автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка и обоснование эффективных холодильных технологий мясопродуктов с использованием термической неравновесности наружного воздуха

< и

На правах рукописи

2 * НОЯ

Шихов Геннадий Леонидович

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЯСОПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМИЧЕСКОЙ НЕРАВНОВЕСНОСТИ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 1997

Работа выполнена в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор МИЗЕРЕЦКИЙ Н.Н. доктор технических наук, профессор КУДРЯШОВ Л.С.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор ХОРОЛЬСКИЙ В.В. доктор технических наук, профессор МАДАГАЕВ Ф.А. доктор технических наук, профессор ОРЕШКИН Е.Ф.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности

Защита диссертации состоится " декабря 1997 г., в /¿/'часов на заседании диссертационного совета Д 064.67.01 при Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 660050, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 1217

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского технологического института пищевой промышленности

Автореферат разослан" » 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Н.Н. ПОТИПАЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На современном этапе в структуре питания населения нашей страны наиболее дефицитными являются продукты, содержащие белок животного происхождения и, в первую очередь, мясо и мясопродукты. Увеличение производства мяса и мясопродуктов зависит от внедрения современных технологий, технических средств, обеспечивающих снижение потерь сырья и готовой продукции и сокращение энергозатрат на их получение. Используемые в настоящее время холодильные технологии и технические средства для получения холода требуют значительных затрат энергии. Средние энергозатраты на производство 1 кг мяса составляют 22,1 кВт ч.

Решение энергетической проблемы, непосредственно связанной с созданием перспективных технологий холодильной обработки мясопродуктов, возможно за счет использования возобновляемых и разработки новых нетрадиционных источников энергии, совершенствования технических средств получения и применения холода.

В разработке энерго- и ресурсосберегающих холодильных технологий и технических средств большую роль сыграли труды отечественных и зарубежных ученых (Христодуло Д.А., Рютов Д.Г., Чижов Г.Б., Чумак И.Г., Головкин H.A., Шеффер А.П., АлямовскиЙ И., Стефановский В.М., Кутателадзе С., Планк Р., Лорентцен Г., Хамм Р., Хоникель К. и др.).

Вместе с тем, применению естественного холода, термодинамическая ценность которого определяется суточной термической неравновесностью наружного воздуха, до настоящего времени практически не уделялось внимания.

Изучение возможности рационального использования наружного воздуха с низкими температурами в холодильно-технологической системе мясокомбинатов и разработка соответствующего оборудования позволит создать эффективные технологии холодильной обработки мяса н мясопродуктов.

Развитие и совершенствование процессов и технических средств холодильной технологии не может быть реализовано без углубления представлений о свойствах мясных продуктов, влиянии на них внешних воздействий и о возможных методах создания максимально благоприятных условий, способствующих сохранению питательной ценности продуктов.

В решении ряда задач этой большой проблемы необходимо отметить роль и значение, которые сыграли труды многих ученых (Большакова A.C., Борескова В.Г., Васильева A.A., Головкина. H.A., Журавской Н.К., Липатова H.H., Орешкина Е.Ф., Павлова Д.В., Рогова. И.А., Соколова A.A., Хорольского В.В., Татулова Ю.В., Хамм Р., Хоиикель К., Пезацки В., Виесмар-Педерсен Д, Вирт Ф.).

Вместе с тем, в работах вышеназванных авторов не все особенности проблемы достаточно хорошо изучены. Производство высококачественных мясных продуктов предполагает использование технологий, позволяющих с принципиально новых позиций максимально сохранить и улучшить исходные свойства сырья за счет дальнейшего совершенствования процессов холодильной обработки, обеспечивая тем самым высокую биологическую ценность вырабатываемых изделий.

В работе основное внимание уделено решению вопросов, требующих теоретических и экспериментальных исследований, в связи с использованием термической неравновесности наружного воздуха в холодильных процессах,в изучении теплопереноса при кипении холодильных агентов в вертикальных щелевых каналах испарителя, поиске и разработке эффективных технических средств использования естественного холода, изучению изменения качества мясного сырья и готовой продукции при использовании высокоэффективных холодильно-гехнологических систем в процессах посола и охлаждения, разработке ресурсо- и энергосберегающих технологий холодильной обработки мяса с пользованием термической неравновесности наружного воздуха.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явились разработка и теоретическое обоснование ресурсо- и энергосберегающих холодильных технологий мяса и мясопродуктов на основе аналитических и экспериментальных исследований использования термической неравновесности наружного воздуха в холодильно-технологической системе предприятий мясной отрасли.

В соответствии с этим были определены следующие основные задачи:

-провести систематизацию и анализ климатических особенностей Восточной Сибири и обосновать пути экономии энергозатрат на получение холода для обработки мясопродуктов посредством использования термической неравновесности наружного воздуха с учетом особенностей работы предприятий мясной промышленности в течение года;

-5- - обосновать наиболее эффективные направления совершенствования структуры и функционирования технологических систем охлаждения и замораживания мяса и мясопродуктов;

- исследовать режимы кипения аммиака, зависимость теплопередачи от геометрических размеров, конструктивных и режимных параметров вертикальных щелевых каналов плоских и пластинчато-ребристых поверхностей испарителей;

- разработать и теоретически обосновать математическую модель процесса переноса теплоты при кипении аммиака в вертикальных щелевых каналах;

- разработать конструкцию аммиачного пластинчато-ребристого испарителя с гравитационной системой переноса теплоты, использованием наружного воздуха и с машинным получением холода для охлаждения мяса и мясопродуктов;

- на основании усовершенствованной холодильно-технологической системы разработать технологию эффективного охлаждения вареных колбасных изделий с использованием разработанных конструкций аппаратов;

- разработать технологию посола мелкоизмельченного мяса раствором хлорида натрия с отрицательными температурами, в том числе с применением электромагнитного поля;

- реализовать разработанные технологические и технические решения на мясоперерабатывающих предприятиях Восточной Сибири.

Научная концепция. В основу выполнения настоящей диссертационной работы положена концепция изучения и анализа холодильно-технологических систем мясокомбинатов как единой цепи промышленной переработки мяса с целью создания энерго- и ресурсосберегающих холодильных технологий и их аппаратурного оформления для предприятий мясной промышленности.

Научная новизна. Теоретически обоснована методология использования естественного холода в холодильно-технологической системе мясокомбинатов. Определены пути экономии энегоресурсов при холодильной обработке мяса и мясопродуктов посредством использования термической неравновесности наружного воздуха в регионах с холодным климатом и создания эффективного оборудования.

Определены приоритетные направления совершенствования структуры и функционирования технологических систем при охлаждении колбасных изделий и

охлаждении и однофазном замораживании мяса с применением крыпшых аммиачных воздухоохладителей с вертикальными щелевыми каналами и использованием наружного воздуха с низкими температурами.

Предложена математическая модель переноса теплоты в вертикальном щелевом канале, позволяющая рассчитать оптимальные конструктивные размеры испарителя.

Установлена оптимальная продолжительность охлаждения вареных колбасных изделий в воздушно-жидкостном потоке, определяющая качественные показатели и потери готовых продуктов.

Практическая значимость. На основе изложенных выше научных результатов диссертационной работы созданы энерго- и ресурсосберегающие технологии и аппаратурное оформление для холодильной обработки мяса и мясных продуктов, защищенных рядом авторских свидетельств и патентами. В частности, разработаны опытно-промышленные конструкции аммиачных испарителей в устройствах для измельчения и посола мяса, охлаждения вареных колбасных изделий и пищевых жидкостей, внедренных на мясокомбинатах г.Ангарска, Иркутска, Братска, Читы, использованы Сибирским филиалом "Оргстройпроект" в разработке проекта пищевого комбината в г.Заравшане.

Разработаны и внедрены в холодильно-технологической схеме охлаждения и однофазного замораживания мяса на Иркутском мясокомбинате технические устройства на базе крышных аммиачных воздухоохладителей с вертикальными щелевыми каналами, использующие низкую температуру наружного воздуха.

Разработана технология охлаждения вареных колбасных изделий в воздушно-жидкостном потоке для цехов малой мощности, расположенных в климатических условиях Восточной Сибири на основе созданной конструкции аммиачного охладителя, позволяющая экономить электроэнергию за счет использования естественного холода.

На основании разработанной математической модели и результатов экспериментальных исследований предложены методики и рекомендации по расчету испарителей, образованных плоскими и пластинчато-ребристыми каналами.

Разработанные в настоящее время на базе изложенных в диссертации исследований энерго- и ресурсосберегающие технологии и аппаратурное оформление для холодильной обработки мяса и колбасных изделий, в комплексе обеспечивающие повышение

эффективности переработки мясного сырья, внедрены на десяти предприятиях Восточной Сибири.

Апробация работы. Результаты научных исследований доложены и обсуждены на ХХШ Европейском конгрессе научных сотрудников мясной промышленности (Москва, 1977 г.); Всесоюзных научно-технических семинарах: "Интенсификация и автоматизация технологических процессов обработки пищевых продуктов (Москва, 1976 г.) и "Технологическое кондиционирование воздуха на предприятиях мясной промышленности (Москва, 1986г.); Всесоюзных научно-технических конференциях: "Пути развития науки и техники в мясной промышленности" (Углич, 1968 г.); "Инженерные методы и технические решения по использованию естественного холода на предприятиях агропрома" (Братск, 1968 г.) и "Холод - народному хозяйству" (Санкт-Петербург, 1991г.); региональных научно-технических конференциях: "Повышение эффективности производства и совершенствования технологических процессов в мясной промышленности" (Иркутск 1964 г.) и "Социально-экономические проблемы труда в новых условиях хозяйствования" (Иркутск, 1990 г.), заседаниях ученых советов ВНИХИ и МГУПБ, семинарах и школах-сработках, проводимых на ВДНХ СССР, на научных чтениях МГУПБ (1997 г.).

Публикации. По материалам, представленным в диссертации, опубликовано 44 научных статьи, обзора, брошюр, в том числе в трудах Европейского конгресса, в материалах Всесоюзных и Региональных конференций, в журналах "Мясная индустрия СССР", "Холодильная техника", "Мясная и молочная промышленность" и др. изданиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, приложений. Основное содержание работы изложено на ¿Мстр. машинописного текста, включает 42 таблицы и 83 рисунка.

Список использованной литературы включает 229 источников, в том числе 66 иностранных.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель работы.

Состояние вопроса

В первой и второй главах дан анализ современных тенденций развития холодильно-те'хнологической системы мясокомбинатов, в частности, совершенствования

технических средств и холодильных технологий мяса и мясопродуктов. Существующие предприятия по переработке мясного сырья предполагают использование холода практически на всех технологических этапах от момента сбора сырья до потребления готовой продукции. Анализ общих путей совершенствования холодильной обработки мясопродуктов показывает тенденцию к использованию естественного холода. Реализация этой проблемы наиболее реальна в районах Западной и Восточной Сибири, где потенциал природного холода наиболее высок.

Развитие и совершенствование процессов и технических средств холодильной технологии не возможно без углубления представлений о свойствах мясных продуктов, влиянии на них внешних воздействий и о возможных методах создания максимально благоприятных условий, способствующих сохранению питательной ценности продуктов.

Проведенный анализ позволил сформулировать основные цели и задачи настоящей работы.

Организация экспериментов. Объекты и методы исследований

В третьей главе для обоснования методики организации экспериментов дана характеристика объектов исследования и технических средот холодильной обработки мясопродуктов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. На первом этапе исследовали особенности гидродинамики процесса (рис.1) и теплоотдачи (рис.2) при кипении аммиака в опытной модели термосифона с вертикальными щелевыми плоскими и пластинчато-ребристыми каналами.

На втором этапе в производственных условиях исследовался процесс теплообмена при посоле мяса раствором хлорида натрия, охлажденного в пластинчато-ребристом испарителе термосифона и инъецируемого в поток сырья в электромагнитном поле, и процесс охлаждения вареных колбасных изделий в воздушно-жидкостном потоке в полупромышленном модуле с использованием аммиачной гравитационной системы охлаждения и пластинчато-ребристого испарителя (Рис.3).

В ходе выполнения работы для контроля температуры были использованы хромель-копелевые термопарты и потенциометр Р-306, шероховатость стенки канала термосифона определялась профилографом-профиломегром блочной конструкции модели 201, температура насыщения в аммиачном испарителе оценивалась по давлению, измеренному образцовым манометром кл. 0,4, взвешивание продукции осуществлялось на весах грузоподъемностью 200 кг с точностью 50 г.

Для определения качественных показателей сырья и готовых продуктов использовали стандартные методы физико-химического контроля в мясной промышленности: определение влагосвязывающей способности,пластичности, липкости, напряжения среза, общих пигментов и нитрозопигментов, отношение показателей окраски в отраженном свете, хлорида натрия, нитрита натрия, выход готовой продукции, микробиологические показатели.

Для обработки экспериментальных данных использовали методы математической статистики и компьютерную технику.

машине

К хо/оаильчсй машине

РисЛСхема экспериментального стенда для исследования гидродинамики и теплообмена при кипении аммиака в вертикальных щелевых каналах; 1 — опытный участок с щелевым каналом:' 2 — термостат; 3 — конденсатор-термостат; 4, 5, — мерная емкость; 6 — емкость для поддержания уровня аммиака в щелевом канале; 7 — устройство регулирования высоты подъема; 8 — электронагреватель; 9 — охлаждающая батарея.

Рис.2.Схема экспериментального стенда для исследования теплообмена в аммиачном пластинчато-ребристом испарителе: 1 —

пластинчато-ребристый испаритель; 2 — мерная емкость; 3 —

уровнедержагель; 4 — дифманометр; 5 — насос; 6 — бак-термостат для рассола, 7 — мерная емкость.

1 - вентилятор; 2 - воздуховод; 3 - испаритель; 4 — поддон для воды; 5 - корпус; 6 -форсунки, установленные над испарителем; 7 - рама с колбасными изделиями при горизонтальной укладке; 8 — форсунки, 9 - смотровое окно, 10 - каплеуловитель

Гидродинамика и теплопереиос при кипении аммиака в плоских и ребристых щелевых каналах и определение температурных параметров в охлаждаемом продукте

В четвертой главе приведены результаты исследований кипения аммиака в вертикальных плоских каналах высотой 0,28 и 0,6 м с шириной щели 1.4; 2,9 5; 6; 10x10"3 м на стальной поверхности с шероховатостью от 0,6-15,5 мкм при температуре кипения 273-243 К и плотнрсти теплового потока от 400 до ЗОООО Вт/м. Согласно полученным данным,по высоте канала можно выделить пять зон с преобладающими режимами

течения. Для всех размеров щелей на начальном участке (зона 1) по высоте канала существовал режим однофазного течения жидкости. Положение фронта однофазного течения аммиака изменялось в зависимости от ширины щели, плотности теплового потока, температуры кипения и переохлаждения. С момента отрыва пузырей пара от поверхности стенки движение хладагента происходит в пузырьковом режиме, характеризующимся перемещением пара в виде отдельных изолированных друг от друга участками жидкости пузырей (зона II). Минимальный перегрев жидкого аммиака, при котором наблюдалось образование "пузырей, составлял 274 К. Режим движения паровых пузырей в виде слитных паровых соединений (зона III) наблюдался по достижении паровыми пузырями размеров щели и уменьшении жидкостных прослоек между пузырьками до определенных значений. Вспенный режим течения двухфазного кипящего потока (зона 1У) характеризовался разрывом пузырей, переносом жидкости паровым потоком в виде капель. Одной из причин разрушения паровых соединений, можно полагать, являются возмущения, вносимые пузырьками, растущими на поверхностях нагрева в пристенном перегретом слое жидкости, и вызывающие деформацию всплывающих пузырей. Течение потока с испарением пленки жидкости на стенке (зона У) имело место при высоких плотностях теплового потока.

Области преобладающих режимов течения аммиака при температуре 273-243 К приведены в таблице 1.

Таблица 1

№№ Ширина пп щели, м Плотность теплового потока

Я<103 Вт/м2 2x10'<я<104Вт/м2 q>104 Вт/м2

1 1,4x10"3 Однофазный поток Слитные паровые пузыри Вспенный

2 2,9x10'3 Однофазный поток Изолированные, слитные паровые пузыри при Т =293-303 К Вспенный

3 6,0x10"3 Однофазный поток Изолированные пузыри Вспенный, частично слитные пузыри

4 1х10'2 Однофазный поток Изолированные пузыри Слитные пузыри

-12В щелевых каналах на всем диапазоне температур кипения аммиака при ц<101 Вт/м2 существовал участок однофазной структуры. В зависимости от ширины канала пузырьковое кипение начиналось при плотности теплового потока 1х103 - 2х103 Вт/м 2 вверху канала. Проводимый в эксперименте регулируемый перегрев аммиака на участке жидкостного коллектора (труба диам. 1,6x10^0 способствовал образованию и развитию пузырей, которые входили в канал более крупных размеров, по сравнению с отрывным диаметром пузыря на стенке канала. Наблюдался устойчивый рост этих всплывающих пузырей.

Для каната с шириной щели 1,4х10"3м при возрастании плотности теплового потока от 1x10 3 до 2х104 Вт/м3 наблюдались режимы отдельных изолированных слитных паровых пузырей, вспенное течение и участки "сухой стенки". Зона отдельных изолированных пузырей быстро сокращалась при возрастании тепловой нагрузки, понижении температуры кипения. При плотности теплового потока более 2x103 Вт/м2 и температуре 263 - 243 К течение слитных пузырей практически начиналось в местах отрыва паровых пузырей от поверхности нагрева. В интервале от 2х104 до 1х104 Вт/м2 режим слитных паровых пузырей являлся определяющим по высоте и занимал всю ширину канала. Имело место совместные течения слитных паровых пузырей и вспенное. Увеличение границ зоны вспенного режима наблюдалось при плотности теплового потока более 1х104 Вт/м 2. Появление «сухих пятен» имело место при тепловой нагрузке свыше 2,1x10' Вт/м2 и температуре 253 К.

Таким образом, было установлено, что устойчивость течения потока кипящего аммиака в вертикальном щелевом канале зависит от плотности теплового потока и температуры кипения. Выявлено, что амплитуда колебания потока возрастает с увеличением плотности теплового потока и понижением температуры кипения.

Фотосъемка процесса кипения и одновременное измерение температуры стенки канала с последующим определением локального коэффициента теплоотдачи позволили выявить влияние развития структуры кипящего аммиака на особенность распределения локальных характеристик теплообмена для канала высотой 2,8x10"' м. Для каналов с шириной щели 1,4; 2,9; 6 х 10"3м тепловых потоков 4200 и 6400 Вт/м2 и температуры кипения аммиака 263 и 273 К в зоне однофазного течения жидкости локальный коэффициент теплоотдачи изменялся незначительно, что соответствовало известному распределению коэффициента, теплоотдачи по высоте обогреваемого канала при конвективном теплообмене с движущейся жидкостью в ламинарном режиме (рис.4 и 5).

щелевом канале б = 1,4 х 10 м, при q = 8400 Вт/м2, Ьн = Н.

¿Те 1С3 И 863К ¿55«

6»б-ю5м —1

-( 1 263К 3 К ^

6 о о,1 о,г о,з о,5 о,б 9? о,8 о,9 е/н

Рис.5. Зависимость локального коэффициента теплоотдачи от температуры кипения при <\ = 4200 Вт/м2,Ьн—Н.

Заметное возрастание локального коэффициента теплоотдачи имело место в зоне действующих центров парообразования. При переходе к режиму слитных паровых пузырей происходил интенсивный рост локального коэффициента теплоотдачи. В зоне вспенного режима течения коэффициент теплоотдачи возрастал по высоте канала не менее интенсивно, чем в режиме слитных паровых пузырей и принимал минимальное значение.

Выявленная зависимость возрастания локального коэффициента теплоотдачи с понижением температуры кипения при определенных условиях в режиме слитных паровых пузырей объясняется тем, что с резким увеличением паросодержания и поверхности контакта всплывающих паровых пузырей со стенкой, перенос теплоты испарением пленки перегретой жидкости с поверхности нагрева становится преобладающим над остальными составляющими суммарного теплового потока.

Интервал изменения плотности теплового потока позволил выявить связь между коэффициентом теплоотдачи и шероховатостью поверхности при различных режимах

аммиака в вертикальном щелевом канале 8= 2,9 х 10~3м при 253 К.

Как показали экспериментальные данные при тепловом потоке 630-1000 Вт/м2 с ростом шероховатости от 0,6 до 15,5 мкм средний коэффициент теплоотдачи практически

не меняется. В опытах выявлено, что при пузырьковом кипении аммиака в пределах шероховатости до б мкм характер взаимосвязи коэффициента теплоотдачи и шероховатостг поверхности меняется в зависимости от плотности теплового потока. Из рис. 7 видно, что при тепловом потоке 4000 и 8400 Вт/м2 средний коэффициент теплоотдачи растет интенсивнее, чем при 10000 Вт/м2.

По визуальным наблюдениям для плотности теплового потока 4000 Вт/м2 по высоте канала существует зона развитого режима отдельных изолированных пузырей, для которого зависимость среднего коэффициента теплоотдачи от шероховатости поверхности более выражена, чем в режиме слитных паровых пузырей.

Рис. 7, Изменение температурного напора от шероховатости поверхности при кипении аммиака в щелевом канале 8 = 2,9 х Ю'!м при ^=253 К.

В эксперименте на опьггной модели было выявлено влияние фактора оребрения стенки канала с шириной щели 5x10"3 и 1x10"2 м с продольными прерывистыми элементами на процесс парообразования, устойчивость и динамику всплывающих аммиачных пузырей. Из опытных данных можно заключить, что характер парообразования и влияние ширины щели плотности теплового потока и температуры на развитие структуры потока в каналах, образованных гладкой и пластинчато-ребристой 8р пю^-ттями в целом подобны. Однако отмечается некоторая особенность течения,

обусловленная прерьтисгым оребрениеы и увеличением высоты канала до 0,6 м. Зарождение паровых пузырей происходило и на поверхности продольных ребер, при этом число центров парообразования было меньше, чем на стенке. В канале с шириной щели 5 х 10~3 м и высотой 0,6 м при температуре кипения 253-243 К наблюдалось слияние отдельных паровых пузырей и течение напоминало режим слитных паровых образований. Разрушение этих малоустойчивых слитных объемов вызывалось деформацией на верхних ребрах. При разрушении паровых пузырей развитие структуры потока принимало характер вспенного режима течения. Продольное прерывистое оребрение в вертикальных щелевых каналах интенсифицирует теплоотдачу при пузырьковом кипении. Так, значение среднего коэффициента теплоотдачи, отнесенного к площади неоребренной поверхности пластинчато-ребристого канала с шириной щели 1x10"2 м при ^ = 273-263 К и ч = 200010000 Вт/м\ возрастало на 25-50 % по сравнению со значением среднего коэффициента теплоотдачи в плоской щели для аналогичных условий. На основании проведенных исследований зафиксировано уменьшение степени влияния плотности теплового потока на изменение' приведенного коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении аммиака в пластинчато-ребристом канале.

Изучение теплообмена при кипении аммиака в каналах, образованных пластинчато-ребристой поверхностью шириной щели 5х10"3 - 1х10'2 м, I й = 273-263 К и плотностях теплового потока от 2000 до 10000 Вт/м2 показало, что изменение начального уровня затопления канала жидким аммиаком влияет на теплоотдачу. С уменьшением начального уровня затопления канала во всем интервале я и ^ коэффициент теплоотдачи возрастал, достигая максимума, а затем уменьшался. Величина оптимального уровня затопления канала ^соответствующая а зависела от ширины щели, плотности теплового потока, температуры кипения аммиака. Проведенные опыты показали существенное влияние ширины щели канала на величину оптимального уровня затопления.

При разработке приближенной модели переноса теплоты в щелевом канале, как элементе охлаждающей подсистемы, решалась задача роста объема всплывающего парового пузыря в щелевом канале на основе уравнения первого закона термодинамики переменной массы, учитывающего изменение энергии за счет прихода и расхода массы

сШ а а аь — = — + ---------+га* - гс" (1)

(1-е <1 т <1т

Из выражения (1) при P0=const получено дифференциальное уравнение роста объема всплывающего пузыря, интегрирование которого

dV с0 с' р' (а'и)"2

-- - (Тх-Т) (2)

dx (3T0,/2*tp"

при Тх' - Т = Т,-, - Т 0 и скорости всплывания u = const дает

ср' AT

V = [Va 12 +-(а'/и) >2II]J (3)

ZP"

Для паровых пузырей, размер которых больше [6/g(p - р" )]1/2 при V»VI} уравнение (3) имеет вид

ДТ р'

V = с V р' с' (-f ( - )"4 Н2 (4)

tp" c>g

где с - числовой коэффициент.

Математическая модель переноса теплоты в вертикальном щелевом канале основывается на возможном разделении отводимого от поверхности нагрева теплового потока на сос тавляющие: q, - тепловой поток на фазовое превращение на поверхности нагрева, q2 - тепловой поток, затрачиваемый на перегрев жидкости, выносимой пузырьками из пристенного слоя в основной объем. При достижении паровым пузырьком размера, близкого к ширине щели канала, возможен • отвод теплоты испарением пристенного перегретого слоя жидкости во всплывающие паровые пузырьки.

При кипении в канале

q = qi + q2 = Vrp'4f= (]+$). (5)

где V - объем всплывающего парового пузырька.

С учетом зависимости (4) уравнение (5) приводится к безразмерной форме

Н

Nu.= сК2,3,3(--------------------)2( 1+5) (6)

V, ДТ'

При £=q,/сь = С- -3а «1 , что соответствует преобладающему влиянию

V ДТ

парообразования при кипении в каналах шириной щели, соизмеримой со значением [ ¿Г/ёСрр")]1/2, формула (6) преобразуется к виду

М„. = сК"?К/4(Н/5)1Л, (7)

Критериальное уравнение (7), дополненное симплексом, учитывающим влияние шероховатости, представляет приближенное математическое описание процесса теплоотдачи в вертикальном щелевом канале

N... = СК.'ХЛН/ЗНИ,/ Я/у4, (8)

где С - числовой коэффициент.

Значения величин с, п,, п2, п3, П4 определялись на основании экспериментального исследования.

Для аммиака, кипящего на трубах при температуре 273-233 К, экспериментально получены значения 4, = (0,83 - 1,92) 10'! м. При течении потока аммиака, когда происходит испарение пристенного перегретого слоя жидкости во всплывающие слитные паровые пузырьки, достигшие размеров щели, отводимый от стенки канала тепловой поток будет расходоваться на увеличение энтальпии перегретой жидкости, окружающей пузырьки (оболочки), что интенсифицирует парообразование на границе раздела фаз.

На следующем этапе работы были проведены исследования изменения температуры мяса говядины и свинины в процессе измельчения, перемешивания с хлоридом натрия и выдержки в посоле. При измельчении мяса на волчке с диаметром отверстий в решетке 2 х 10 "3—6 х 10"3 м его температура возрастала в среднем на 2-3 К и зависела от вида и начальной температуры сырья (рис.8 и 9). При посоле мясного сырья для производства колбас по существующей технологии рассолом с температурой 273 -276 К и подачей его в мешалку в процессе перемешивания температура мяса практически не изменяется. Во время последующей выдержки в посоле мясо постепенно охлаждалось, при этом отводилось количество теплоты, полученное при измельчении его на волчке. Как видно из приведенных данных при традиционной технологии посола интенсивный отвод тепла наблюдался в первые 6-8 часов выдержки мяса, а через 18-20 часов температура его приближалась к температуре окружающего воздуха в камере. Данные рис.10 свидетельствуют, что скорость охлаждения зависит от температуры мяса после измельчения и перемешивания его с раствором хлорида натрия. Так мясо свинины с начальной температурой 283 К охлаждалось на 3 К через 4 часа, а при начальной температуре 281 К через 6-8 часов.

295 292 29{ 290 289 288 28? 286 285 88А 283 282 281 98 0 2?9 2?в 27? 276 2?5 27^

! \

\ 4

1

1 з1

1 \

Л

1 ' ч 1 / 1

> 1 1, N ч

| N ы и

!

[[ I |

• 1 1 | ¡к

I 1 »|

1 1 1 1

1 1 1 1

Тчо!с

Рис, 8. Зависимость средней температуры мяса говядины жалованного первого сорта, измельченного на волчке с диаметром решетки 3 х 10"' м от температуры инъецируемого раствора поваренной соли: 1-273 К и II—258 К, а также при подаче в мешалку (III)-276 К.

и

гае 28? 286 285 284

283

звг 281 2 80 279

г?& 2?? 276

/1

1 Д

я / 2

1 /

1

36 ?2 № 144 180 216 252 289

Т-Ю?С

Рис. 9. Зависимость средней температуры мяса свинины нежирной, измельченного на волчке с диаметром решетки 3x10'3 м. от температуры инъецируемого раствора поваренной соли: 1 -температур раствора 270 К и 2-261 К.

Т,Ч

Рис. 10 .Зависимость температуры мяса от времени выдержки в посоле при температуре воздуха в камере 276 К: 1 — говядина 1 сорта; 2 — свинина жирная, 3 — свинина нежирная

Принимая во внимание полученные данные можно утверждать, что отвод теплоты от мяса при посоле способом инъецирования раствора поваренной соли с низкой температурой, охлаждаемого в аммиачном пластинчато-ребристом испарителе, способствует интенсификации массообмегагых процессов, протекающих при посоле мяса и повышает эффективность работы холодильной установки в целом. Так как при посоле измельченного мяса введение рассола с отрицательной температурой осуществляется под давлением, это способствует более быстрому распределению рассола с посолочными ингредиентами по объему продукта по сравнению с традиционным перемешиванием в большом объеме сырья. Инъецирование рассола под давлением в поток мелкоизмельченного сырья усиливает механическое воздействие на ткань и ускоряет проникновение в нее посолочных ингредиентов.

В настоящей работе автором был проведен теоретический анализ процесса охлаждения вареных колбасных изделий водой и воздухом. Полученные зависимости изменения средней температуры батона диа метром ЫО'мав центре его представлены на рис II.

343

313 303

293 283

* \\ -- V _охллжленмя еоздукллл . охлаждение волей

" \ N у \ \ \ \ --

Ч \ ч \ ч

\ \| ^ А н 7 V N X г

•ч X, С N V ч V

* ■ч N.

п

12 £4 36 48 60

Г«?С

Рис. П. .Изменение средней температуры (!) и в центре батона (2) вареной колбасы диаметром 1 х 10-2 м

Продолжительность охлаждения колбасных изделий до температуры 288 К в центре батона составила: при охлаждении воздухом 7200 с, водой 6120 с. Определены зависимости изменения температуры на поверхности батона при различных значениях коэффициента теплоотдачи (рис.12), которые свидетельствуют, что температура на поверхности батона изменяется более интенсивно при коэффициенте теплоотдачи 200

Рис.12,Изменение температуры на поверхности Батона вареной колбасы диаметром 8х10"г м (А-охлаждение воздухом t=278 К, а=20 Вт/м -2К, Б и В -охлаждение водой t=278 К и а =100 и 200 Вт/м при интенсивности отвода теплоты воздухом (Г) и водой (Д)

Вт/м 2 при орошении водой с температурой 278 К. Однако, несмотря на то, что коэффициент теплоотдачи при орошении водой превышает коэффициент теплоотдачи при воздушном охлаждении, при определенных условиях и времени удельный отвод теплоты при охлаждении воздухом становится выше, чем при охлаждении водой. Свидетельством тому является пересечение линий Д и Г, точка пересечения которых позволяет сделать вывод о целесообразности охлаждения колбас водой и воздухом.

С учетом вышеизложенного процесс охлаждения вареных колбасных изделий может быть разделен на две стадии. На первой стадии необходимо отвести количество теплоты (}, и понизить среднеобъемную температуру приблизительно до 293 К -температуры перехода жира в твердообразное состояние. В течение второй стадии при отводе теплоты <32 средиеобъемная температура батона понижается до 281 К. В общем объеме количества отведенной теплоты от батона величина 02 значительно меньше (2,. Таким образом, на первой стадии охлаждения вареных колбас должно быть отведено как можно большее количество высокопотенциальной теплоты.

Известно, что процесс теплообмена определяется конвективной теплоотдачей от мяса к охлажденному воздуху. Так при охлаждении 1 т свинины с теплоемкостью 3,6 Дж/кг К от температуры 284-285 К до 278-279 К отводится 2i.fi кДж теплоты. При снятии перегрева только на 3-4 К отводится более 11 кДж теплоты. Наши исследования показали,что даже при посоле мяса по действующей в промышленности технологической инструкции понижение температуры рассола с 277 до 258 К значительно снижает температуру мелкоизмельченного мяса.

Как свидетельствуют полученные данные (таблица 2), посол мелкоизмельченного мяса раствором хлорида натрия с температурой 261-258 К способствует повышению влагосвязывающей способности мышечных белков говядины и свинины соответственно на 2,1 % и 3,3 %. Это результаты хорошо согласуются с данными по пластичности мяса. Так, для мышечной ткани говядины пластичность возрастает на 13,4 %, а для свинины на 15,8%.

Таблица 2

Влияние различной температуры рассола и электромагнитных воздействий на влагосвязываующую способность и пластичность мяса говядины и свинины

Показатели Мясо говядины Мясо свинины

275 К 258 К 258К+ Электро- воздейст. 275 К 258 К 258К+ Электро- воздейст.

Благосвязывающая способность, % 71,3 72,8 73,5 64,4 66,5 67,6

±сг 0,35 0,21 0,15 0,34 0,44 0,43

Пластичность, м 2/кг 5,38 6,10 6,27 7,35 8,51 8,76

±о 0,71 0,31 0,44 0,63 0,51 0,35

Анализ экспериментальных данных по посолу мелкоизмельчеяного мяса рассолом с температурой 261-258 К в электромагнитном поле дает основание полагать, что при таких условиях удается не только значительно интенсифицировать процесс охлаждения мяса при выдержке его в посоле (температура снижается на 5-6 К), но и повысить технологические свойства. Так, влагосвязывакнцая способность увеличивалась на 3,1 % и 4,9 %, соответственно, для мяса говядины и свинины по сравнению с использованием при посоле рассола с температурой 275 - 277 К.

Промышленная реализация полученных результатов

Традиционно считается, что основными препятствиями использования воздуха в качестве охлаждающей среды для непосредственного отвода теплоты от холодильной машины являются: сравнительно большая поверхность конденсатора воздушного охлаждения и его масса; дополнительный расход электроэнергии на привод вентиляторов; высокая температура воздуха в летнее время по сравнению с температурой воды. Вместе с тем основой рационального использования природного холода является применение в холодильной установке воздушных конденсаторов. Автором разработана принципиальная схема трехтемпературной аммиачной холодильной установки с воздушным конденсатором и переохладителем жидкого аммиака (рис.13). В схему включен самостоятельный конденсатор термосифона для отвода теплоты от объектов с высокой температурой (например, колбасный цех). Экономия электроэнергии при его использовании будет небольшой, примерно 0,5 % на 1 К переохлаждения, однако это обеспечивает более устойчивую работу включаемого при низких температурах наружного воздуха аммиачного насоса.

Воздушный переохладигель жидкого аммиака рекомендуется применять в целях экономии электроэнергии в находящихся в эксплуатации холодильных установках с оборотной системой водоснабжения, как это показано на схеме (рис.14) установленный на Иркутском мясокомбинате.

РйС-ЛВключение воздушного переохладителя жидкого аммиака в схему холодильной установки с водяным конденсатором: 1 - реле разности температур, 2 — нагнетательный аммиачный трубопровод, 3 -соленолдный вентиль, 4 -конденсатор, 5 -линейный ресивер, -термогильза, 7 -воздушный переохладитель

Рис. 15. Принципиальная схема аммиачной холодильной установки с воздушным конденсатором: 1 - компрессор; 2 - конденсатор термосифона, 3 - отгаивательный трубопровод, 4 воздушный конденсатор, 5 — переохладитель жидкого аммиака, 6 — аммиачный насос, 7 — линейный ресивер, 8 - компрессор нижней ступени, 9 — компрессор верхней ступени, 10-промежугочный сосуд, 11-проходной вентиль, 12 - регулирующий вентиль

Воздушный переохладитель подключается параллельно к существующему жидкостному переохладителю. Когда температура жидкого аммиака после линейного ресивера будет выше температуры окружающего воздуха, включается соленоидный вентиль и жидкий аммиак проходит через воздушный переохладитель и переохлаждается. В случае, когда температура воздуха будет выше температуры конденсации, тогда открывается соленоидный вентиль и отключается электродвигатель воздушного переохлаждения. Аммиак проходит к регулирующей станции холодильной установки, минуя переохладитель. Помимо снижения расхода электроэнергии и износа оборудования, внедрение воздушных переохладителей повышает стабильность эксплуатации, так как поступление переохлажденного жидкого аммиака к регулирующим устройствам обеспечивает их надежную работу.

Проведенные впервые в отечественной практике испытания в промышленных условиях разработанного аммиачного пластинчато-ребристого испарителя позволяют рекомендовать его для использования на предприятиях мясоперерабатывающей промышленности. Применение его для понижения температуры жидких пищевых компонентов стабилизирует микробиологические показатели сырья, позволяет его рационально использовать и сократить естественные потери массы.

В дальнейших исследованиях нами сделана попытка использования при посоле измельченного мяса рассола с температурой 258-261 К, охлажденного в пластинчато-ребристом испарителе, что, как свидетельствуют полученные результаты, способствовало стабилизации технологических свойств сырья за счет более низкой температуры среды. Из представленных данных (таблица 3) можно сделать вывод о том, что тенденция изменения исследуемых показателей для мяса говядины при воздействии рассолов с различной температурой одинакова. Однако величина влагосвязывающей способности, липкости и пластичности зависит от температуры применяемого рассола. При понижении температуры рассола с 273 до 261-256 К уровень влагосвязывающей способности, липкости и пластичности увеличивается для мяса говядины на 6,2-6,4 %, 6,1-6,9 %, 8,210,0 % соответственно. Аналогичные результаты зафиксированы и для мяса свинины. Повышение влагосвязывающей способности мяса при низких температурах рассола можно объяснить менее глубокими изменениями мышечных белков в процессе измельчения, вследствие стабилизации температуры фарша. При этом отмечается и большее количество растворимых белков, о чем свидетельствует более высокая липкость мяса, измельченного с использованием рассола с температурой 258-261К.

Зависимость влагосвязьгвающей способности, липкости и пластичности измельченного мяса говядины от температуры рассола после выделки в течение 8 часов при 273 К и 261 К

Показатели Мясо говядины

Высшего сорта Первого сорта

273 К 261 К 273 К 261 К

Влагосвязываищей способность, % г-^ со VI 62,5 57,5 61,1

±а 0,58 0,63 0,45 0,66

Липкость, Па 2,32 2,48 2,12 2,25

±с 0,01 0,01 0,03 0,02

Пластичность, м2/кг 1,62 1,78 1,57 1,70

± СГ 0,02 0,02 0,01 0,03

Повышение пластичности измельченного мяса при введении рассола с отрицательной температурой и выдержанного в посоле в течение 8 часов при температуре 261 К свидетельствует о лучшей набухаем ости белков, что подтверждается их более высокой влагосвязывающей способностью.

В связи с перспективностью использования при посоле мяса рассолов с отрицательной температурой были проведены исследования влияния последующей выдержки сырья в посоле на цвет и гемовые пигменты мышечной ткани. Согласно полученным значениям отношений показателей окраски (Т) для мяса свинины и говядины можно констатировать, что при посоле сырья рассолом с температурой 261 К в результате набухания мышечных волокон возрастает доля рассеянного света в общем световом потоке по сравнению с образцами измельченного мяса, посоленного рассолом при температуре 275-277 К. При этом наблюдается изменение абсолютных значений Т. Так, для мяса свинины разница в отношениях показателей окраски при посоле сырья рассолом с температурой 275-277 К и рассолом с температурой 261 К составляет при источнике света А 10,5-16,0 %, при источнике света С 12,5-16,5%, а для говядины при источнике света А 11,2-17,8 % и при источнике света С 10,6-16,3 %. Следовательно можно сделать вывод о том, что посветление окраски измельченного и посоленного мяса при температуре 261 К является функцией физико-химических и структурно-механических изменений мышечных волокон.

Так как на стадии выдержки сырья в посоле начинают развиваться процессы

образования нитрозопигментов, ответственных за цвет готового продукта, нами проведена оценка параметров реакции цветообразования на основании измерения уровня МО-пигментов и остаточного содержания нитрита натрия. Доля нитрозопигментов количественно характеризует глубину превращений пигментов. Уровень остаточного ЫаМ02 указывает на степень перехода пигмента в МО-форму.

Согласно полученным данным (таблица 4) следует, что на стадии выдержки сырья содержание нитрозопигментов для мяса, посоленного при температуре 273 К составляет 22,3 % и 28,6 %, а при температуре 261 К - 25,2 % и 32,5 % соответственно для свинины и говядины. Очевидно, что уровень образования нитрозопигментов наиболее высок в мясе, измельченном и посоленном при 261 К.

Таблица 4.

Показатели Мясо свинины н/ж Мясо говядины в/с

273 К | 261 К 273 К 261 К

Общие пигменты, ед. оптической 0,412 0,502

плотности

±ст 0,037 0,042

МО-пигменты, % к общему 22,3 25,2 28,6 32,3

пигменту

±ст 0,01 0,03 0,02 0,02

Остаточное содержание Ыа1\'02, 41,3 34,6 38,6 32,2

млн"'

±а 0,1 0,3 0,3 0,2

С увеличением в образцах количества >}0-питентов содержание остаточного нитрита натрия снижалось и составило для мяса свинины 43,6 млн'1 и 48,6 млн"1 для мяса говядины при общем количестве добавляемого нитрита натрия 75 млн"1. Следовательно, измельчение и посол мяса при использовании рассола с температурой 261 К способствует улучшению цветообразования на стадии выдержки сырья в посоле. При этом также зафиксировано более низкое содержание остаточного нитрита натрия, что может служить доказательством лучшей доступности миоглобина доя МО-ионов.

Из представленных зависимостей (рис.16) видно, что мясо свинины и говядины измельченное при введении рассола с температурой 261 К, достигает более высокой влагосвязывающей способности быстрее, чем образцы фарша, посоленные рассолом с температурой 273 К.

всс,%

60 50 40

РИСЛ. Изменение влагосвязываюшей способности измельченного мяса свинины 1 (о -опьгт, А -кон троль) и говядины 2 (о-опыт, Д -контроль)

Подтверждением лучших технологических свойств мясного сырья, посоленного рассолом с отрицательной температурой, являются данные по выходу готовых колбасных изделий. Как свидетельствуют полученные результаты, выход опытных продуктов превышал контрольные образцы для колбасы "Молочная" в/с на 1,64 %, "Отдельная" 1/с на 1,66 %, а для сосисок "Молочные" в/с на 1,79 %. Сравнительный анализ качественных показателей опытных и контрольных вареных колбасных изделий убедительно свидетельствует о положительном влиянии посола мясного сырья рассолом с температурой 261 К (таблица 6). Из данных таблицы видно, что в результате использования при посоле исходного сырья рассола с температурой 261 К сохраняется более высокая влагосвязывающая способность белков в готовом продукте, который отличается более нежной консистенцией,о чем свидетельствует величина напряжения среза. Так, в опытных изделиях напряжение среза на 12,6-16,3 % ниже, чем в контрольных, массовая доля хлорида натрия и в опытных и в контрольных образцах не превышает нормативных значений. При этом отмечено пониженное количество остаточного нитрита натрия в вареных колбасных изделиях, посол которых осуществлялся рассолом с температурой 261 К.

а г

о з б 9 лг

Продолжительность выдержм в посоле, ч

Качественные показатели вареных колбасных изделий

Показатели Вареная колбаса "Молочная" в/с Сосиски "Молочные" в/с

контроль опыт контроль опыт

Влагосвязывающая способность, % 44,3 46,5 45,1 47,2

±сх 0,12 0,18 0,17 ОДО

Напряжение среза, Па 8,7 7,6 7,2 6,1

±о 0,32 0,24 0,41 0,38

Массовая доля хлорида натрия, % 2,56 2,44 2,30 2,12

±а 0,13 0,11 0,19 0,20

Массовая доля нитрита натрия, млн"1 38,8 32,2 23,7 20,3

±СТ 0,1 0,2 0,2 0,3

Следует подчеркнуть, что практически отсутствуют данные, позволяющие с высокой достоверностью оценить влияние посола мяса для производства колбасных изделий рассолом с отрицательной температурой на цвет готовых продуктов. Результаты таблицы 6 свидетельствуют, что отношение показателей окраски Т для исследованных опытных колбасных изделий соответствует более яркому цвету, чем у контрольных образцов. По-видимому, это обусловлено более лучшим распределением посолочных ингредиентов по объему опытного продукта, что способствует более полному проведению реакции нитрозообразования.

"Уровень остаточного нитрита натрия, учитывая его преимущественное взаимодействие с красящими пигментами мышечной ткани, также свидетельствуют о степени перехода пигментов в нитрозоформу. Согласно полученным данным наибольшее количество нитрозопигментов образуется в опытных колбасных изделиях. Этот уровень для исследованных вареных колбасных изделий превышает контрольные образцы на 3,56,3 %. Параллельно увеличению нитрозопигментов в опытных вареных колбасах наблюдается снижение уровня остаточного нитрита натрия.

В результате тепловой обработки количественное содержание нитрита натрия в опытных колбасах стало ниже, чем в контрольных на 14,3-, 24,3 (таблица 7).

Отношение показателей окраски (Т) вареных колбасных изделий, изготовленных с использованием при посоле рассола с температурой 273 К (контроль) и с температурой 261 К (опыт)

Измеряемые соотношения Источник А Источник С

УА ХНс Ус 2С

Колбаса "Молочная" опыт 1,106 1,098 1,086 1,095 1,112 1,075

и контроль Т

±0 0,02 0,01 0,02 0,02 0,03 0,01

Контроль-контроль Т 0,920 0,870 0,900 0,865 1,005 0,870

±0 0,02 0,03 0,01 0,02 0,03 0,01

Колбаса "Отдельная" 1,112 1,020 1,105 1,120 1,070 1,035

опыт-контроль Т

±0 0,02 0,02 0,01 0,01 0,03 0,02

Контроль-контроль Т 0,940 0,890 0,810 0,890 0,905 0,805

±0 0,01 0,03 0,03 0,02 0,01 0,01

Сосиски "Молочные" 1,095 1,115 1,080 1,075 1,105 0,990

опыт-контроль Т

±0 0,01 0,03 0,04 0,02 0,01 0,03

Контроль-контроль Т 0,910 0,905 0,865 0,8300 0,940 0,810

±0 0,04 0,02 0,02 0,01 0,03 0,03

На основании выполненных экспериментальных исследований разработана и внедрена Временная технологическая инструкция по ускоренному посолу мелкоизмельченного мяса для варенных колбасных изделий путем инъекции раствора поваренной соли с низкой температурой (261 К)

Как показали опыты подача хлорида натрия под давлением и активация ионов натрия и хлора в электромагнитном поле способствует их глубокому и более равномерному проникновению в измельченную мышечную ткань, ускоряя биохимические и физико-химические процессы, повышая водоудерживающую способность мяса.

Качественные показатели вареных колбасных изделий охлажденные водой с температурой 274-278 К (контроль) и рассолом с температурой 266-268 К (опыт)

Показатели Образцы колбасных изделий

Контроль | Опыт

Колбаса вареная "Молочная" высшего сорта

Содержание, %

Влаги 63,6 ± 1,45 64,2 ± 1,27

Белка 8,90 ± 0,60 8,96 ± 0,63

Хлорида натрия 2,23 ± 0,32 2,25 ± 0,20

Содержание остаточного 45,1 ±0,40 40,5 ± 0,37

нитрита натрия,

Выход продукта, % 109,2012,16 109,66 ± 2,04

Колбаса вареная "Свиная" первого сорта

Содержание, %

Влаги 62,3 ± 1,27 63,1 ± 1,38

Белка 8,71 ±0,51 8,77 ± 0,43

Хлорида натрия 2,30 ± 0,19 2,25 ±0,16

Содержание остаточного 40,3 ± 0,33 40,8 ± 0,39

нитрита натрия,

Выход продукта, % 107,71 ± 2,05 108,09± 3,03

Сосиски "Любительские" высшего сорта

Содержание, %

Влаги 63,3 ± 1,19 64,1 ± 1,29

Бежа 8,76 ± 0,55 8,79 ±0,29

Хлорида натрия 2,21 ±0,12 2,15 ±0,23

Содержание остаточного 33,6 ±0,61 34,1 ±0,47

нитрита натрия,

Выход продукта, % 114,25 ± 3,15 114,50 ± 2,61

Данные опытов свидетельствуют, что при воздействии переменного электромагниного поля на соленое измельченное мясо говядины и свинины водосвязывающая способность повышается соответственно на 6,6 % и 3,7 %, что является следствием более лучшего взаимодействия ионов хлорида натрия с белковыми макромолекулами, повышая их дисперсность. Наряду с этим, отмечается увеличение пластичности и липкости фарша по сравнению с традиционным методом посола измельченного мяса рассолом с температурой 273 К. Так, липкость для мяса говядины и свинины возросла на 3,7 % и 1,9 %, а пластичность увеличилась на 8,3 % и 11,9 % при одинаковой продолжительности выдержки мяса в посоле на созревании в течение 6-8

часов.

Как показали исследования, применение для посола мяса рассола с температурой 261 К значительно подавляет жизнедеятельность большей части микрофлоры и в первую очередь гнилостных микроорганизмов. Данные экспериментов показали, что посол мелкоизмельченнсго мяса при температуре рассола 273 К и последующем созревании мяса в посоле снижает микробную обсемененность по сравнению с исходным сырьем на 26 %. Использование при посоле мелкоизмельченного мяса рассола с температурой 261 К позволяет- снизить общую микробную обсемененность на 46 % по сравнению с исходным сырьем и на 26,7 % по сравнению с мясным фаршем, в который вводили рассол при температуре 273 К.

Используя условия климатической зоны Восточной Сибири температуру рассола, применяемого для посола измельченного мяса, можно понизить до 261 К за счет конверсии низкой температуры наружного воздуха.

Технологический процесс производства вареных колбас предусматривает их охлаждение после варки ог первоначальной температуры в центре батона 343 К до 286 К. Затем колбасы доохлаждают воздухом и хранят при температуре не выше 281 К. Автором предлагается осуществлять охлаждение колбасных батонов на первой стадии водой или раствором поваренной соли с низкой температурой и встречным движением воздуха, а на второй стадии обдувом батонов колбас насыщенным потоком воздуха, охлажденным в аммиачном пластинчато-ребристом испарителе при одновременном его орошении охлаждающей жидкостью. При этом сокращается время охлаждения до средней технологической температуры в центре батона по сравнению с применяемыми в промышленности способами до 22 % в зависимости от вида и диаметра батона колбас.

Более ускоренно процесс охлаждения идет при использовании в качестве охлаждающей жидкости раствора поваренной соли с температурой 268-266 К. При этом сокращается продолжительность охлаждения для колбас диаметром батонов

6,5х10"3 м более чем на 900 с.

Для реализации предлагаемых решений было разработано устройство (Ав.св.СССР №635946) с целью быстрого охлаждения колбасных изделий в воздушно-жидкостном потоке, которое прошло испытание в производственных условиях. Предлагаемая конструкция аппарата позволяет экономить до 30 % электроэнергии на выработку холода машинным способом за счет использования естественного холода при подключении

испарителя к гравитационному термосифону при температуре наружного воздуха ниже 263 К.

Результаты испытаний по охлаждению вареных колбасных изделий на опытной установке с использованием в качестве охлаждающей жидкости раствора поваренной соли с температурой 266-268 К показали, что содержание влаги и белка в них было несколько выше, чем в тех изделиях, которые охлаждали водой с температурой 274-278К. Этот факт, очевидно, обусловлен меньшими потерями при охлаждении о чем свидетельствуют данные по выходу готовых продуктов. Так, увеличение выхода колбасы вареной "Молочная" в/с составило 0,46 %, колбасы вареной "Свиной" 1/с - 0,38 %, сосисок "Любительские" в/с - 0,2%.

Органолептическая оценка опытных колбасных изделий была выше, чем контрольных. Результаты микробиологических исследований показали, что между колбасными изделиями, охлажденными водой с температурой 274-278 К и рассолом с температурой 268-266 К, почти нет разницы по количеству остаточной микрофлоры. Наличие бактерий кишечной палочки, сальмонелл сульфитредуцирующих клостридий не установлено.

На основании исследований была разработана и рекомендована к внедрению Временная технологическая инструкция по быстрому охлаждению вареных колбасных изделий в воздушно-жидкостном потоке с использованием раствора №С1 с низкой температурой.

При охлаждении мясопродуктов, в частности, полутуш животных возникают осложнения, связанные со свойствами продуктов и с условиями выполнения процесса. В этой связи нами были проведены опыты по одно- и двухстадийному охлаждению свиных полутуш второй категории упитанности с использованием крышных воздухоохладителей при температуре 270-268 К. На основании производственных испытаний было установлено, что в результате более интенсивного отвода теплоты потери массы полутуш при двух стадийном охлаждении снизились на 0,10-0,12 % по сравнению с одностадийными и на 1,22-1,28 % по сравнению с существующими нормами. Общая микробная обсемененность полутуш на третьи сутки хранения при температуре 277-279К снижается на один-два порядка (таблица 8).

Микробиологические показатели полугуш

Полутуши Микробиологическая обсемененность мяса

До охлаждения После охлаждения через 3 суток

Общая, кл/см! Кише ной палочки Общая, кл/см 2 Кишечной палочки

Охлажденные в две стадии 6,2х105 -И 2,6x103

6,3x10' + З,1х103 -

6,0x10' + 2,2x103 -

6,5x10" + 1,8х103 -

6,1x10" + 2,5x103 +

Охлажденные в одну стадию 6,8x10' + 3,7х!04 -

6,4x10' + 4,5x103 -

6,7x10" 4,8x10" +

6,9x10' + 4,1x10' +

6,1x10" + 3,9x10" +

*+ Обнаружение кишечной палочки * * - Отсутствие кишечной папочки

Полутуши до охлаждения были одинаково обсеменены бактериями из группы кишечной палочки, однако после трех суток хранения на поверхности полутуш, охлажденных в две стадии, этих бактерий обнаружено значительно меньше, чем па полутушах, охлажденных в одну стадию. Бактерии из группы протея и клостридий не выделено.

Анализ' экспериментальных данных по замораживанию мяса с использованием аммиачных крышньзх воздухоохладителей и наружнего воздуха с температурой 251-248 К показал, что нормированная температура замороженного мяса - 265 К в толще бедра на глубине 6x10"3 м достигается к 720x10! с, в то время как применение подвесных воздухоохладителей, работающих от компрессорных установок, позволяет достичь требуемой температуры за более длительный период времени с большими энергетическими затратами. Вместе с тем, потери массы мяса, замораживаемого с применением крьшгных воздухоохладителей, сокращаются на 5-10 % за счет более интенсивного отвода тепла.

Повышение эффективности производства мяса и мясных продуктов в значительной степени зависит от рационального размещения предприятий по

переработке животных. Большое внимание в последние годы уделяется проблеме приближения предприятий по переработке животноводческого сырья к местам его производства с цель«'снижения потерь при перевозке животных. Учитывая это обстоятельство, нами разработан холодильник для малых цехов по переработке сельскохозяйственной продукции, в том числе мясной, с использованием суточного изменения температуры наружного воздуха (Ав. Св. СССР N 1742598).

Для увеличения сезона работы холодильника предложено использовать два аккумулятора. Один аккумулятор - зеротор высокотемпературный. Он заполняется жидкостью, замерзающей при высокой температуре (например, водой); второй аккумулятор - зеротор заполняется низкотемпературным раствором (например, раствором хлористого кальция с криоскопической температурой 262,2 К). Если температура воздуха в течение суток ночью не опускается ниже значений 262,2-272 К, то холод аккумулирует высокотемпературный зеротор. Если же температура воздуха ночью будет ниже 262,2 К, то вступает в работу низкотемпературный аккумулятор. Экономическая эффективность данного холодильника определяется простотой устройства, невысокой стоимостью, возможностью использования холода без расхода электроэнергии и отличается экологической чистотой.

Результаты наших исследований явились основанием для изыскания путей экономии энергозатрат на получение холода при обработке мясопродуктов посредством использования термической неравновесности наружного воздуха, эффективного направления совершенствования структуры и функционирования технологических систем охлаждения и замораживания мяса и мясопродуктов. Исследование режимов кипения аммиака, зависимости теплопередачи от геометрических размеров, конструктивных и режимных параметров вертикальных щелевых каналов позволили разработать конструкцию аммиачного пластинчато-ребристого испарителя с гравитационной системой переноса теплоты, использованием наружного воздуха для охлаждения мяса и мясопродуктов. На основании усовершенствованной холодильно-технологической системы разработана технология эффективного охлаждения вареных колбасных изделий с использованием разработанных конструкций аппаратов. Полученные результаты были учтены при разработке технологических инструкций, дополнений к техническим условиям, рекомендаций по посолу, охлаждению и замораживанию мяса и мясопродуктов и созданием соответствующего оборудования, которые внедрены на ряде мясокомбинатов.

выводы

1. Созданы научно-теоретические и методологические основы холодильных технологий мяса и мясопродуктов с использованием естественного холода.

На основании аналитических и экспериментальных исследований кинетики кипения хладагентов в испарителях различных конструкций при меняющихся внешних тепловых нагрузках сформулирована концепция создания эффективных с высоким энергетическим коэффициентом аммиачных испарителей, позволяющих усовершенствовать холодильно-техологические системы переработки мясопродуктов, интенсифицирующие процессы охлаждения и сокращающие их потери.

2. С учетом анализа и систематизации опубликованной информации о климатических условиях Восточной Сибири и установленной закономерности (тенденции) суточного, сезонного и непрерывного изменения температуры наружного воздуха, разработана методология эффективного использования потенциала естественного холода в холодильно-технологических системах мясокомбинатов, формирующая новое направление в создании холодильной техники и технологии.

3. На основании развиваемых в диссертации представлений о холодильно-технологических системах разработаны теоретические и практические основы использования термической неравновесности (суточной температуры) наружного воздуха в холодильных процессах, что позволило осуществить переход к безмашинному способу получения искусственного холода при значительном снижении энергозатрат на его получение.

4. Выдвинута теория переноса теплоты при кипении холодильных агентов в вертикальных щелевых каналах испарителя при различных плотностях теплового потока, подтверждение которой было доказано экспериментально. Получены критериальные уравнения теплоотдачи в вертикальных плоских и пластинчато-ребристых щелевых каналах обобщающие опытные данные, которые рекомендованы к использованию в конструкторской практике при создании холодильных аппаратов и процессов.

5. Разработан эффективный аммиачный пластинчато-ребристый испаритель промышленного типа, испытанный в производственных условиях с гравитационной системой переноса теплоты и использованием наружного воздуха с температурой ниже 273 К и в системе с машинным получением холода для охлаждения мясопродуктов. По

сравнению с кожухотрубными и пластинчатыми испарителями у разработанного аппарата при одинаковых значениях поверхности теплообмена и мощности на прокачивание хладоносителя энергетический коэффициент выше на 26 %, масса единицы теплообменной поверхности в 3,3-4,6 раза меньше, а стоимость (при сопоставимых условиях) ниже в 2,7-4,6 раза. Экономический эффект от внедрения составил 968 тыс.руб на 1 м2 теплообменной поверхности.

6. Обоснована и внедрена в производство эффективная технология посола мелкоизмельченного мяса путем инъекции в него раствора хлорида натрия с температурой ниже 263 К в электромагнитном поле, повышающая технологические свойства мясного сырья и качество готовых продуктов. Равномерное распределение инъецируемого раствора по всему объему мясного сырья, глубокое проникновение ионов хлорида натрия в мышечную ткань и активизация их взаимодействия с белками сокращает время выдержки мяса на созревании до 4-10 часов.

7. На основании усовершенствованной холодильно-технологической системы разработана и испытана в промышленных условиях технология ускоренного охлаждения вареных колбасных изделий с использованием модульного устройства полупромышленного типа с гравитационной системой переноса теплоты и с аммиачным пластинчато-ребристым испарителем.

8. Результаты выполненной работы в виде нормативной документации, методических рекомендаций, новых технических и технологических решений аппробированы и внедрены на ряде предприятий Восточной Сибири. Общий экономический эффект от внедрения на 01.01.97 года составил 103,4 мли.руб. в ценах 1996 года.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Шихов Г.Л. Ремонт розеток клапанов компрессоров// Холодильная техника, 1972, № 3, с 13.

2. Шихов Г.Л. Соединительная муфта с упругими дисками для рассольных насосов// Холодильная техника, 1972, № 6, с 10.

3. Шихов Г.Л. Двухленточный конвейер для обвалки, жиловки мяса// Мясная индустрия СССР, 1978, № 6, с 16.

4. Шихов Г.Л. Модернизация машины МКЯ-600 для мойки тары// Мясная

индустрия СССР, 1976, Кг 1,с.

5. Кончаков Г.Д., Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. Особенности развития структурных форм двухфазного потока при кипении аммиака в вертикальных плоских щелевых каналах. - Труды ВНИИМП, вып.ХХХ. М„ 1976, с.87-84.

6. Рогозянов В.А., Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. О механизме процесса кипения аммиака в вертикальных каналах с малой шириной щели.-Труды ВНИИМП, вып.ХХХУ.М.,1976,0.80-84,

7. Шихов Г.Л. Эффективность использования воды после душирования колбасных изделий в системах оборотного водоснабжения холодильных установок мясокомбинатов : Обзорная информация (Холодильная промышленность и транспорт). -М.: ЦНИИТЭИмясомолпром СССР, 1977, № 7,с.6-8.

8. Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. Охлаждение вареных колбасных изделий в пенном воздушно-жидкостном потоке: Обзорная информация. (Холодильная промышленность и транспорт). - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром СССР, 1977, с.7-12.

9. Мизерецкий H.H., Шихов Г.Л., Устинов М.Н. О влиянии свойств материала испарителя на теплообмен при пузырьковом кипении. - Реф.журнал "Химия", 1976, № 23, реферат 23И-103-76.

10. Шихов Г.Л. Исследование теплообмена при кипении аммиака в пластинчато-ребристом испарителе// Холодильная техника, 1977, №8, с.28-31.

11. Кончаков Т.Д., Рогозянов В.А., Яшин Г.А., Мизерецкий H.H., Шлейников В.М., Шихов ГЛ., Столяров В.М. Оптимизация технологических: процессов и оборудования как системный метод экономии энергетических ресурсов мясной промышленности - Доклад на XXIII Европейском конгрессе научных работников мясной промышленности СССР, М„ 1976, 7 с.

12. Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. Исследование охлаждения мяса при его измельчении и посоле// Мясная индустрия СССР, 1978, № 8, с.25-27.

13. Шихов Г.Л. Эффективность охлаждения вареных колбасных изделий в пенном воздушно-жидкостном потоке// Холодильная техника, 1978, № 9, с.50-51

14. Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. К расчету коэффициента теплоотдачи при кипении хладоагеятов в вертикальных каналах//Холодильная техника, 1978, № II, с.26-29

15. Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. Использование метода математического

моделирования: ддя определения оптимальной высоты аммиачного испарителя// Мясная индустрия СССР, 1978, № 12, с.27-29

16. Шихов Г.Л., Лапицкий А.Ф. Эффективность применения крышных воздухоохладителей при однофазном способе замораживания мяса// Холодильная техника, 1984, № 3, с.50-51

17. Шихов Г.Л. Пути развития мясной промышленности Иркутского АПК в XII пятилетке// Мясная индустрия СССР, 1987, № 5, с.3-5

18. Шихов Г.Л., Мизерецкий H.H. Устройство для вхлаждения вареных колбасных изделий. A.c. СССР, № 635946,1978, БИ № 45.

19. Шихов Г.Л. Использование белковой пасты для выработки колбас// Мясная индустрия СССР, 1987, № 9, с.29-30.

20. Шихов ГЛ., Мизерецкий H.H. Совершенствование охлаждения вареных колбас// Молочная и мясная промышленность, 1988, № 3, с.9-10.

21. Шихов Г.Л. Эффективность использования естественного холода в мясной промышленности Иркутского АПК. Научно-технический семинар. Тезисы докладов. -Иркутск: 1988, с.21-22,

22. Шихов Г.Л. Снижение усушки колбас при охлаждении// Молочная и мясная промышленность, 1988, № 5, с.24-25.

23. Шихов Г.Л. Пластинчато-ребристый аммиачный испаритель // Молочная и мясная промышленность, 1989, № 3, с.29-30.

24. Шихов Г.Л. Снижение усушки при охлаждении вареных колбас в воздушно-жидкостном потоке. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Пути развития науки и техники в мясной и молочной промышленности" - Углич, 1988, с.89-90..

25. Шихов Г.Л. Интенсификация кипения аммиака в вертикальных каналах испарителей// Холодильная техника. 1989. № 4. с.24-26,

26. Шихов ГЛ. Защита грунта под зданием холодильника от промерзания// Холодильная техника, 1989, № 1, с. 12-14,

27. Шихов ГЛ. Холодильный потенциал Восточной Сибири// Холодильная техника, 1989, № 6, с.7-9.

28. Шихов Г.Л. О заинтересованности работников мясной промышленности

Восточной Сибири в сокращении энергозатрат на производство холода. Тезисы докладов научно-практической конференции "Социально-экономические проблемы труда в новых условиях хозяйствования" - Иркутск, 1990, с,15,

29. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А. Применение естественного холода при производстве мясных продуктов// Молочная и мясная промышленность, 1990, № 2, с. 11.

30. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А. Охлаждение вареных колбас с использованием естественного холода// Молочная и мясная промышленность. 1990,№ 4, с. 16-19.

31. Шихов Г.Л. Тепловая обработка колбасных изделий в двухфазном потоке// Молочная и мясная промышленность, 1990, № 1, С. 15-16,

32. Абдульманов Х.А., Шихов Г.Л. Возможности экономии энергии путем использования.естественного холода при искусственном охлаждении. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству'^ Ленинград, 1991

33. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А., Медникова Н.М. и др. Использование естественного холода на предприятиях мясной и молочной промышленности СССР. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции " Холод - народному хозяйству".-Ленинград, 1991

34. Абдульманов Х.А., Шихов ГЛ. Целесообразность применения воздушных конденсаторов в холодильных установках// Холодильная техника, 1991, № 8, с.4-7.

35. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А. Использование конденсаторов воздушного охлаждения я условиях Восточной Сибири// Молочняя и мясная промышленность, 1991, №5, с.16-18.

36. Шихов Г.Л. Использование естественного холода в мясной промышленности// Достижения науки и техники АПК, 1991, № 10, с.40-41,

37. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А. Охладитель, НР 1742598,1992, БИ23 39.

38. Шихов Г.Л., Абдульманов Х.А. Устройство для охлаждения колбас ных изделий . Патент, НР 1807849,1993, БИ 13

39. Шихов Г.Л. Государственно- кооперативное объединение - эффективная структура производства// Мясная промышленность, 1992, № 1, с.16-17

40. Шихов Г.Л. Охлаждение вареных колбас водой и воздухом//Мясная

промышленность, 1992, № 6, С.20-22,

41. Шихов Г.Л. Использование естественного холода в мясной промышленности Восточной Сибири (Монография). - Иркутск: РИЦ ГП "Иркутскоблинформлечать", 1995, 93 с.

42. Коровай A.A., Мизерецкий H.H., Шихов Г.Л. Расчет производительности скороморозильных аппаратов. - Тезисы докладов к научным чтениям 26 декабря 1996., М.,1997, МГУПБ с.42.

43. Шихов Г.Л. Мясная промышленность Иркутской области (Монография). -Иркутск: РИЦ ГП "Иркутскоблинформпечать" (в печати).

ОБОЗНАЧЕНИЯ

р'с' At q С

Критерии: J а =--Якоба; R,. -- [-]ш - Рейнольдса для

ХР Vа' (р'-р")8

а с

процесса кипения; N„.=-£—————3"2 - Нусельта для процесса кипения;

V (P-P")g

("Zp"? CT

К,=-[-1"2 - Боришаиского.

Ар'с'Л0 (p-p")g

X - коэффициент теплопроводимости, Вт/(м К); с- удельная теплоемкость, Дж/(кг К); g- ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность, кг/м3;

а - коэффициент температуропроводности, м2/с; Т и t - температура, К; i - энтальпия, Дж/кг;

1 - удельная теплота парообразования, Дж/кг; V - объем, м3; и- скорость,м/с;

а - коэффициент теплопроводимости Вт/(м 2К); б- коэффициент поверхности натяжения, н/м; т - время, с; G - масса, кг;

Rj - шероховатость поверхности, мкм; f - частота отрыва паровых пузырьков, 1/с; h - уровень затопления канала, м; Н - высота канала, м; d - отрывной диаметр пузырька, м.

Индексы: ' - жидкость, " - пар, х - координата, ст - стенка, о -

насыщенность, и - начальное, оп - оптимальное, — - среднее, пр - приведенное, шах -максимальное. 1) А л ¡!