Астрахань, 1997), Научных чтениях памяти проф. Каухчешвили Э.И. (Москва, 1997), Международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии пищевых производств" (Санкт-Петербург, 1998), Всероссийском торговом форуме (Москва, 1998), Международной научно-технической конференции «Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века» (Санкт-Петербург, 1998), в Центральном доме ученых Российской Академии Наук (Москва, 1998).

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА* БИБЛИОТЕКА

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 75 печатных работах (монографии, справочник,- учебное пособие, статьи, доклады и т.д.). Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 22 патентами, положительными решениями ФИПС на выдачу патентов и приоритетными справками ФИПС на изобретения.

Основное содержание работы

Холод имеет большое государственное и экономическое значение для создания и хранения на распределительных холодильниках резервных, сезонных, текущих и страховых запасов скоропортящегося сырья и готовой продукции, обеспечивающих ритмичность производства пищевых отраслей и равномерное снабжение пищевыми продуктами населения в течение года.

При становлении в стране рыночных отношений, когда значительно снижен государственный контроль и регулирование распределения продуктов питания, холодильные предприятия вынуждены работать в условиях неритмичного поступления продуктов и краткосрочного их хранения. При этом частая смена поступления и отпуска продукции вызывает повышенный грузооборот и усушку мясопродуктов, вследствие чего возникает необходимость пересмотра принятых ранее условий работы распределительных холодильников.

Совокупность рассматриваемых процессов и последовательность решения поставленных перед холодильными предприятиями задач можно представить в виде схемы (рис.1).

1.Структурный анализ предприятий. От масштабов технологического применения холода в отраслях АПК, а также рационального размещения холодильников по территории нашей страны существенно зависит количество и качество скоропортящейся продукции и, в конечном итоге, сбалансированность питания граждан России:

Распределительные холодильники

Структурный анализ предприятий

X

Реструктуризация холодильных объектов в условиях повышенного грузооборота

—

Повышение эффективности процессов и аппаратов холодильной обработки пищевых продуктов

Машинная система охлаждения

Исследование

тепло-физических свойств мяса Л, л, с, р

Разработка тепло-отражательного материала

Анализ и

вихревых увлажнителей

Разработка математических моделей электроклассификатора капель жидкости

Ш

Повышение тепловой эффективности холодильных объектов

Повышение эффективности эргономики в подсистеме потребления холода

Разработка математической модели электроконвекгивного воздухоохладителя

Разработка приборов охлаждения

Разработка способов холодильной обработки неупакованных

грузов

Результаты исследований

Рис. 1. Схема исследований

Проточная система охлаждения

Разработка системы мобильного хладоснабжения на базе жидкого и газообразного азота (ЖГА)

Оценка эффективности системы хладоснабжения на базе ЖГА

Выполнен анализ 164 распределительных холодильников общей вместимостью 1320,6 тыс. т единовременного хранения, при этом установлено, что емкость холодильников колеблется от 511 т (Салаватский хладокомбинат) до 33730 т (Мосхладокомбинат №14). Холодильники вместимостью до 4000 т составляют 23,3% от общего их количества. Холодильники вместимостью свыше 4000 т в основном оснащены камерами емкостью более 400 т (свыше 90%).

В целом по стране холодильники размещены пропорционально проживающему населению. Однако в ряде экономических районов Российской Федерации холодильных емкостей немного больше. Так, в крупнейшем Центральном экономическом районе РФ проживает 20,7% населения, а наличие холодильных емкостей - 26,6%, Северном районе -4,2% и 6,1%. В некоторых районах наоборот, например, в Уральском районе это соотношение составляет соответственно 13,9% и 11,4%, в Восточно-Сибирском - 6,2% и 3,5%.

В последнее время резко ухудшилось финансовое состояние промышленных предприятий России. В современных рыночных условиях использование имеющихся емкостей холодильников не превышает 20-35%, в то время как раньше оно доходило до 100%. Низкий уровень использования холодильных емкостей привел к повышению издержек производства, снижению прибыли и рентабельности холодильников и соответственно к повышению стоимости услуг, оказываемых холодильниками.

Выполненный анализ показал, что себестоимость приведенного грузооборота с увеличением вместимости холодильников от 1000 до 34000т снижается в 2,6 раза.

Установлено также, что стоимость усл