ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ХОЛОДИЛЬНЫХ СИСТЕМ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

E-mail: a – holod@mgupp.ru; b – aspirantpp@yandex.ru; c – fairytown@rambler.ru;
d – andrey_megevov@mail.ru

Abstract

An important task of efficient use of electricity in the food industry is to reduce costs in the production of cold, which is currently spent almost 20% of the electricity produced in the world.
Heat transfer processes play an important role in saving energy use in the food industry. From the correct choice of the latter, the efficiency of the entire process of refrigeration and minimizing energy costs significantly depends. The cooling of sausages is considered in the work. To prevent losses of the product from microbiological spoilage, it is necessary to pass the temperature range from 75 to 15 0C at the maximum possible speed. The amount of water consumed by the cooling process is large and the energy consumption is high. But if you reduce the size of the aerosol droplets and ensure their reliable adhesion to the surface of the product heat increases, and energy costs are reduced. In practice, various methods of cooling sausages are used. In particular, the formation of boundary layers on the surface of sausages using external heat carriers, which increase
the heat due to more intense heat transfer. These include methods of controlling the flow of hydroaeroplane with electrogasdynamic (EGD) devices. We have created a stand to improve the process of cooling the elements of refrigeration systems and food products with the help of hydroaerosol flows obtained by means of electric fields, ensuring uniform distribution of the latter on the surface. The method makes it possible to form a uniformly distributed drip liquid on the surface of the product with adjustable droplet sizes.

Аннотация

Важной задачей эффективного использования электроэнергии в пищевой промышленности является снижение затрат при производстве холода, на получение которого, в настоящее время, тратится почти 20% электроэнергии производимой в мире. Процессы теплопередачи занимают важное место в экономии использования энергии в пищевой промышленности. От правильного выбора последних существенно зависит эффективность всего процесса холодильной обработки и минимизация энергозатрат. В работе рассмотрено охлаждение колбасных изделий. Для предотвращения потерь продукта от микробиологической порчи необходимо с максимально возможной скоростью пройти диапазон температур от 75 до 15 0С.
Количество воды, расходуемой на процесс охлаждения велико, а энергозатраты высоки. Но если уменьшить размер капель аэрозоля и обеспечить надежную адгезию их с поверхностью продукта теплосъём увеличивается, а затраты энергии снижаются. На практике используются различные методы охлаждения колбасных изделий. В частности, формирование пограничных слоёв на поверхности колбасных изделий с использованием внешних теплоносителей, повышающих теплосъём за счёт более интенсивной теплоотдачи. К таковым относятся методы формирования потоков гидроаэрозолей при помощи электрогазодинамических (ЭГД) устройств. Нами создан стенд для совершенствования процесса охлаждения элементов холодильных систем и пищевых продуктов с помощью гидроаэрозольных потоков, получаемых при помощи электрических полей, обеспечивающих равномерное распределение последних по поверхности. Метод позволяет формировать на поверхности продукта равномерно распределённую капельную жидкость с регулируемыми размерами капель.

В связи с увеличением объёмов производства необходимо найти пути решения задач
интенсификации теплосъёма для охлаждения пищевых продуктов. Нами предложен подход, основанный на формировании и регулировании параметров окружающей среды взаимодействующей с колбасными изделиями.
Нами спроектирована и создана экспериментальная установка, в основу разработки
которой положен модульный принцип. Это обеспечило мобильность и возможность быстрой адаптации её для выполнения различных работ. На рисунке 1 представлена блок-схема стенда, включающего в себя: испытательный блок, блок поддержания и подачи теплоносителя заданной температуры, блок подготовки и подачи водо-воздушной смеси и контрольно-измерительный регулирующий блок.

• 

Поток жидкости подаётся в форсунку аксиально. Винтообразный завихритель со скошенными каналами создаёт круговое вращение (завихрение) потока, который вылетает через очень узкое сечение сопла (порядка 2 мкм), которое является самым узким свободным сечением геометрии форсунки. Аксиальные полоконусные форсунки дают самую мелкую каплю среди всех гидравлических форсунок и обеспечивают конусообразный распыл. Для повышения эффективности добавлен второй канал, по которому осуществлялся барботаж.
Для определения размеров капель использовался метод сравнения. На стальной лист
распылялась водо-воздушная смесь. Для сравнения использовалась трубка подачи жидкости с отверстием и без него, при этом использовался ручной насос. Полученные листы были отсканированы с разрешением 1200 dpi, что соответствует разрешению 992114031 пиксель, при размере сканируемой поверхности 210297 мм (стандарт А4). Разрешение до 10 мкм.
Для дальнейшей работы были выбраны варианты гидроаэрозолей с средней дисперсностью 7 мкм и расходом воды 9мл/мин.

• 

Анализ полученных результатов показал, что для отвода теплоты с поверхности колбасного изделия используются капли жидкости гидроаэрозоля размером 73мкм. Ещё один метод интенсифицировать теплоотдачу состоял в том, что устанавливается специальный алгоритм работы форсунки, при котором гидроаэрозоль подаётся в точки максимальных температур на поверхности объекта. В качестве управления форсункой используется теплограмма, получаемая тепловизором.
Разработанный метод наложения позволяет регулировать процесс испарения влаги с поверхности колбасного изделия а, следовательно, обеспечить возможность управления процессом теплосъёма. По результатам технологических исследований разработана принципиальная
схема промышленного образца камеры аэрозольного охлаждения колбасных изделий.
Внедрение аэрозольного охлаждения позволит интенсифицировать процесс, увеличить
выход варёных колбас за счёт снижения потерь их массы, снизить расход воды и затраты на получение холода, а также сократить время охлаждения продукции.
Использование гидроаэрозолей для интенсификации теплосъёма с поверхности пищевых продуктов является перспективным направлением, позволяющим получать частицы с
размером до 73мкм, что может найти широкое применение в холодильных системах и технологии охлаждения пищевых продуктов. Авторами разработан стенд и проводятся исследования по использованию электрогидроаэрозолей (ЭГА), показывающие широкие перспективы их использования в приведённых направлениях. Результаты исследований будут опубликованы в дальнейших работах.

Список литературы

1. Патент SU №1463345 А1.Способ генерирования и уноса жидкого электроаэрозоля и
   устройство для его осуществления / М. И.Воронин, Ф. М.Сажин. – Бюл. №9. – 3с.
2. Патент SU №1465129 А1. Генератор заряженного аэрозоля / И.П.Верещагин, Л.М.
   Макальский, А.М.Болога.– Бюл. №10. –3 с.
3. Патент SU №1752306. Электроаэрозольный распылитель / И. Ф.Бородин, А. В.
   Савушкин. – Бюл. №29. –3 с.
4. Куцакова, В. Е. К расчёту времени гидроаэрозольно-испарительного охлаждения тушек птицы / В. Е.Куцакова, С. В.Фролов, Н. Ф.Крупенкова // Вестник международной академии холода. – 1999. – № 2.
5. Куцакова, В. Е. О выборе параметров гидроаэрозольно-испарительного охлаждения
   колбасных изделий после тепловой обработки / В. Е.Куцакова, С. В.Фролов, В. Л.Кипнис.//
   Вестник международной академии холода. – 2001. – Вып. 3.
6. Фукс, Н.А. Механика аэрозолей. – М., 1955.