Холодильная техника

Холодильная техника применяется с каждым годом все более широко, захватывая практически все отрасли народного хозяйства. Несмотря на многообразие отраслей и технологических процессов, в которых используется холод, холодильные установки в главных элементах схожи между собой. Основное различие заключено в системах отвода теплоты – охлаждающих системах. В связи с этим, изложение курса «Холодильные процессы и оборудование производства» проводится с общих позиций, без привязки к конкретной отрасли промышленности. Предметом данного курса являются основы производства искусственного холода.

Впервые понятия теплоты и холода были даны более двухсот лет назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым в его труде «Размышления о причинах теплоты и холода» (1747 г.). Ломоносов писал: «Природа тепла и холода одинакова, а сами понятия относительны».

Этот постулат лежит в основе современного определения понятия «холод», как теплоты, отводимой от тела, температура которого ниже окружающей среды.Сам процесс отвода теплоты называют охлаждением.

Холодильная техника (а в контексте вашей специальности - Холодильные процессы и оборудование производства)занимается изучением вопросов, связанных с охлаждением самых различных тел и поддержанием температуры в пространстве или веществе нижетемпературы окружающей среды.

Если температура тела вышетемпературы окружающей среды, такое тело называют горячим, теплым или нагретым, а самопроизвольное понижение его температуры до температуры окружающей среды называют естественным охлаждением.

Машинный способ охлаждения - охлаждение с помощью специальных охлаждающих устройств - холодильных машин и установок.

Холодильная машина – комплекс технических средств, при помощи которого осуществляется процесс отвода тепла от менее нагретого тела к более нагретому за счет совершения внешней работы.

Холодильная установка представляет собой совокупность холодильных машин, аппаратов и сооружений, предназначенных для производства и применения искусственного холода.

В этом смысле холодильная установка в дополнение к четырем основным элементам, составляющим холодильную машину (или в дополнение к основным элементам систем безмашинного охлаждения), включает в себя еще аппараты, приборы, трубопроводы и даже сооружения, необходимые как для совершения технологических процессов при низких температурах, так и для рациональной эксплуатации холодильного оборудования при длительном промышленном использовании.

Применение холода.

В настоящее время холодильные машины применяют в системах комфортного и технологического кондиционирования воздуха.

В машиностроении и приборостроении холодильные установки всех типов используют для испытаний при низких температурах машин и аппаратов, предназначенных для работы в северных районах.

В строительстве холодильные установки используют для замораживания грунтов при подземных работах (метро), при строительстве туннелей, плотин и др.

Широко используют искусственный холод в химической, газовой и нефтяной промышленности при производстве пластмасс, синтетическо-I о каучука, сжиженного природного газа и др.

Без использования искусственного холода были бы невозможны успехи в современной науке, развитии электронно-вычислительной техники и др.

Особо значительна роль искусственного холода в медицине для сохранения крови, кожи и других органов, используемых для пересадки, а также для искусственного понижения температуры человеческого тела (гипотермия) при операциях.

Кроме того (куда ж без этого) современные достижения в спорте (коньки, хоккей, фигурное катание) стали возможны лишь с использованием искусственных ледяных полей.

Однако, главным потребителем холода является все же пищевая промышленность. Воздействие холода на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования, вызывает минимальные изменения их основных свойств: питательной ценности, вкуса, массы, внешнего вида. В общемировом масштабе наблюдается дефицит продуктов питания, обусловленный, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии обеспечить себя необходимым рационом питания. В то же время, по данным Международного института холода, ежегодно теряется до 30% (около миллиарда тонн) всех производимых в мире продуктов.

Основные продукты питания человека – мясо, рыба, молоко, яйца, овощи, фрукты – относятся к скоропортящимся продуктам. Высокое содержание влаги в этих продуктах создает условия для интенсивного развития микробиологических и биологических (ферментативных) процессов. Под действием микроорганизмов и тканевых ферментов происходит процесс распада сложных органических веществ, являющийся основной причиной порчи пищевых продуктов.

Существует много способов консервирования (т.е. сохранения) продуктов, основанных на воздействии различных, химических и биологических факторов, влияющих на активность микроорганизмов и тканевых ферментов: сушка, соление, вяление, квашение, копчение, пастеризация, стерилизация, обработка холодом и др.

Лучшим способом консервирования является тот, при котором возможно более длительное хранение продукта с наименьшими потерями пищевой ценности и массы. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает применение искусственного холода.

Объяснением тому является тот факт, что температура среды существенно влияет на активность, скорость роста и размножения, продолжительность жизни микроорганизмов. Причем одни микроорганизмы проявляют наибольшую активность при более низких температурах, другие – при более высоких. В связи с этим, микроорганизмы, составляющие микрофлору сырых пищевых продуктов, разделяют на три группы: психрофильные (психрофилы), мезофильные (мезофиллы) и термофильные (термофилы). Температурный диапазон активности перечисленных микроорганизмов приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Температурный диапазон активности микроорганизмов

Основные понятия холодильной технологии

На пищевых предприятиях холод используется при промышленном производстве многих пищевых продуктов и при их хранении. Воздействие холодом на пищевые продукты может быть различным, в зависимости от цели. В связи с этим, выделяют два основных понятия холодильной технологии пищевых продуктов: холодильная обработка и холодильное хранение.

Холодильная обработка включает процессы охлаждения, подмораживания, замораживания, домораживания, а также отепления и размораживания. Цель холодильной обработки – изменение температуры продукта как главного параметра холодильной технологии.

Охлаждение – процесс отвода теплоты от продукта с понижением его температуры в толще не ниже криоскопической. Криоскопической называют температуру начала замерзания тканевого сока. Срок хранения охлажденных продуктов не превышает нескольких дней.

Подмораживание – процесс отвода теплоты от продукта с понижением его температуры несколько ниже криоскопической, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое. Продолжительность хранения подмороженных продуктов увеличивается в 2÷2,5 раза по сравнению с охлажденными.

Замораживание – процесс отвода теплоты от продукта с понижением температуры в толще значительно ниже криоскопической. При замораживании пищевых продуктов тканевая жидкость, содержащаяся в продукте, превращается в лед. Замораживание продуктов обеспечивает стойкость продуктов при длительном хранении.

Домораживание – понижение температуры продукта до заданного уровня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.

Отепление – подвод теплоты к охлажденному продукту с повышением его температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.

Размораживание – подвод теплоты к продукту с целью декристаллизации содержащегося в них льда. При размораживании температура продукта повышается до 0^оС, при этом кристаллы льда плавятся, и ткани поглощают влагу.

Отепление и размораживание выполняют перед реализацией, кулинарной или промышленной переработкой. Цель этих операций – доведение продуктов до состояния, близкого к исходному.

Холодильное хранение – это хранение продуктов в охлажденном подмороженном и замороженном состоянии при заданном режиме в камерах хранения. Основная задача холодильного хранения – торможение всех изменений, которые могут произойти в продуктах, с минимальными потерями их массы и питательной ценности.

Под режимом холодильной обработки и холодильного хранения понимают совокупность условий, влияющих на качество и потери пищевых продуктов: вид и состав охлаждающей среды, температура и скорость движения среды, относительная влажность (для воздуха), продолжительность процесса. Задавая режим, указывают также вид упаковки и способ укладки продукта.