Система відтавання випарників та повітроохолоджувачів

Ефективність роботи повітроохолоджувача залежить від процесу утворення інею на його охолоджувальній поверхні. Найкращі умови теплопередачі відповідають початковому періоду утворення інею. Шар кришталиків льоду, що утворився, збільшує поверхню теплопередачі, створює додаткову шорсткість поверхні і поліпшує щільність з'єднання труб з ребрами. Одночасно шар інею, зменшуючи перетин для проходу повітря, збільшує швидкість його руху в батареї повітроохолоджувача. Тому в початковий період роботи по­вітроохолоджувача коефіцієнт теплопередачі підвищується.

При подальшому збільшенні шару інею збільшується додатко­вий опір, що створюється ним, і коефіцієнт теплопередачі знижу­ється. Крім того, при значному збільшенні шару інею зменшується кількість повітря, що проходить через батарею, а отже, і кількість переданого йому тепла, що також знижує коефіцієнт теплопередачі. Коли охолоджувальна поверхня батареї повністю вкривається інеєм, повітроохолоджувач перестає працювати.

Зміна коефіцієнта теплопередачі залежно від маси інею на батареї зображена на рис. 3.20. Графік побудований за дослідними даними для повітроохолоджувача, що працює при температурі кипіння холодильного агента -7,8°С, різниці температур між холо­дильним агентом і повітрям камери - 5,8°С, відносній вологості - 70% і швидкості руху повітря - 4 м/сек. При більш високій відносній вологості повітря початковий коефіцієнт теплопередачі трохи вищий, ніж при вологості 70%. Однак потім він швидко знижується, тому середній коефіцієнт теплопередачі стає значно меншим.

Для забезпечення ефективної роботи повітроохолоджувача поверхні, що охолоджуються, необхідно періодично очищати від інею шляхом його відтавання. Це особливо важливо для ребристих повітроохолоджувачів, оскільки відкладення інею на гладких трубах не має такого сильного впливу на їх роботу, як на ребристих.

В умовах холодильників при температурах повітря близько 0°С іній на батареях, як правило, має велику щільність. Найбільш інтенсивне наростання спостерігається в період термічної обробки продуктів.

Підтримка в камерах холодильників необхідних температурно-вологісних режимів багато в чому залежить від своєчасного і швидкого відтавання повітроохолоджувачів, особливо при повітряній системі охолодження. Відсутність раціональних рішень з ідього питання викликає великі труднощі в експлуатації холодильників.

Застосовується кілька різних способів зняття снігової шуби: гарячими парами холодильного агента, зрошуванням поверхні водою. Практикується також відтавання електронагріванням теплим зовніш­нім повітрям.

Вага інею на батареї, кг

Рис. 3.20. Зміни коефіцієнта теплопередачі залежно від ваги інею

на батареї

Відтавання гарячими парами хладона застосовується пере­важно на великих холодильниках, де в системі холодильної установки є велика кількість цих парів. На холодильниках порівняно

малої місткості кількість циркулюючих в системі парів звичайно недостатня для відтавання повітроохолоджувача.

Процес відтавання здійснюється у такий спосіб. Гарячі пари хладона відбираються після масловідокремлювачів і незалежно від систем охолоджування подаються у повітроохолоджувач зверху, конденсат стікає знизу. Для вільного стоку конденсату дренажний ресивер вміщують нижче за повітроохолоджувач. Стік конденсату проводиться по окремій дренажній лінії.

Відтавання повітроохолоджувачів зрошуванням їх поверхні водою застосовується переважно у комбінації з двома описаними способами. Для рівномірного розподілення зрошувальною водою по поверхні повітроохолоджувача передбачається спеціальна система перфорованих трубок або форсунок.

Температура води, яка використовується для зрошування повітроохолоджувачів, повинна бути 20^Ю°С. При використанні для зрошування води з температурою вищою за 40°С відбувається запарювання повітроохолоджувача і, можливо, випадіння конденсату на стелі і стінах камери.

Потрібна кількість води визначається дослідне. При кроці обернення труб повітроохолоджувача 20 мм необхідна кількість води складає близько 20 л/год на 1 м² поверхні повітроохолоджувача. Допускається використання води технічної якості (після конденсаторів) при температурі її не нижчій за 20°С. При більш низькій температурі використовується господарсько-питна вода з підігрівом.

Приготування теплої води проводиться в колекторах шляхом змішування гарячої (70°С) і холодної води до температури 20-40°С. Колектор-змішувач встановлюється у постійно опалюваному примі­щенні. Він забезпечується термометром для вимірювання температури суміші води і краном діаметром 25 мм для зливу решти води після проведення процесу відтавання.

Трубопроводи для стоку води (зрошуваної і талої) приєднують до системи оборотного водопостачання з метою поповнення її або, якщо це важко, до системи каналізації умовно чистих вод, а також зливової каналізації. Підключення їх проводять через гідравлічні затвори. Гідравлічні затвори розташовують в опалюваних примі­щеннях або в криницях, де виключається замерзання води.

У холодильних камерах установлення трапів з гідравлічними затворами не дозволяється.

Відтавання теплим повітрям здійснюють шляхом циркуляції його через охолоджувальну поверхню повітроохолоджувача. Повітря може циркулювати як по замкнутому, так і по розімкнутому контуру.

У першому випадку у контур циркуляції повітря найчастіше включається секція електронагрівальних елементів. У другому випадку використовують тепле зовнішнє повітря. У холодильниках для фруктів такий спосіб відтавання іноді об'єднують із системою повітроводів, призначених для вентиляцій камер.

Кількість тепла Q_sin, необхідну для відтавання батареї повітро­охолоджувача, можна вирахувати за формулою:

(3.55)

де F - охолоджувальна поверхня батареї, м²;

S— товщина шару інею на трубах батареї, м;

у - щільність інею, кг/м³;

2,1 - теплоємність інею, кДж/кг-°К;

ґ_ст - початкова температура інею, приблизно відповідна темпера­турі стінки труб, °С;

335 - теплота плавлення інею, кДж/кг;

ґ_к. - кінцева температура талої води, °С;

Р_м - вага металоконструкції повітроохолоджувача, яка нагрівається, кг;

с_м - теплоємність металу, кДж/кг-град;

1,3 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла у навколишнє середовище.

Для практичних розрахунків щільність інею в умовах холодильників для фруктів при температурі повітря близько 0°С -400-600 кг/м³.

При відтаванні батареї повітроохолоджувача комбінованим способом (теплоносієм зсередини і зрошуванням теплою водою ззовні) на теплоносій припадає 60-70% від загального потрібного тепла, на воду - 30-40%.

Під час експлуатації повітроохолоджувачів слід враховувати, що чим швидше відбувається відтавання, тим менше тепла втрачається у навколишнє середовище. Окрім того, дуже важливо, щоб поверхня батарей повністю осушувалась за період відтавання, оскільки на вологих батареях іній (лід) швидко нарощується знову.

Для управління процесом відтавання застосовують різні автома­тичні прилади. Прогресивним є метод автоматизації відтавання повітроохолоджувачів, при якому команда на включення відповідним пристроям подається приладом, що реагує на зростання опору руху повітря при значному наростанні снігової шуби на поверхні повітро­охолоджувачів, а закінчення процесу відтавання сигналізується за допомогою реле часу.

3.7. ЗМІНА ВЛАСТИВОСТЕЙ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ ПІД ЧАС ЇХНЬОЇ ОБРОБКИ І ЗБЕРІГАННЯ

Зміна властивостей швидкопсувних продуктів визначається сукупністю процесів, що впливають на їхнє зберігання.

У холодильній технології харчових продуктів процеси, що визначають збереження вихідних властивостей продуктів, поділяють на три групи: біохімічні, фізичні і мікробіологічні.

У групі біохімічних процесів, пов'язаних зі зміною властивостей продуктів тваринного походження, вирізняють автолітичні зміни вуглеводів м'язової тканини. Тривалість цього процесу залежить від виду тканини тваринного походження. Для м'яса великої рогатої худоби тривалість автолізу складає 24-36 год, для риби - 0,5-1,0 год.

Глікоген (тваринний крохмаль) м'язової тканини після припи­нення життя тварини починає розпадатися до молочної кислоти і води з виділенням теплоти. З часом процес розпаду глікогену припи­няється. У цьому стані м'ясо має найменшу водоутримувальну здатність. Воно стає твердим. Для кулінарних виробів таке м'ясо практично непридатне.

Внаслідок подальшого розвитку ферментативних процесів відбувається поступове розм'якшення м'язової тканини. М'ясо набуває відповідних смакових й ароматичних якостей.

Біохімічні процеси в продуктах рослинного походження взаємозалежні з процесом дихання. Це обумовлено тим, що на відміну від продуктів тваринного походження, рослинні продукти є біологічно активними.

Процес дихання плодів і овочів характеризується окиснюванням моносахаридів, переважно глюкози, до вуглекислого газу і води з виділенням теплоти.

При анаеробному (безкисневому) диханні рослинних продуктів утворюється вуглекислий газ, спирт і значно менше, ніж при аеробному диханні, виділяється теплота.

Завдяки особливостям ферментативної природи біохімічних процесів у м'ясі, рибі та у продуктах їхньої переробки швидкість перебігу цих процесів є функцією температури. При зниженні температури швидкість перебігу біохімічних процесів зменшується. На кожні 10°С інтенсивність дихання зменшується в два—три рази. Зв'язок між температурою та інтенсивністю дихання описується експонентною залежністю.

Отже, при холодильній обробці чи при зберіганні продуктів у торговому холодильному устаткуванні необхідною умовою зменшен­ня швидкості перебігу ферментативних процесів є застосування більш низької температури середовища, що відводить тепло, яке допуска­ється технологією виробництва продуктів харчування.

Зі значної кількості фізичних процесів, що визначають збере­ження вихідних властивостей продукту, вирізняють насамперед процес масоперенесення тканинної вологи до поверхні продукту і з її поверхні у середовище, що відводить тепло.

Найбільш суттєвим фізичним процесом є процес втрати вологи продуктом, що називається усушкою продукту.

Потенціалом перенесення вологи з поверхні продукту (усушки) є різниця вологовмістів повітря, що безпосередньо прилягає до поверхні продукту, і повітря в охолоджуваному обсязі. При зниженні температури знижується парціальний тиск водяних парів у повітрі, потенціал вологоперенесення зменшується, а разом з ним зменшуються і втрати вологи продуктом.

Цей процес зображений на z-rf-діаграмі вологого повітря (рис. 3.21).

Точка А характеризує стан повітря в охолоджуваному обсязі, точки В, С, D, Е —послідовну зміну стану повітря над поверхнею продукту за умови повного насичення вологою, тобто при ер = 100%. Положення точки С відповідає рівності температур в охолодженому обсязі (точка А) і повітря над поверхнею продукту.

При рівності температур (точки А і С) зберігається різниця вологовмістів d_a, і d_c, що свідчить про наявність потенціалу вологоперенесення а, отже, про можливість усушки продукту.

Рис. 3.21. і- ^-діаграма вологого повітря: А, В, С, D, Е - стан повітря над поверхнею продукту

Різниця вологовмістів, а звідси й усушка, дорівнюють нулю при досягненні температури, рівній температурі "точки роси" (точка Е).

Отже, масоперенесення в обсязі продукту і з його поверхні, тобто усушка продукту значною мірою залежить від вологовмісту повітря d (г/кг), що, у свою чергу, є функцією температури середовища, яке відводить тепло.

Залежно від оптимального температурного рівня, з погляду швидкості розвитку, мікроорганізми поділяються на термофіли (45-60°С), мезофіли (20-40°С) і психрофіли (10-20°С).

Зниження температури середовища, що відводить тепло, нижче рівня, оптимального для розвитку мікроорганізмів, істотно впливає на швидкість розмноження і тривалість їх розвитку.

Температурний мінімум розвитку більшості мікроорганізмів -від +10 до -10°С. При температурі нижчій від температури замер­зання внутрішньоклітинної вологи відбувається помітне відмирання мікроорганізмів, однак повної їхньої загибелі, як при високотемпе­ратурній обробці, не відбувається.

Залежність життєдіяльності мікроорганізмів від температури, а також визначена спрямованість мікробіологічних процесів, що призводить переважно до погіршення вихідної якості продукту, визначає необхідність холодильного збереження продуктів при найбільш низькій позитивній чи негативній температурі.

Таким чином, сукупність біохімічних (ферментативних), фізич­них і мікробіологічних процесів при збереженні продуктів визначає необхідність використання якомога більш низьких позитивних чи негативних температур.