автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА БЫСТРОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОТОВЫХ БЛЮД И КОМБИНИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ



авгср:о£рдт| г к к

московский ордена трудового красного знамени технологический институт мнсной и молочной промышленности

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз. .V С С сое 7 Буяноь Олег Николаевич

УДК [637.522+664.684] .037

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ^К БЫСТРОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ. ГОТОВЫХ БЛЮД II КОМБИНИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

ч

Специальность 05.18.12. - процессы и аппараты пищевых производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1985

Работа выполнена ва кафедре "1ололотльные машины" ¡Московского ордена Трудового Красного Знамена технолотес-кого института мясной и молочной промышленности.

Научннй руководитель -Научный консультант -

Офипиадьнне оппоненты

доктор телшпесЕиг наук профессор Э.И.Каухчешнъш

каццндат тезснкесянг наук доцевт К.П.Беагер

— доктор технических наук профессор Гуйго Э.И.

кандидат технических наук ст.в. сотр. Комяков О.Г.

Ведущая организация - завод "1ладопродукт" * I

ВШКТИхолодпрома

Защита диссертации состоится V-Q^^xS 1965 г.

ва заседании специализированного Совета Д.063.46.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте мясноЗ и молочной промышленности по адресу: г. Москва» I098I8, уд. Талалихина 33.

С диссертацией можно ознакомиться в би&яотеке ШИШИ

Автореферат разослав "êH" 1985г.

Учений секретарь специализированного Совета к.т.н. доцент

С.Г.Юрков

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОШ

Актуальность темы. В комплексе мер со повышенно народного благосостояния, ваиечекнта Основными направлениями гконошгчвоко-го в социального развития СССР на 1981 - 1985 годы в на период до 1930 года, утвержденными ЛИ съездом КПСС, первостепенное вникание уделяется более полному обеспечении васедевкя страны вы-сококачествекнши продуктами пятания.

Одшш из путей увеличения выпуска продуктов питания является развитое производства быстрозамороженных готовых бявд а полуфабрикатов.

В соответствии с Постановлением Совета Министров № 675 от 8 августа 1980 года "О мерах со увеличение производства быстрозамороженных продуктов, развитии в улучшении использования холодильного хозяйства" и программой ПЯТ 0.38.03Ц намечено увеличение в нашей стране производства готовых блвд и полуфабрикзтов с доведением объема их выпуска к 1990 году до 540 ткс.т, что позволит не только обеспечить население высококачественными продуктами питания, но и сократить потери денного сельскохозяйственного сырья.

В связи с намечаемым увеличением объема выпуска быстрозамороженных продуктов большая роль отводится создании в освоению серийного выпуска технологического оборудования дзя выработки это! продукции» при этом особое внимание уделяется скороморозилъной технике(как завершающему звену технологичезхоА цепи), недостаток л несовершенство котороЗ на данном этапе одерживает масштабы производства быстрозамороженных продуктов питания. Разработка л создание скороморозильных аппаратов требует изучения процессов, происходящих при замораживании продуктов, и научного обоснования рациональных режимов.

Цель д эалччи исследования. Целью настоящей работы является разработка рациональных режимов и принципа конструктивного оформления процесса быстрого замораживания в потоке воздуха вторых мясных готовых блвд я комбгнгрованных полуфабрикатов, обеепечивавдего энергетическую эффективность, эздбвзьй уровень качества продукта и возможность организация поточного производства.

Дкя достижения поставленной цели необходимо было решить сле-дуизие задачи:

- разработать авалит™""'^ л ^процесс^ заморажзва-

имени К*, I ^€деэнова цНБ имени Н И.

фонд нау^ыи №

нкя мелкокусковых продуктов в потоке воздуха;

- разработать и создать экспериментальные стенды для изучения процесса теплообмена при замораживании продуктов в широко« диапазоне температур* скоростей воздуха я аэродинамики воздушных потоков;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки результатов аналитических решений и выявления рациональных (с позиции энергетической эффективности процесса и качества продукта) условий замораживания готовых блэд и комбшировакных полуфабрикатов;

- разработать основной принцип технического решения воздушного скороморозильного аппарата на основе рациональных режимов организации процесса.

Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая теплообмен при заморажлвании мелкокусковых продуктов в потоке воздуха. Выявлены закономерности изменения основных параметров процесса при замораживании объектов исследования. Разработали рациональные, энергетически эффективные режимы замораживания в потоке воздуха мясных готовых блюд и комбинированных полуфабрикатов. Проведена квалиметрическая оценка качества комбинированных полуфабрикатов после замораживания а в процессе хранения. Обоснован способ рациональной организации замораживания штучных пищевых Продуктов и предложен принцип технического решения воздушного скороморозильного аппарата.

Практическая „ценность. Предложены аналитические зависимости, позволявшие с достаточной для инженерных расчетов точностью определять продолжительность замораживания в потоке воздуха мелкокусковых пищевых продуктов.

Разработаны режимы рациональной организации замораживания готовых Слил и комбинированных полуфабрикатов и принцип конструктивного оформления процесса.

Составлены номограммы для определения параметров процесса при замораживании готовых бдвд и полуфабрикатов, существенно облегчающие разработку исходных требований на скороморозильный аппарат.

Оригинальность технических решений подтверждена авторским свидетельством СССР А 1174694 и положительным решением ВНИИГПЭ на выдачу авторского свидетельства СССР по заявке № 3759087/28-13.

Реализация результатов в птюыжвлвнностзг. Результаты проведенных исследований принята заводом "Хладопродукт "Й1 ШЖИхо-лоддрома в будут использованы Ера разработке скороморозильного аппарата доя готовых блиц н полг^айрзкатов.

Расчетный экономический эффект от внедренгя скороыороззль-ного аппарата составляет 4,6 тыс-руб. в год.

Апробация шботы. Основные положения диссертационной работы Шла доложены и осюуяяены на: Всесоюзном семинаре комиссия по тепло-з ыаосообмеву научно-технического Совета ШНЬЬ'За СССР(Моск-ва, 1984)*, Всесоюзной научной конференции "Проблеьм индустриализация общественного питания страны" (Харьков ,1984); Второй Всесоюзной научно- технической конференция "Разработка процессов получения комбивзровалиах продуктов алтаная" (Москва, 1984).

Пубядкягкга. По результатам исследований, изложенных в диссертанта, сзубгакошво 7 сечатшх работ, в тсы числе I авторское свидетельство; получено такзе полоютельное решение ЕНШГПЭ на выдачу авторского свидетельства.

Структура и объем диссертации. Диссартадая состоят из введе-ш, пята глав, выводов и иридозйниЙ. Работа изложена на 125 с машинописного текста, содержит 35 рисунков в 12 таблиц. Спасокис пользованао2 литературы включает 129 наименований, в то» числе ЗЭ иностранных.

С0Д5Р1АШЕ РАБОТЫ

Во Бвет^екта обоснована актуальность тема и основные дум ее решения.

Первая глава содерхзт анализ развитая производства быстрозамороженных продуктов питания, состояние вопроса их быстрого заморазиванзя, использования скордаорюзялъной техника* ойших тенденций и перспектив их развития, влияния различных режимов замораживания га качественные показатели продуктов в процесса холодильной обработки.

Наряду с дальнейшей разработкой крзогенной техника, особое внимание специалистов ведуяпх стран шра обращено на совершенствование воадуюных туннельных аппаратов. При этом превалирующей является тезденция интенсификации процесса замораживания за счет понижения температуры и увеличения скорости воздуха, что приводят к увеличению общего энергопотребления. В-связа с этш актуальной задачей в области холодильной техшкп я технологии

является научное обоснование, экспериментальное изучение и техническая реализация рационального процесса, обеспечив аицего высокий уровень качества продуктов в условиях минимизации энергозатрат. Эта цель и задачи поставлены в настоящем исследовании.

Вторая глава посвящена аналитическому исследованию процесса теплообмена при замораживании мелкокусковах продуктов.

Математическая модель процесса разработала совместно с кафедрой высшей математики МТМШ под руководством профессора Карпычева В,А. Рассматриваемая задача теплоперевоса решена приближенно на основе метода интегральных соотношений, предложенного Лейбензоном Л.С., с учетом допущений:

- продукт имеет форму неограниченной сластены;

- условия теплообмена симметричны;

- теплофизяческие характеристики продукта изменяются скачком при фазовом переходе и постоянны в пределах одной фазы.

Формулы, принятые нами в качестве исходных, для определения продолжительности каждой стадии процесса имеют вид: первая стадия - охлаждение до криосконической температуры на поверхности продукта: 1

вторая стадия - замораживание до криоскопической температуры в центре продукта: «

ч- -й- ■ * ЧН' (2>

третья стадия - охлаждение замороженного продукта до заданной температуры в его'центре:

Ра,- Ь 1 ~Тщ" О)

го, ся 4 „Тк .

При определении общей продолжительности замораживания мелкокусковых продуктов(на примере комбинированных полуфабрикатов) для упрощения формулы полагали возможным пренебречь первой стадией процесса по следующим причинам:

- при рассматриваемых условиях внешнего теплообмена, даже при самих малых значениях критерия Ы поверхность продукта достигает криоскопической температуры раньше, чем температурный фронт -термического центра;

- как показали экспериментальные исследования, охлаждение продукта несимметрично в первый момент времени, что не позволяет использовать решение для первой стадии, состроенное на допущении о сим-

метричности теплообмена;

- продолжительность первой стадии составляет малую долю от обшей продолжителькости - в средаем 7-8?.

В связи с этим математическая модель для определения общей продолжительности замораживания пластины ю заданной конечной температуры в центре нами предложена в следующем виде:

^ + ^W^^fcfe

где , (5)

L - удельная теплота плавления льда, кДж/кг*, и - относительное количество вымороженной воды в продукте; w- общее содержание водн в продукте, кг; J> - плотность продукта, кг/м3; iL - критерий Био; Ct - коэффициент температуропроводности продукта,м^/с Л - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м*К); tes>~ крио-скопическая температура продукта. К; t^- температура охлаждавшей среды, К; t„- начальная температура продукта, К; tK- конечная температура в центре продукта, К.

Примечание; индекс "I" относится к замерзшей зоне.

Апробирование выражения (4) экспериментальным данными показало, что яа точность результатов расчета продолжительности замораживания значительное влияние оказывает относительное количество вымороженной воды и конечная температура в центре продукта, которые изменяются в зависимости от условий внешнего теплообмена. Поэтому экспериментально на стенде, разработанном на кафедре "Холодильных машин" ИЖШ1 Синцовым H.A. и Ковтузовым Е.В. определили количество вымороженной вода (нет о дом дифференциальной сканирующей калориметрии) и другие необходимые для расчетов теолофизические характеристики в зависимости от температуры, и сравнили полученные результаты с расчитанными по взвестноИ формул ы W- . (6)

Сопоставление показало, что формула (6) не может быть использована а таком виде для определения 6J в комбинированных полуфабрикатах, т.к. недостаточно точно отражает реальную картину вымерзания воды в данном виде продуктов. В связи о этим <1шга. подобрана эмпирическая зависимость, которая справедлива в диапазоне среднеобъемных температур от 0 до -40°С:

¿О в i-y-zi^ (7,

где - текущая средяеооъеикая температура продукта, К.

Среднеобъемную температуру продукта в зависимости от условий внешнего теплообмена определяли из интегрального условия, мпользованного при выводе уравнения (2). Выражение для вычисления имеет ввд: Ы^Ш+И-и,

10+61)- - (8)

В соответствии с »той формулой определяли конечную температуру в центре пластшы, задаваясь требуемой среда«объемной температурой, равной температуре дальнейшего хранения продукта. . Для удобства определения при различных условиях замораживания составлена номограмма.

В расчетах приюты следующие значения теплофизических и других характерно тал комбинированных полуфабрикатов: С =333 кДж/ кг; А =0,47 Вт/(м.Ю; Л»1-2 ВтДм-К); а =1,2.го-7м2/с; а,= 4,5.Х0~7м2/с; £ =0012 кг/м3; и=0,766; 5 =1,4-10~2ы; ¿„ = 293 К; ¿„=271,5 К.

Сопоставление данных, рас читанных по формуле (4) с учетом (7) и (8), показам удовлетворительную сходимость результатов (расхождение не гревыоает ±10$).

В третьей главе рассматриваются технические средства для проведения эксдгриментальных исследований, разработанные и предложенные метод гческие приемы проведения экспериментов.

Экспериментальные исследования осуществляли в широком диапазоне температур и скоростей воздуха. С этой целью были изготовлены стенды для изучения теплообмена при замораживании продуктов и моделирования этого процесса на гидролотке.

Принципиальная схема стенда для исследования теплообмена при замораживании готовых блюд и полуфабрикатов представлена на рис.1. Основным элементом стенда является теплоизолированная камера с грузовым и двумя охлаждающими отсеками. В грузовом отсеке на направшшцих установлена тележка со стеллажами, на которые помещаются либо фодоочхи с бждами, либо противни С' пол^фабрика— тами. В охлаждающих отсеках находятся сребренные батареи и по две пары ве1тшшторов. Батареи охлаждаются жидким азотом, подаваемым из сосудов Дыоара. Регулирование температуры в камере осуществляется изменением напряжения на нагревателе сосуда с помощью автотрансформатора. Вентиляторы приводятся в движение двумя двигателями постоянного тока посредством клпноременных передач.Плав-

и а н

РвсЛ. Принципиальная схема экспериментального стеэда. 1-теияоизслированная камера; 2-вентядятор; 3-оребренная батарея; 4-телехка; 5-полка; 6-провсда от термопар*, 7-датчик-тешгшвр; 8-шшноременная передача; Э, 10-потешшометр КСП-4; П-автотрасфор-ыатор; 12-сосуд Дьшра; ЗЗ-полупроводниковыЗ выпрямитель; 14-злектрод вигатед ь-

вое регулирование частоты вращения вала электродвигателя достигается изменением напряжения сета Беременного тока с помощи) соответствующего автотрансформатора. Для получения постоянного тока используется палупровэднзковый выпрямитель.

Конструкция установки позволяет изменять и поддергивать температуру в камере от 20 до -100°С в обеспечивает скорость воздуха от О до 10 м/о-

Температуру образцов и воздуха в камере измеряли хромель-копэлевнми термошрами, подюпгсеннши к потенциометру КСП-4, а плотность тешговсто потока-двуия датчиками-тепломерами (разработанными в Киевеюм технологическом институте пищевой премшшген-ностя), подключенными к другому потенциометру КСП-4.

Стенд длг гидромоделярования представляет собой совокупность устройств, приспособлений г аппаратуры, позволяющих воспроизводить картину распределения воздушных потоков в поперечной сечений кааерк, применять визуаяыше методы намерения скоростей

воздуха и производить фото-и шюсъемку.

Конструктивное оформление основного элемента стенда-гвдролотка позволило моделировать процесс, учитывая основные требования теории подобия.

Методика экспериментальных 'доследований. Исследования проводили на реальных продуктах« в 1ачестве которых использовали вторые мясные готовые блюда и комбинированные полуфабрикаты, с толщиной образцов 27-2Эмм и начатой, температурой 20°С.

Готовые блвда(говядина тушеная и котлеты крестьянские с гарнирами) замораживали в стандартных двухсекционных форточках из алюминиевой фольги размером 105x^35x31 им массой (двух порций) 0,5 кг. В качестве комбинированных полуфабрикатов использовали пироги с мясной начинкой, выпускаемые опытными партиями заводом "£ладопродукт"М ВНЖГИхолодпрома п маснне рубленые полуфабрикаты с 20? содержанием соевого концентрата (ИСБ) по Т749РСWP258-8I,

Процесс теплообмена изучали в диаизоне температур от -20 до -70°С и скоростей воздуха от 3 до 10 мД, с применением математических методов планирования эксперимента. Определяли п расчитывали следующие параметры процесса: температурное поле замораживаемого объекта,, плотность теплового поюка, среднюю скорость замораживания, коэффициент теплоотдачи и ьродолжительность процесса.

За продолжительность процесса принималась время достижения объектом среднеобъеыной температуры -18°С; сирость замораживания расчитывали в соответствии с рекомендациями Международного института холода.*'

Качественные показатели образцов до и nocie замораживания, а также в процессе хранения определялись по общепринятой методике и выполнены на кафедре "Технология мяса и мясопродуктов" МТШЩ Твгаем И.М. под руководством профессора Жтравской Н.К.

В четвертой главе представлены и рассмотрены результаты экспериментального изучения процесса теплообмена при эаморажива. -нии мясных готовых блцц и комбинированных полуфабрикатов в широком диапазоне температур и скоростей воздуха.

При исследовании характера изменения параметров процесса были реализованы планы матриц полного факторного эксперимента. При этом за основной критерий эффективности принята платность

M?i/ Intematlonat dictionary of refrigerating. Х7.Я, Paris.

тедловбго потока от продукта к воздуху(как непосредственво связанная с энергозатратами), а за вспомогательный - продолжительность процесса, влиящая на производительность скороморозильного аппарата. £ качестве факторов, оказнвагщпх влияние на критерии эффективности рассматривали скорость я температуру воздуха.

Для обработке результатов опытов была составлена эксперимен-талъно-статистнческая модель в виде полинома второй степени.

Анализ тераограмм процесса и кинетика теплоотвода показали, что при замораживании готовых йлад характерен несимы етричинй теплообмен, поскольку заполнение упаковки не исключает образование воздушной прослойки между продуктом и крышкой, которая составляет 2-3% от объема упаковки. Только эта деталь условий упаковки приводит к ухудшению тепдоо&аена на вершей поверхности в 1,2 + 1,5 раза.

При замораживании полуфабрикатов на металлическом противне в мшевт помещения продуктов в камеру, интенсивней охлаждается верхняя поверхность изделия. Однако, по мере охлаждения развитой металлической поверхности и хорошего контакта с ней полуфабриката, от нижней поверхности объекта теплоотвод возрастает и через 12 + 18 ш(в зависимости от условий внешнего теплообмена) температурный фронт полностью выравнивается. Далее процесс осуществляется симметрично.

Математическая обработка уравнений регрессии на ЭВМ позволила получить графическую интерпретации критериев эффективности при различном сочетании факторов, а также картину изменения скорости замораживания и коэффициента теплоотдача.

Вито установлено, что увеличение скорости воздуха выше 6 м/с и понижение его температуры ниже -50°С не приводит к существенной интенсификации процесса.

Полученнне экспериментальные данные позволили проверить адекватность математической модели реальному процессу.

Обоснование рациональной, энергетически эффективной температуры воздуха проведено с использованием термоэкономического анализа. При этом энергетическая эффективность выражена через безразмерный вид приведенных затрат по формуле, предложенной

Ришаром А.Л.: -

т __ Пор

-Щ- * (9)

где Ппр - затраты на замораживание, приведенные к I часу работы скороморозильного аппарата, руб",

% = - выражение стшшоста на выработку холода, руб;

1(м- стоимость едашшк электроэнергия, руб/кВт.ч; Тц - продолжительность цикла замораживания, с(ч);

— затраты электроэнергии на процесс, "кВт;

- суммарный тепловой поток, который необходимо отвести при замораживании, кВт; С - холодильный коэффициент обратного цикла.

Приведенные затраты выражали следующим образом;

(10)

где ЦтЛ*Мб ~ соответственно, цела единицы продукта, холода и электроэнергии на привод вентиляторов, руб/ед",

- соответственно, эксэргяи тепла продукта, экс ер-гиг дня понижения температуры воздуха и организации его движения, кВт.

На рис.2 показаны результаты термоэкономического анализа.

АО

га

Í0 о

1-полуфабрикаты ■ 2-готовые блюда У

"Si

Рис.2. Изменение безразмерных приведенных затрат при замораживании продуктов в потоке воздуха.

При замораживании полуфабрикатов понижение температуры воздуха с -30 до -40°С приводит к увеличению привешенных затрат в 1,4 раза; с -40 до -50°С - в 1,55 раза*, с -50 до -60 - в 1,73 раза. Поэтому очевидно, что холодильная обработка таких продуктов при температуре воздуха -50°С может быть энергетически оправдана в случае, если это приводит к значительному повышение качественных показателей изделий.

Из анализа изменения приведенных затрат на замораживание готовых блвд сделан вывод, что здесь тоже возможно понижение температуры воздуха до -50°С. Но эта возможность также не оправдывается, т.к. при незначительном увеличении приведенное затрат

{.в1,24 раза при понижении температура воздуха с -30 до -40°С и в 1,27 раза - при -40 до -50°С) продолжительность процесса сокращается тоже незначительно(на 20% при понижении температуры с -30 до -40°С в на I9JS - при -40 до -50°С). Креме того, анализ показал, что чем выше цена замораживаемого продукта, тем меньше безразмерный вид приведенных затрат.

Принимая во внимание характер изменения параметров процесса и результаты терюэкономического анализа можно заключить, что энергетически эффективно 2ия замораживания готовых блвд л полуфабрикатов поддерживать температуру воздуха на уровне -40°С при скорости его движения 4-6 м/с.Продолжительность замораживания при таких параметрах воздуха позволяет включать процесс в поточную линию производства этих продуктов.

Комплекс качественных показателей комбинированных полуфабрикатов использовав дня построения квалимэтрической модели и оценки качества полуфабрикатов(на примере рубленых с 20% содержанием ИСБ), замороженных в исследуемом диапазоне скоростей процесса я при хранении.

Свойства продукта, изменение которое в данном технологическом процессе являются существенными, следующие: денатурация белков{М-[-), представленная соотношением фракций адофибрияаярных белков; гидрофильноеть комбинированных фаршей(1^), выраженная BCC(^s) в % от общей влаги и потерями массы при тепловой обработке^») в % к сухому остатку; нежностьСМ» ), за характеристику которой принята пластичность, в mVkt сухого остатка.

При составлении квалнметрической модели за основу принята модель, построенная профессором Бражниковым A.M. В данном случае

эта модель имеет вжд: t (

+• Ш)

где f N( - Mt; Mj - коэффициенты весомости груш свойств;

- размерная оценка соответствующих свойств при различных скоростях замораживания;

Ь, - размерная оценка тех же свойств до замора-

живания, принятая за эталон;

Ss,im - коэффициенты весомости свойств внутри Группы.

Значения весовых коэффициентов распределены следующим образом: М1=0,5*, «2=0,3; М3=0,2; <?5=0,в; &=0,4.

Расчетные данные количественного показателя качества про-

дуктов после их замораживания и в процессе хранения представлены в таблице.

Показатель качества при скорости замораживания ¿>10° м/с

7,8 | 11,6 { 13,0 { 14,6 } 16,3

После замораживания 0,823 0,876 ^888 0,896 0,902

После 20 суток хранения 0,797 0,851 0,866 0,875 0,890

После 30 суток хранения 0,778 0.836 0,85? 0,865 0,882

После 60 суток хранения 0,751_0,816 0,827 0,839 0,859

Результаты количественной оценка качества рублевых полуфабрикатов свидетельствуют о существенном повышении значения этого показателя при скорости замораживания от 7,8.Ю-6 до 11,6* Ю-6 м/с (в среднем на 7%) и снижение темпа его роста при дальнейшем увеличении скорости процесса до 16,Ю ц/с. Аналогичный характер изменения показателя качества отмечается и в процессе хранения.

Диапазон скоростей замораживания (11,6 + 16,3).Ю-6 м/о обеспечивается при температуре воздуха от -40 до -70°С я его скорости 4-6 м/о.

Принимая во внимание, что показатели качества продуктов при температуре воздуха -40 и -50°С незначительно отличаются друг от друга(не более, чем на с позиции энергетической эффективности процесс замораживания целесообразно осуществлять при температуре воздуха на уровне -40°С и его скорости 4-6 м/с.

Оценивая рациональные режимы замораживания готовых блвд, принимали во внимание известные рекомендации, что при скорости замораживания от 2,8 до 13,8.10т6 м/с обеспечивается высокий уровень качества продукта.Энергетически эффективные режимы замораживания готовых бгащ, в данном случае, обеспечивают скорость процесса на уровне 9,0.Ю-6 м/с, поэтому считаем, что заданный уровень качества при это» будет гарантирован.

С целью обоснования конструктивного оформления процесса замораживания готовых блвд и полуфабрикатов с учетом разработанных режимов, были проведены модельные исследования аэродинамики воздушных потоков в поперечном сечении модели скороморозильного аппарата.

Моделирование обтекания воздухом продукта на гидролотке о использованием визуальных методов наблюдения, фото-и киносъемки процесса позволили сделать вывод, что при использования 2-х сторонней симметричной циркуляции воздуха в туннеле скороморозильного аппарата, продукт, расположенный в различных сечения туннеля, замораживается практически одинаково.

Обработка экспериментальных данных позволила получить критериальную зависимость, аппроксимирующую условия теплообмена при рассматриваемой системе воздухораспределения:

Яа =3,Ше*'* <12>

За определяющий размер принята длина стеллажей по направлению движения потока воздуха; за определяющую температуру- температура охлаждающего воздуха.

Моделирование процесса замораживания дало возможность внести конструктивные предложения до организации формы туннеля и рациональному размещению в нем продуктов.

В пятой главе представлена прикладные аспекты результатов исследований.

На основании аналитических и экспериментальных данных составлены номограммы для определения параметров процесса при замораживании готовых блюд и полуфабрикатов. Номограммы позволяют определить скорость и продолжительность замораживания, плотность теплового потока, в также температуру и скорость воздуха, его обеспеча-вавдие. Для этого достаточно задаться одним из указанных параметров и значением среднеобъемной температуры в конце процесса(ркс.Э),

ю

^------- - и-Ю6н{с

Рио.З. Ноыограша для определения параметров процесса при замораживания готовых блхщ.

При экспериментальном исследовании процесса теплообмена зафиксировало, что тешгоотвод при замораживании полуфабрикатов и готовых йшд максимален в течении 5 я 10 минут соответственно, а затем интенсивность его значительно снижается (рас.4). Значит, холодильный потенциал воздуха используется не в полной мере.

Если обозначить - как холодильный потенциал воздуха,

т.е. тот максимально возможный удельный тепловой поток, котори2 способен отвести от продукта воздух с заданной температурой и скорость», а 9внутр - как действительное среднеинтегральноэ значение плотности теплового потока, отводимого от продукта за полный цикл замораживания,то очевидно, что отношение

1а = =£ (13)

Ценеши х

будет выражать ни что иное, как оптимум, пря котором в лаксяыаяь-вой степени используется холодильный потенциал воздуха и, соответственно, затраченная электроэнергия.

Т. . г

г,тн

о

Рис.4. Кинетика теплоотвода при замораживании в потоке воздуха с температурой -40°С и скорость» 6 м/с готовых блвд(а) и кшСанированные полуфабрикатов(б).

Обеспечение такого соотношения на протяжения всего цикла холодильной обработки, несомненно, характеризовало бы процесс как наиболее энергетически эффективный.

Рассмотрим возможность реализации такого цикла ва принятия объектах исследования. Дта этого достаточно "разбить" весь отрезок времени теалоотвода, например, на четыре часта и организовывать процесс так, чтобы на каядон из четырех участков замораживания относ:ение(13) максимально при&ижалось к едиоде. Этого

можно добиться изменением величины внешнего воздействия на каждом участке, варьируя температурой и скорость» воздуха. Очевидно, что чем больше число этапов, тем белее эффективным будет процесс в целом.

Еа рис.5 показана циклограмма изменения параметров охлавда-хг<!ей среды при четырехэтапнои замораживании готовых блвд я полуфабрикатов, в результате которого обеспечивается повышенное соот-

ношение В

и 1

л-«'5

ю

6 к

а

-ад

3 1 1 1 11 . _ ,

3 т 1 6 !

4^,73 \

8

'35 -кО

Рис.Циклограмма изменения параметров ооыгавдадцеД среды при замораживания: а-готовых йшц; б-аолуфабрикатов.

Таким образом, для рациональной (учитывая ) организация процесса замораживания необходимо многократно изменять параметры охлаждающего воздуха. Это возможно при использования скороморозильного аппарата, состроенного на модульном принципе. 5 таком аппарате каждый модуль представляет собой самостоятельную секши, содержащую воздухоохладителя(охлаждающий блок) и устройства для транспортировки продуктов(грузовой блок), расчитенную на определенную производительность. Поэтому при наборе необходимого числа модулей(что определяется по требуемой производительности аппарата) в каждом из независимо друг от друга можно изменять параметры воздуха; при этом кажщй грузовой блок поочередно проходит все четыре этапа.

Подобное конструктивное решение,помимо рационального использования холодильного потенциала воздуха, позволят сочетать требования холодильной технологии с основным законом современного машиностроения - максимальным использованием унифицированных элементов, узлов и деталей.

Опытный образец аппарата намечено выпустить(согласка договора шяммпа с СКО ННЙКТИхолопром) в 1988 году. Расчетный экономический эффект от внедрения одного аппарата составляет 4,6 тыс. руб в год. ■) 5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель процесса теюгообыепа при замораживании мелкокусковых гащевах продуктов. Обработка получении зависимостей о применением ЭШ я сопоставление результатов о экспериментальными данными свидетельствует об их адекватности.

2. Установлен характер изменения основных параметров процесса при замораживании объектов исследования в широком диапазоне температур в скоростей воздуха.

3. На основании термоэкономического анализа замораживания готовых &тад и полуфабрикатов получены зависимости приведенных затрат от температуры воздуха.

4. Разработка квалиметрической модали позволила провести обобщенную количественную оценку качества комбинированных полуфабрикатов в исследуемом диапазоне скоростей замораживания и в процессе хранения.

Установлены рациональные, энергетически эффективные режимы замораживания готовых блсц и комбинировавшее полуфабрикатов в потоке воздуха, обеспечивающие заданный уровень качества продуктов. €. Составлены номограммы для определения параметров процесса при замораживании готовых бйад и комбинированных полуфабрикатов(на основе аналитических решений и экспериментальных данных, обработанных на ЭШ), которые могут быть использованы при проектировании скороморозильного аппарата, в инженерных расчетах и учебном процессе.

7, Обоснован способ рациональной организация замораживания штучных пивевых продуктов с изменявшимися во времени параметрами охлаждающего воздуха и предложено конструктивное оформление процесса, построенное на модульном принципе.

8. Результаты проведенных исследований приняты заводом "Хтадо-продукт**£1 ВНИКТИхолодпрома и будут использованы при разработке скороморозильного аппарата модульного типа, опытный образец которого будет выпущен в 1928 году. Расчетный экономический эффект от внедрения одного аппарата составляет 4,6 тыс.руб в год.

По материалам диссертация опубликованы слэдугаке работы:

I. Влияние скорости замораживания на свойства быстрозамороженных комбинированных полуфабрикатов/Венгер К.П. .Тпгай И.М. .Буянов О.Н.-В кк:Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания (технология, аппаратурное оформление, опттжизация): Материа-

ли Второй Всесоюзной научно-технической кон$.,-U.,1984,с.227.

2. Луравская Н.К. .Тггай И.М. .Буянов С.Н. .Бухтеева D.M. Влияние условий замораживания н продолжительности хранения на качество мясных рубленых полуфабрикатов.-Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Проблемы индустриализации общественного питания страны" .-Харьков,1984,0.26-27.

3. Собяюша A.A. .Сивачева A.U. .Бенгер К.П. .Буянов О.Н. Разработка рационального режима замораживания пирогов с мясной начинкой.-Холодильная техника,1985,WI, с, 17-20.

4. Качественные показатели быстрозамороженных комбинированных рублевых полуфабрикатов в зависимости от условий теплоотвода и продолжатель кая Н.К.,Венгер К. П..Буянов О.Н. и др.-В cd;" качества белковых продуктов

5. Буянов О.Н.,Бенгер К,П.»Колтыпин C.B. Совершенствование процесса замораживания готовых блюд.-Холодильная техника,1985,*?,

о.12-15.

6. Авт.свил.Щ174694(СССР).Скороморозильный аппарат для штучных пищевых продуктоа/Буянов О.Н.,Бенгер К.П. .Каухчешвита Э.И. и др.-Опубл.в Б.И. 1985,»31,

7. Способ консервирования мясных полуфабрикатов и готовых бляд /Буянов О.Н.,Бенгер К.П. ,5уравская Н.К. .Каухчешвили Э.И. и др,-Псложительное решение ВНИИШЭ о выдаче авторского свидетельства СССР ПО заявке * 3759087/26-13.

мясной н моя

-M.,1985,С,95-101

Заказ 13 Тираж 100

Формат 60x84/16 - 1 п.л. - 1,04 уч.-изд.л.

Механизированное множительное производство вВИИМПа