Введение к работе
і
f с ^
' ' !
''" І Актуальность проблемы. Расширение производства
метрозвмЬрожевных продуктов - один из эффективных путей сокращения отерь сельскохозяйственного сырья, а следовательно, - увеличения объемов родовольственных ресурсов. Именно поэтому за рубежом эта отрасль ищевой индустрии получила значительное развитие. По оценке элыпинства специалистов быстрозамороженные продукты к 2000 году ыйдут на перзое место в качестве основного вида пищи. Эту ситуацию в ервую очередь связывают с урбанизацией во всем мире.
Выпуск быстрозамороженных продуктов в развитых странах достигает В...40 кг на человека в год. Причем ежегодно производство подобной родукции увеличивается на 5...7%. Производство такой продукции рганизовано индустриально на поточных технологических линиях, ключающих на завершающем этапе процесс быстрого поштучного шораживания. Для быстрого замораживания в мировой практике рименяется широкий набор методов и соответствующих им технических зедств. Так, помимо замораживания в потоке воздуха, развивается риогенный метод с использованием азота или диоксида углерода, огружной метод в некипящей жидкости (растворы хлорида кальция, гилового спирта и т.д.), а также применяются комбинации криогенного и эздушного методов.
Отрасль производства быстрозамороженных продуктов развивается и в ашей стране, однако, крайне слабыми темпами. Трудно перечислить ричины отставания производства такой продукции: они стандартны для :ей отечественной перерабатывающей промышленности. Однако следует гметить, что именно в нашей стране Д.А. Христодуло и Д.Г. Рютовым це в 1936 году выполнено первое (по существу-пионерское) исследование, котором научно обоснован принцип быстрого замораживания.
С опозданием на несколько десятилетий отечественная ромышленность приступает к организации новой отрасли пищевого омплекса - предприятий по выпуску быстрозамороженных продуктов. В гой связи актуальной проблемой является создание отечественной орозильной техники, дефицит которой в первую очередь и сдерживает эст производства такой продукции.
Автором предложена научная концепция решения такой проблемы, эторая состоит в комплексном использовании результатов аналитических и іхпериментальньгх исследований по различным научным направлениям: їплофизике холодильной обработки влажных объектов, холодильной
технологии и технике, экономике, теории оптимизации процесса технических систем. Решение проблемы рассматривалось как проце создания и управления сложной научно-технической системой. В связи этим в работе использованы такие методологические подходы системно анализа, как принцип декомпозиции, инструмент ретроспективного анализ элементы синтеза сложных систем.
Исходя из- предложенной научной концепции в основу структуї работы положена следующая схема: от теории и технологии холодильні обработки к холодильной технике и экономике производст быстрозамороженных продуктов. Завершающим этапом решен: поставленной проблемы явились практическая разработка и внедрение производство скороморозильных аппаратов. Посредством этого эта проверена практическая применимость разработанных методов научні технической системы.
Цель работы. Разработка научных основ, методов расчета оптимизации процесса, необходимых для создания конструкций и выбо режимов работы морозильных аппаратов, предназначенных для быстро поштучного замораживания пищевых продуктов.
Б соответствии с выбранной научной концепцией и сформулировнні
целью работы поставлены следующие основные задачи.
-
Выполнить ретроспективный анализ отечественной и зарубежні техники бысгрого замораживания пищевых продуктов с тем, что определить актуальность и перспективность выбранного направлені исследований.
-
Разработать классификацию пищевых объектов замораживания, помощью которой решить следующие локальные задачи:
- определить ассортимент реальных штучных объектов быстро замораживания;
- научно обосновать корректность использования физических моделі
классической формы (пластина, цилиндр, шар) для реальных объекп
сложной геометрической формы;
- определить обощенные теплофизические характеристики объект замораживания для каждого класса, подкласса и группы продукт классификации (характеристики условно-расчетного продукта - УРП);
- разработать адекватные физические и математические модели, а :
их базе - методы инженерных расчетов процесса и оборудования быстро
замораживания.
3. Разработать методику зкспериметальных исследований процесса с
пользованием широкого набора методов замораживания и создать для ее аполнения комплекс лабораторных и пилотных установок.
4. Выполнить экспериментальные исследования, необходимые для под-(ерждения адекватности разработанных моделей процесса быстрого замо-іживания, а также проверки работоспособности предложенных инженерных етодов расчета оборудования.
5. Разработать классификационный ряд отечественных морозильных шаратов с учетом формализованных принципов конструктивного оформлена процесса и избранного ассортимента пищевых продуктов.
б. Разработать методы оптимизации процесса и оборудования в пре-:лах разработанных классификаций объектов замораживания и морозильных іпаратов.
7. Разработать конструктивные и компоновочные решения моро-иьных аппаратов предложенного классификационного ряда.
8, Дать практическую оценку принятых и внедренных в практику ре-«ьтатов исследований, технических решений морозильных аппаратов клас-крикационного ряда.
Научная новизна. Разработана классификация объектов замешивания и на ее основе определены теплофизические характеристики иовно-расчетного продукта (УРП) для каждого класса, подкласса и груп-а продуктов, используемые в расчетах процесса и оборудования.
Предложена математическая модель и метод расчета на ЭВМ продол-ительности замораживания штучных продуктов в широком диапазоне ус->вий организации симметричного теплообмена.
Установлены закономерности и механизм процесса теплообмена при >ктром замораживании сырья, продуктов, изделий животного и істительного происхождения с использованием следующих методов: в угоке воздуха, криогенного (N2,C02), комбинированного (N2 —> воздух, >здух —> N2 ), в нехипящей жидкости (растворе хлорида кальция).
Разработан классификационный модульный ряд морозильных ап-іратов, использующих широкий набор методов замораживания, шпаковочные решения.
Разработаны методы поэтапной оптимизации процесса и
їорудования, посредством которых определяются следующие показатели:
ітимальная скорость замораживания, обеспечивающая максимум
жазателя обратимости, являющегося квалиметрическим комплексным
.3
показателем качества объекта замораживания; оптимальный мет< замораживания, режим и условия его организации, обеспечиваюпр оптимальную скорость процесса; максимум производительности аппарат минимум приведенных затрат (текущих, капитальных) на процеї замораживания.
Практическая ценность, реализация результатов работы. Результат теоретических обобщений и выявленные закономерности нашли применен! при конструировании морозильных аппаратов. В частности, о* использованы при разработке исходных требований, принятых к реализащи - на модуль, производительностью 500 кг/ч, аппарата, использующеі воздушную систему замораживания широкого ассортимента штучнь продуктов;
- на аппарат, производительностью 1000 кг/ч, для растительнь продуктов (ягоды, плоды и т.п.) с в'оздушной - флюидизационной системе замораживания;
- на два аппарата, призводительностью 7О0 кг/ч и 100 т/сутки, дг замораживания в блоках, соответственно, мяса и рыбы контактным методе через металлическую поверхность;
на три аппарата, использующих многозонную азотную систем; производительностью 300 кг/ч -для рыбы, 1500 кг/ч - для птицы, 10( кг/ч - для мясных полуфабрикатов;
на аппарат, производительностью 1000 кг/ч, для замораживаю растительных продуктов комбинированным методом (азот + воздух).
Изготовлены два азотных морозильных аппарата АМА-1000 - ю Актюбинского мясокомбината (Казахстан).
Разработана конструкция воздушного морозильного аппара' периодического действия ЯЮ-ФАС-2 в комплекте с изометрически контейнером ЯЮ-ФКИ-2 для замораживания, накопления и хранені эндокринно-ферментного сырья. Изготовлена опытная партия из пя: аппаратов ЯЮ-ФАС-2.
Разработанные научные методы нашли также практическу реализацию при создании опытно-промышленного образца аппарата Я; ФЗВ, производительностью 1500 кг/ч с механическим транспортирование продукта в некипящей жидкости (установлен в совхозе "Борец" Московсхс области) и экспериментального образца аппарата Я10-БСМ; производительностью 500 кг/ч, с транспортированием продук' гидродинамическим- потоком жидкости.
олучены разрешения Минздрава СССР на использование в юмышленности метода замораживания в растворе хлорида кальция гакованного мяса птицы, плодово-ягодного сырья <№ 123-5/799-7, 123-/1237-7, 143-12/488-71), а также жидкого азота для пищевых продуктов сырья растительного, животного происхождения (№ 143-9/399-11).
Для подготовки специалистов данной отрасли разработаны и изданы [ебные пособия: для студентов ВУЗа - "Технология и оборудование істрозамороженньїх продуктов"; для учащихся ПТУ - "Промышленное юизводство быстрозамороженных пищевых продуктов".
Автор защищает:
1. Научно обоснованную классификацию пищевых продухтов, іьектов быстрого поштучного замораживания как инструмент научных следований и практических разработок.
2.Корректность использования классических моделей простой ометрической формы (пластина, цилиндр, шар) для математического шсания объектов замораживания неправильной геометрической формы.
3. Результаты экспериментальных исследований процесса теплообмена
использованием в широком диапазоне методов быстрого замораживания
[щевых продуктов (в рамках предложенной классификации).
4. Адекватность разработанных физических и математических моделей
альным условиям и работоспособность предлагаемых на их базе
іжєнерньгх методов расчета процесса и оборудования быстрого
мораживания.
5. Классификационный модульный ряд морозильных аппаратов, где следованы следующие методы и определены оптимальные режимы (строго замораживания пищевых продуктов: воздушный, хриогенный (N2, )2), в некипящей жидкости (раствор хлорида кальция), комбинированный [2—> воздух, воздух —> N2).
б. Разработанные методы оптимизации процесса и оборудования [строго замораживания и достоверность результатов расчетов, полученных ям методами.
7. Научную обоснованность, практическую применимость и пшальность выбора основных конструктивных решений морозильных паратов классификационного модульного ряда.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на япозиуме Международного института холода (Ленинград, 1970г.),
ХХШ Европейском конгрессе научных работников мясной промышленное: (Москва, 1980г.), Всесоюзной научно-технической конфереша "Применение искусственного холода для развития производства ] промышленной основе готовых быстрозамороженных блюд" (Москв 1978г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути увеличен! выпуска и сохранения качества пищевых продуктов; внедрение безотходнь и малоотходных тех-нологий на основе искусственного холода" (Тбилис 1984г.), Всесоюзной конференции "Пути интенсификации производства применения искусствен-ного холода .в отраслях АПК" (Ташкент, 1985т. Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсификация производсп и применение искусственного холода" (Ленинград, 1986г.), научной cecci "Нучните исследования и технологичният трансфер - факторя обновление на ХВП" (Пловдив, Болгария, 1988г.), научно-техническі конференции "Применение псевдокипящего слоя и флюидизированнь систем в пищевой, вкусовой и биотехнологической промышленное!! (Пловдив, Болгария, 1989г.).
Результаты исследований опубликованы в трудах ХШ (Вагпингго 1971г.), XVI (Париж, 1983г.) Международного института холода (МИХ симпозиумов МИХ (Ленинград, 1970г.; Варшава, 1972г.; Дрезден, 1990г. XVII, ХХШ и XXV Европейского конгресса научных работников мясн< промышленности (Бристоль, 1971г.; Москва, 1980г.; Будапешт, 1979г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в ; печатных работах. Новизна разработанных технических решений подтвера дена 18 авторскими свидетельствами.
Структура и объем работы. Диссертация включает 5 глав, виводі список использованной литературы (272 наименования) и приложен» Работа изложена на 415 стр., включающих 271 стр. основного текста, рисунка, 15 таблиц, 25 стр. библиографического списка и 118 сі приложений.