Теоретические аспекты процесса переработки мяса

На базе работы нашей компании был защищен диплом. Некоторые разделы данной работы представлены ниже.
Руководитель дипломной работы - инженер-конструктор ООО "КЭП Лаборатория вариаторов", преподаватель Аргоинженерного университета - Низамутдинов Ринат Жаудатович.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ МЯСА


1.1 Актуальность темы

Сельскохозяйственное производство характеризуется большим разнообразием производств и типов предприятий, различных по организационным признакам, назначению и технологиям производства и переработки продукции. Анализ энергопотребления предприятий АПК показывает, что основную долю в энергопотреблении, и, прежде всего в теплопотреблении, составляют объекты, в которых размещено биофункциональное производство, содержащее живые объекты (животные и птицы), и производство по переработке продукции. 
Мясо – один из наиболее ценных продуктов питания, в котором содержатся все необходимые составляющие: белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества.
Мясная отрасль призвана снабжать население высококачественными продуктами питания: мясом, солеными мясными продуктами, полуфабрикатами, готовыми быстрозамороженными блюдами, консервами, колбасными изделиями.
Варёные колбасы – источник полноценных белков, животного жира, необходимых минеральных солей и витаминов. Изготовление варёных колбас – это один из методов консервирования мяса и мясопродуктов, используемый с целью предотвращения порчи и продления сроков хранения исходного сырья. При производстве варёных колбас в исходном сырье в максимальной степени сохраняются все компоненты, необходимые для развития организма человека и поддержания его жизнедеятельности.
Отечественное машиностроение решило задачу по осуществлению структурных изменений в производстве оборудования для перерабатывающих отраслей, связанных с переходом на комплексную и модульную поставки техники, в том числе малогабаритной и агрегатированной для создания непосредственно в колхозах и совхозах цехов и малых предприятий по изготовлению колбас и колбасных изделий. Ориентация на приближение предприятий к местам производства продукта для сложившихся в настоящее время условий следует считать оправданной, этим обеспечивается сокращение потерь сырья и обеспечение сельского населения свежим продуктом. Малые предприятия по переработке мяса  рентабельны только при условии применения свободных цен, выработке ассортимента, пользующегося широким спросом, применения технологий энергосбережения.
Необходимо, чтобы ассортимент и состав мясопродуктов соответствовал меняющимся физиологическим потребностям различных групп населения.
В послекризисный период производство мяса и мясных изделий в РФ, в частности в Челябинской области, начинает расти достаточно быстрыми темпами. Министр сельского хозяйства Челябинской области Иван Феклин в конце 2010 года заявил, что в ближайшие три года производство мяса в области вырастет в 2 раза, связано это с увеличением размера субсидий на производство мясной и молочной продукции с 144 млн. руб. в 2010 году, до 567 млн. руб. в 2011. Общие расходы на областную целевую программу развития сельского хозяйства увеличатся более чем в 2 раза – с 520 до 1 млрд. 288 млн. рублей. Кроме того областным правительством принято решение о предоставлении сельхозпроизводителям мяса и птицы гарантий в размере 10 млрд. руб.
Поэтому мясоперерабатывающие предприятия должны реагировать на повышение производства мяса сельскохозяйственными производителями. В Челябинской области ведущую роль играют производители мяса птицы,  этот рынок стабильно прибавляет  и в целом по РФ.

Задачей первостепенной важности является повышение качества мяса и мясопродуктов, что зависит как от сельского хозяйства, так и от перерабатывающих отраслей. На мясоперерабатывающих предприятиях необходимо строгое соблюдение технологических регламентов, особенно на ключевых операциях разделки туш, холодильной обработки, изготовление колбасных и кулинарных изделий. Особое внимание следует уделять процессам созревания, приготовления фарша и термообработки. Необходимым условием производства высококачественной мясной продукции является высокий уровень санитарии и личной гигиены.
Производство высококачественных мясных продуктов – это комплексная задача. Ее решение зависит от совершенствования комплексной и безотходной технологии переработки сельскохозяйственного сырья, дальнейшей автоматизации и механизации сельского хозяйства и перерабатывающих отраслей, снижение сырьевых, и трудовых затрат, повышение трудовой дисциплины, профессионального роста кадров, особенно энергетических затрат [2].
Ограниченность и невозобновляемый характер традиционных энергоресурсов, а также неуклонный рост цен традиционных энергоносителей привели к необходимости освоения новых источников энергии.
Энергосбережение является одной из наиболее актуальных проблем современной переработки сельскохозяйственной продукции. Задача энергосберегающей технологии в том, чтобы использовать располагаемую энергию с максимальной эффективностью. Существенными в этом отношении являются мероприятия, направленные на ограничение сброса теплоты в окружающую среду, т.е. на защиту окружающей среды от теплового загрязнения.
Внедрение энергосберегающей технологии нередко сопряжено с дополнительными капитальными вложениями. Поэтому в первую очередь следует применять способы и средства энергосбережения, при помощи которых достигаются наибольшие технологический и экономический эффекты.
Доля энергозатрат в себестоимости сельскохозяйственной продукции с 3,8% выросла после 1991 г. до 20...30%, а по некоторым предприятиям до 30...50%. Однако увеличение себестоимости сельскохозяйственной продукции обусловлено не только постоянным ростом тарифов на энергоносители, но и неэффективным их использованием. Технологическое оборудование перерабатывающих комплексов эксплуатируется на протяжении 30...40 лет, а потому из-за повышенного износа снижается его эффективность. Программы, направленные на снижение потребления энергии за счет энергосберегающих технологий и техники без снижения объемов производства продукции, из-за недостатка финансирования не достигают своей цели.
На сегодняшний день одна из самых важных проблем предприятий перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию - проблема энергообеспечения, а точнее проблема дорогой электроэнергии.

Именно поэтому, из-за увеличения энергетических тарифов, повышения стоимости электроэнергии, необходимо оценить возможность применения энергосберегающих технологий в процессе переработки сельскохозяйственной продукции.
Возможны два варианта развития в сфере энергосбережения:
1) рациональное использование существующих энергоресурсов
2) введение новых энергосберегающих технологий

Одним из таких решений могут являться использование в энергообеспечении мясоперерабатывающих предприятий источников рекуперируемой энергии (холодильные установки, термокамеры др.).
Таким образом, изложенное выше определяет актуальность проблемы и необходимость проведения исследований для выбора рационального энергосбережения.


1.2 Технология переработки мяса

Колбасными изделиями называют изделия, приготовленные на основе мясного фарша с солью, специями и добавками, в оболочке или без нее и подвергнутые тепловой обработке до готовности к употреблению. Соленые изделия - это продукты, также готовые к употреблению, но изготовленные, как правило, из сырья с неразрезанной (окорока, корейка, грудинка, ветчина в форме) или крупноизмельченной структурой (ветчина в оболочке, бекон любительский и т. п.).
Обширный ассортимент колбасных и соленых изделий обусловлен высокими пищевыми достоинствами и пригодностью в пищу без дополнительной подготовки.
Мясоперерабатывающая промышленность вырабатывает большое количество колбасных изделий из разных видов мяса. В зависимости от сырья и способов обработки различают следующие виды колбасных изделий: вареные, полукопченые, копченые, фаршированные, кровяные колбасы, сосиски и сардельки, зельцы и студни, ливерные колбасы, мясные хлебы, паштеты, диетические и лечебные колбасы [3].
В колбасном цехе запроектирован необходимый набор помещений в соответствии с технологией производства: сырьевое отделение, камера охлаждения продуктов, термическое отделение, экспедиция для мяса и субпродуктов с мойкой тары, мойка инвентаря, компрессорная, камера посола, камера осадки, камера охлаждения вареных колбас, камера сушки вареных колбас, экспедиция готовой продукции с мойкой тары, кабинет мастера, бытовые помещения, электрощитовая, венткамера.
Мясо в полутушах или четвертинах из камеры охлаждения по подвесному пути подается в сырьевое отделение на стол обвалки и жиловки. Мясо после обвалки и жиловки, рассортированное в зависимости от ассортимента подается на производство колбасных изделий или свинокопченостей. На обвалку и жиловку подается мясо с температурой в толще мышц не выше  ± 2° С.
Обвалка мяса — очень трудоемкий процесс. Для облегчения труда обвальщиков вместо обычных ножей применяют дисковые ножи на гибких валах.
В большинстве конструкции механических установок для обвалки мяса пользуются методом выдавливания — прессования и срезания.
Производительность труда при этом повышается в 2 раза, но способ обвалки остается ручным [4].

Для производства колбасных изделий жилованное мясо перед посолом измельчают на волчке.

Измельченное мясо взвешивается на весах, смешивается с солью в фаршемешалке и укладывается в формы (тазики) и тележкой подается в камеру посола, где фарш выдерживается при температуре + 4° С [5].
Посоленное и выдержанное мясо вторично измельчается на волчке с диаметром отверстия 2 – 3 мм, затем обрабатывается на куттере, куда добавляется  чешуйчатый лед, приготовленный в ледогенераторе (льдогенераторе), специи, измельченный шпик. Лед приготовляется в ледогенераторах (льдогенераторах) и подается в бункер, а оттуда по мере нужды технологического процесса поступает в куттер вместе со специями и измельченным шпиком.

Передача фарша с операции на операцию производится  напольными тележками, а загрузка с помощью подъемников. Приготовленный фарш подается в шприц для наполнения оболочек и формирования колбас. Шприцы  представляют собой машины, работающие по принципу насосов периодического или непрерывного действия. Шприцы периодического действия в зависимости от привода могут быть механические, гидравлические и пневматические.

Оболочки наполняют фаршем через цевки, на которые натягивают оболочки. Цевки — это металлические трубки с коническим расширением на конце, прикрепляемые к патрубку шприца. Фарш набивают при различном давлении в зависимости от плотности набивки у различных видов колбас. Вареные колбасы шприцуют с наименьшей плотностью, копченые колбасы, наоборот, шприцуют с наибольшей плотностью.

Наполненные оболочки перевязывают шпагатом на формовочном столе, укладываются или навешиваются на рамы и подаются в камеру осадки при температуре + 8 С. Для вареных колбас в целлофановой и натуральной оболочке осадку не производят. После  осадки рамы с колбасными

изделиями направляют на термическую обработку – обжарку, варку, копчение.
Все операции по термической обработке производятся в термокамерах.

Для охлаждения вареных колбас, после термической обработки, предусмотрена камера охлаждения. Охлаждение копченых колбас производится в термическом отделении на рамах.
После охлаждения вареные колбасы подаются в камеру хранения готовой продукции, установленную в экспедиции. Полукопченые, варено-копченые и сырокопченые колбасы подаются в камеру сушки, где они на вешалках сушатся при температуре 11 ± 1° С и относительной влажности воздуха 76,5…77,5 % до приобретения упругой консистенции  и стандартной доли влаги.
После сушки колбасы подаются в камеру готовой продукции и  через  экспедицию отгружаются на реализацию.
При производстве свинокопченостей в проекте предусматривается оборудование для шприцевания и массирования.

Применение этого оборудования позволяет значительно сократить время посола, улучшить качество и сократить площадь камеры посола. После посола сырье подготавливается для термической обработки (перевязывается, петлюется, завертывается в оболочку), навешивается на рамы и подается в камеры термической обработки.

Процесс термической обработки производится по программе в зависимости от ассортимента. После термической обработки свинокопчености охлаждают до температуры не выше  8°С в толще продукта, производится контроль качества, продукт упаковывается.

2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕДОГЕНЕРАТОРА (льдогенератора) В ЦИКЛЕ МЯСОПЕРЕРАБОТКИ


2.1  Ледогенератор (льдогенератор), история создания, принцип действия и опыт применения.

14 июля 1850 года американский врач Джон Гори впервые продемонстрировал процесс получения искусственного льда в созданном им аппарате ледогенераторе (льдогенераторе). В своем изобретении он использовал технологию компрессионного цикла, которая применяется в современных холодильниках, а сам аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером. Сам изобретатель умер, не дождавшись, начала производства генератора льда своей разработки, и не стал свидетелем того, как его детище уничтожило огромную индустрию. 
Америка всегда была знаменита своими чудачествами, превращавшимися в образ жизни народа и источник немалых доходов для отдельных его представителей. Одним из таких чудачеств стала торговля льдом. Предназначался он, в отличие от Европы, не столько для хранения продуктов, сколько для подтверждения имиджа переселенцев, которым море по колено, а уж лед в пустыне — это вообще дело обычное. Русские иммигранты, тоже кое-что понимавшие в деле добычи подснежников среди зимы, сорвали неплохой куш с замерзшей воды. В 1851 году договор на поставку 250 тонн льда по цене $75 за тонну был заключен с главным правителем русских колоний Николаем Розенбергом. Затраты на "добычу" тонны льда составляли около $2,5, таким образом, чистая прибыль компании по этому контракту составила $18 125. По информации консула России в Сан-Франциско, за три года с продажи льда Российско-американская компания получила $89 тыс., в то время как на золоте, в основном, ради добычи которого она и была основана, ей удалось заработать 62 325 руб. 35 коп. Бизнес этот был сверхприбыльным: розничная цена составляла 30…40 центов за фунт, принося приличную маржу на всех уровнях поставки. Американцы экспортировали лед в тропические страны, где он был приметой роскоши, поставляли его ко двору королевы Виктории, а доставкой льда на дом пользовалась практически каждая семья Нового Света. В 1860-х годах Нью-Йорк стал настолько зависимым от продажи льда, что в газетах стали появляться целые статьи, посвященные битве за ледяной "урожай". Основное производство находилось на озерах Новой Англии, где трудилось множество компаний, имевших свои квоты на добычу льда.
Поначалу все изыскания в области производства холодильных машин (ледогенераторов - льдогенераторов) упирались в монополию продавцов натурального льда — конструировать генератор льда было невыгодно. Однако по мере расширения городов, которые загрязняли источники чистого льда, и роста спроса вместе с ростом населения наметился дефицит натурального продукта.
Кроме того, в те годы люди опасались эпидемии тифа, один или два случая которого были вызваны именно грязным льдом. В этих условиях у инвесторов появился стимул вкладывать деньги в промышленное производство льда и развитие соответствующих технологий. Если бы производители искусственного льда захотели, то они могли бы полностью выдавить с рынка натуральный лед уже в 1860-х годах с помощью рефрижератора Гори. Однако в то время они еще не считали подобную затею выгодной.
Конкуренция между натуральным и искусственным льдом продолжалась до первой мировой войны. После нее еще некоторое время компании, осуществлявшие доставку льда на дом и на промышленные предприятия, успешно продавали уже искусственный лед, однако в 1930-е годы на рынке появились компактные домашние электрические холодильники (ледогенератор - льдогенератор или генератор льда). Их распространение привело к окончательному уходу промышленного производства льда в прошлое. Тем не менее то, что история бизнеса по продаже натурального льда, да еще в таких масштабах, длилась столько лет, удивляет до сих пор [7].
Ледогенераторы (льдогенераторы, генераторы льда) - теплообменные аппараты для производства искусственного водного льда. В ледогенераторах (льдогенераторах) изготовляют пищевой лёд и технический лёд в виде блоков, плит, чешуек, кристаллов (снега).
Ледогенераторы (льдогенераторы) различают по производительности, типам льда, способам получения льда, используемым хладагентам и т. д. Ледогенераторы (льдогенераторы)  различаются также системой охлаждения, которая может быть водяной или воздушной. Еще одна важная классификация ледогенераторов (льдогенераторы)  — по виду льда, который они производят. Основные виды льда, производимые в ледогенераторах (льдогенераторах), — формовой (кусковой) лед, гранулированный лед, чешуйчатый лед. У каждого вида льда - свое предназначение.
Основное применение генераторов льда - кафе, гастрономические и рыбные магазины, мясоперерабатывающие предприятия, химические производства и лаборатории, любые технологические процессы, где предусмотрено использование льда.
Пищевой лед широко применяется в пищевой промышленности и сфере общественного питания. Так, лед используется:

  • на мясоперерабатывающих предприятиях для предотвращения нагрева фарша в процессе куттерования;
  • на предприятиях по добыче и переработки рыбы для охлаждения рыбы и морепродуктов с момента отлова до поступления в продажу;
  • на предприятиях торговли и питания для организации прилавков и витрин с рыбой и деликатесными продуктами, для оформления шведского стола или салат-бара;
  • в хлебопекарной промышленности для охлаждения теста;
  • в химической и фармацевтической промышленностях для охлаждения процессов;
  • в сельском хозяйстве для предварительного охлаждения фруктов и овощей;
  • в строительной индустрии для охлаждения бетона;
  • получение ледяной воды для различных целей.

Искусственно полученный лед подразделяется на гранулированный (колотый) и чешуйчатый.
Для производства искусственного льда применяют ледогенераторы  (льдогенераторы) (технологическая холодильная установка).
Ледогенераторы (льдогенераторы) по способу производства льда делятся на два типа:

  • барабанный (чешуйчатый лед);
  • шнековый (гранулированный/колотый лед).

Принцип действия барабанного ледогенератора (льдогенератора)

При работе ледогенератора (льдогенератора), насос подает воду в коллектор.
Проходя через форсунки, вода распыляется на наружную часть вращающегося барабана, который охлаждается хладагентом, испаряющемся в рубашке.
При этом на внешней поверхности барабана образуется тонкий слой льда, который затем срезается ножом. Избыток воды собирается в ванну и поступает на рециркуляцию, так процесс повторяется по циклу.
Получаемый переохлажденный лед выбрасывается наружу (в бункер) через выходное окно.

Шнековый ледогенератор (льдогенератор)
При работе ледогенератора (льдогенератора) вода самотеком поступает во внутреннюю часть цилиндра испарителя.
При этом на внутренней стенке цилиндра, которая охлаждается хладагентом, испаряющемся в змеевике, образуется лед.
Лед, намерзший на стенке цилиндра, соскребается шнеком, приводимым в действии электродвигателем, и переносится в нижнюю часть цилиндра и выбрасывается наружу (в бункер) через выходное окно.

Готовый лед попадает в накопительный бункер.
Работой холодильного агрегата, водяной помпы и клапана подачи воды управляет программное реле времени, которое отключает ледогенератор (льдогенератор) при заполнении бункера и включает по мере использования льда, то есть при понижении его уровня внутри накопительного бункера. Бункеры могут быть встроенными или устанавливаться отдельно от ледогенератора (льдогенератора). Первый вариант подходит для небольшого ресторана, к «промышленным» моделям лучше подключать выносные накопители.
Ледогенераторы (льдогенераторы) различают по системе охлаждения: она бывает воздушной и водяной. Ледогенераторы (льдогенераторы)  с водяным охлаждением работают быстрее, они компактнее, но стоят дороже. Такие аппараты можно поставить вплотную к стене, установить над бункером для хранения льда. Они потребляют в 3…4 раза больше воды, но приблизительно на 10 % экономят электроэнергию, требуют дополнительного шланга перелива, однако более стабильно работают в жаркую погоду.
Ледогенератор (льдогенератор)  с воздушным охлаждением незаменим там, где невозможно обеспечить стабильное давление воды в системе или где надо ограничивать ее расход. Полезной будет функция регулировки параметров охлаждающей системы в зависимости от температуры окружающей среды. Многие модели ледогенераторов (льдогенераторов) выпускаются в двух вариантах – с воздушной либо водяной системой охлаждения.
Ледогенераторы (льдогенераторы)  оснащаются встроенным или выносным холодильным агрегатом. Встроенный агрегат находится непосредственно внутри ледогенератора (льдогенератора).

При этом устанавливать такую машину можно не ближе 70 см от стены, чтобы обеспечить свободную циркуляцию воздуха. Надо помнить и о том, что выделяемое тепло дает дополнительную нагрузку на систему кондиционирования помещения. Выносной агрегат (компрессор и конденсатор), как правило, располагают на улице, тогда как сам ледогенератор (льдогенератор)  содержит лишь испаритель. Выносной агрегат требует дополнительных затрат на установку, однако его серьезное преимущество в том, что все тепло выводится из помещения.
Давление воды в водопроводе, к которому подключается ледогенератор (льдогенератор), должно составлять 0,1…0,6 МПа (1…6 атмосфер). Между водопроводом и вводным шлангом следует установить вентиль аварийного отключения воды и механический фильтр, который нужно периодически прочищать. Значительно улучшить качество воды способен водоумягчитель. Сливается отработанная вода в канализацию.
Ледогенератор (льдогенератор) важно правильно подключить к электросети. В зависимости от модели и производительности, потребуется напряжение в 220 или 380 В: 220 (1 фаза) – для аппарата, рассчитанного на производство не более 500…600 кг льда в сутки, 380 (3 фазы) – для моделей с более высокой производительностью. Аппарат следует защищать от скачков напряжения. Для безопасного использования полезным будет наличие в сети автоматического выключателя.
Среди разновидностей ледогенераторов (льдогенераторов) нужно отметить также модели заливного типа: в отличие от стационарных, они не требуют подключения к водопроводу и канализации – холодную питьевую воду просто наливают в специальную емкость. Поскольку производительность таких машин невысока (15…20 кг льда в сутки), они идеально подойдут для небольших кафе и баров.
Ледогенератор (льдогенератор) требует ухода со стороны эксплуатирующего персонала: необходимо ежедневно удалять частицы грязи, наросты и осадки. Также необходимо регулярное обслуживание ледогенератора (льдогенератор) специалистами сервисного центра, включающее в себя чистку конденсатора, фильтров, контейнера для сбора льда, проверку заправки хладагентом, проверку рабочего цикла, дезинфекцию деталей ледогенератора (льдогенератора). Дезинфекция проводится не реже одного раза в год или после долгого простоя оборудования [8].
В цехах переработки продукции животноводства используют ледогенераторы (льдогенераторы) барабанного или шнекового типа производящие чешуйчатый лед. Получаемый лед скапливается в бункере для хранения льда различной вместимости, зависящей от технологических нужд. Холодильный агрегат (компрессор и конденсатор), как правило, располагают на улице, тогда как сам ледогенератор (льдогенератор) содержит лишь испаритель.

 


2.2 Принцип действия холодильной установки

Физическая природа тепла и холода одинакова, разница состоит только в скорости движения молекул и атоме. В более нагретом теле скорость движения больше, чем менее нагретом. При подводе к телу тепла движение возрастает, при отнятии тепла уменьшается. Таким образом, тепловая энергия есть внутренняя энергия движения молекул и атомов.
Охлаждение тела — это отвод от него тепла, сопровождаемый понижением температуры. Самый простой способ охлаждения — теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой — наружным воздухом, речной морской водой, почвой. Но этим способом, даже при самом совершенном теплообмене, температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Такое охлаждение называется естественным. Охлаждение тела ниже температуры окружающей среды называется искусственным. Для него используют главным образом скрытую теплоту, поглощаемую телами при изменении их агрегатного состояния.
Существуют несколько способов получения искусственного холода.
В основу машинного способа охлаждения может быть положено  адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа. При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе основана работа воздушных холодильных машин.
Охлаждение путем расширения сжатого газа, в частности воздуха, отлично от всех способов охлаждения. Воздух при этом не меняет своего агрегатного состояния, как лед,  смеси и хладон,  он только нагревается, воспринимая теплоту окружающей среды (от охлаждаемого тела).
Широкое применение машинного охлаждения в мясопереработке объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ. Стабильный и легко регулируемый температурный режим, автоматическое действие холодильной машины без больших затрат труда на техническое обслуживание, лучшие санитарно-гигиенические условия хранения продуктов, компактность и общая экономичность определяют целесообразность применения машинного охлаждения.
На предприятиях перерабатывающих продукцию животноводства используют в основном паровые холодильные машины, действие которых основано на кипении при низких температурах специальных рабочих веществ — хладагентов. Паровые холодильные машины подразделяют на компрессионные, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрессоре с затратой механической энергии, и абсорбционные, в которых пары хладагента поглощаются абсорбентом.
Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Компрессионная холодильная машина  состоит из следующих основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, терморегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.
Испаритель — охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней при низкой температуре хладагента. В зависимости от вида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.
Компрессор  предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.
Конденсатор — теплообменный аппарат, служащий для сжижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных оребренных труб Естественное воздушное охлаждение применяется только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников. Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозмеевиковые и кожухотрубные.
Ресивер — резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.
Фильтр  состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хлад агента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки  их  при изготовлении монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой — на всасывающей линии компрессора.
Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин,  во всасывающую полость  компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.
Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.
От правильной регулировки терморегулирующего вентиля во многом зависит экономичность работы холодильном машины. Избыток жидкого хладона в испарителе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникновению гидравлического удара. При недостаточном заполнении испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима работы машины и понижению температуры испарения хладагента.
Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора низкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах необходимо, чтобы холодопроизводительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. Поэтому в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.
Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм. (норма — 6—8 атм.) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.
Работа холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.
Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси (песок, окалина  и др.).
Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое (отверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.
Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты и машина не вступит в работу.
С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.
Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока, Кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается [9].


2.3 Хладагенты, применяемые в холодильных установках

Хладагенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них — хладон и аммиак.
К холодильным агентам предъявляют ряд требований. При атмосферном давлении температура кипения рабочего тела должна быть достаточно низкой. Давление рабочего вещества в конденсаторе должно быть умеренным, так как в противном случае требуется увеличение прочности и, следовательно, металлоемкости машин.
Немаловажным свойством холодильного агента является его удельная объемная холодопроизводительность.
Хладоносители это жидкости, с помощью которых теплота отводится от охлаждаемого объекта. В холодильной технике продукция охлаждается в холодильной камере непосредственно холодильным агентом. Если это технически осуществить трудно, объект охлаждают при помощи хладоносителя. К нему предъявляют следующие требования: низкая температура замерзания, большая теплоемкость, малая вязкость, небольшая стоимость. Температура замерзания их зависит от концентрации рассола.
Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металл трубопроводов в растворы добавляют так называемые пассиваторы: хромат натрия, бихромат натрия, двухметаллический фосфат натрия. В качестве пассиваторов используют также раствор гашеной извести или каустическую соду.
Для уменьшения потерь на трение и увеличение пропускной способности трубопроводов рекомендуется добавлять в рассолы высокомолекулярные полимеры, так называемые поверхностно-активные вещества (ПАВ), в количестве 0,03...0,7 %.
Диапазон рабочих тел для использования в компрессорных тепловых насосах на сегодняшний день достаточно широк. Обязательные критерии выбора хладагента включают высокую термическую стабильность, умеренное давление конденсации, высокую скрытую теплоту кипения. Окончательный выбор хладагента представляет собой компромиссное решение.
При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.
Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF2C12 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами
Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF2C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.
Аммиак (NH3) — бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его основано главным образом на методе соединения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до -70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразования, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. Поэтому он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Стоимость аммиака невысока по сравнению с другими хладагентами.
Как известно, некоторые хладагенты обладают озоноразрушающей способностью, что не может не тревожить международную общественность.
Хлорсодержащие хладагенты, достигая стратосферы разлагаются там ультрафиолетовыми лучами и высвобождают хлор, быстро реагирующий с озоном, разрушая таким образом озоновый слой.
Продолжительность жизни хладагентов в атмосфере также очень важный фактор. Это показатель времени, в течение которого различные вещества сохраняются в атмосфере и могут влиять на окружающую среду. Иными словами, чем дольше химикат или хладон сохраняется в атмосфере, тем он менее экологически безопасен.
В 1985 г. в Вене была принята Конвенция о защите озонового слоя. К ней присоединились 127 государств, включая Россию и страны СНГ.
В 1989 г. вступил в силу Монреальский протокол о постепенном сокращении, а затем и о полном прекращении в 2030 г. выпуска озоноразрушающих хладагентов. К опасным группам были отнесены хладоны R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-12B1, R-13B1, R-114B2. В 90-х гг. текст протокола был ужесточен путем введения ограничений не только на производство, но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей озоноразрушающие вещества.
Российская Федерация приняла на себя обязательства, вытекающие из Монреальского протокола об охране озонового слоя. Согласно принятым решениям, R-502 запрещен к производству с 1 января 1996 г. Для R-22 установлены более отдаленные сроки — сокращение производства и использования с 2005 г. и полный запрет начиная с 2020 г.
Для замены R-502 и R-22 основными мировыми производителями химической продукции были разработаны и выпускаются переходные (с содержанием хлорфторуглеводородов) и озонобезопасные (состоящие только из фторуглеводородов) смеси хладагентов.
К переходным хладагентам относятся R-402, R-403B и R-408A, которые могут использоваться в действующем оборудовании. Большая часть этих новых рабочих веществ появилась сегодня на российском рынке.
Озонобезопасные хладагенты R-507, R-404A, R-134A можно рекомендовать как для работы в новом оборудовании, так и для реконструкции низкотемпературных холодильных систем. Они разработаны для замены R-22 в действующем и выпускающему в настоящее время оборудовании [9].


2.4 Преимущества использования ледогенератора (льдогенератора)

Преимущества использования ледогенератора (льдогенератора) чешуйчатого льда в процессе переработки продукции животноводства можно разделить на две группы. Это преимущества связанные с физическими свойствами льда с одной стороны и механическими свойствами, как льда так и генератора, с другой.
Итак, преимущества связанные с механическими свойствами:

  • современные технологии переработки мяса, в частности технологии производства колбасы, сосисок, сарделек, фарша и различных мясных полуфабрикатов предполагают использование в процессе  льда, т.е. ледогенератора (льдогенератора), т.к. без него технология неосуществима. Ледогенератор (льдогенератор) непосредственно входит в цикл мясопереработки.
  • продукт деятельности ледогенераторов (льдогенераторов)  типа ЛВЛЧ, выпускаемых ООО «КЭП Лаборатория вариаторов», является чешуйчатый лед. Его преимущество заключается в том что при механической обработке фарша, с содержанием необходимого количества льда, происходит наименьшее повреждение режущих и перемешивающих механизмов машины (куттер, пресс, фаршемешалка).
  • скорость механического разрушения чешуйчатого льда ниже, чем у любого другого вида льда.
  • широкий диапазон выбора ледогенераторов (льдогенераторов)  ЛВЛЧ. На сегодняшний день ООО «КЭП Лаборатория вариаторов» предлагает предприятиям отрасли переработки сельскохозяйственной продукции ледогенераторы (льдогенераторы)  производительностью от 200 кг/сут. до 5000 кг/сут. Что позволяет сделать оптимальный выбор между потребностями предприятия и предлагаемой продукцией.
  • возможность подключения ледогенератора (льдогенератора) ЛВЛЧ к любой циркуляционной системе питьевой воды.
  • возможность выполнения ледогенератора (льдогенератора)  в моноблоке с холодильной установкой, а также установки по Сплит – системе, что позволяет установить ледогенератор (льдогенератор) непосредственно в цехе, а холодильно – компрессорный агрегат в любом, удобном для технологии производства месте, в т.ч. и на улице.
  • возможность регулирования производительности ледогенератора (льдогенератора) с помощью регулятора частоты переменного тока.

Преимущества, связанные с физическими свойствами чешуйчатого льда:

  • чешуйчатый лед является сухим, не влажным. Это обусловлено технологией его производства, при снятии барабана ледогенератора (льдогенератора) отсутствует не замороженная жидкость (вода). T = -7°С.
  • высокая теплоемкость. Т.к. температура льда ниже 0°C на 7° в момент его фазового перехода поглощается большое количество тепловой энергии, которая забирается у продукта [10].
  • чешуйчатый лед в течение длительного хранения меньше предрасположен к слеживанию, чем другие виды льда.

Таким образом, можно сказать, что ледогенератор (льдогенератор) чешуйчатого льда обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими ледогенераторами (льдогенераторами), а также является незаменимой частью процесса переработки сельскохозяйственной продукции.


2.5 Использование тепла холодильной установки ледогенератора (льдогенератора) в качестве источника энергии

Анализируя цикл работы холодильной установки ледогенератора (льдогенератора), был сделан вывод, что при поступлении газообразного хладагента в компрессор резко повышается его температура, вследствие работы, совершаемой компрессором. Затем из области сжатия компрессора хладагент поступает для охлаждения в конденсатор, отдающий количество тепла в контур воздушного охлаждения. Соответственно, есть возможность рекуперировать тепловую энергию, полученную хладоном в компрессоре, на участке, пока он не попал в конденсатор, путем установки туда теплообменного аппарата. Тогда тепловая энергия не будет теряться в контуре воздушного охлаждения конденсатора, а будет получена возможность ее полезного использования в процессе переработки мясной продукции. Учитывая, какое количество энергии забирается от воды при ее фазовом переходе на стенках испарителя и сколько потребляется энергии из сети компрессором, можно сделать вывод, что потери тепловой энергии в воздушном контуре довольно велики и имеет смысл ее рекуперировать. Расчет количества рекуперируемой энергии

произведем в разделе теплотехнического расчета.
В рассматриваемом цехе по переработке мясной продукции животноводства установлено 4 ледогенератора (льдогенератора) производительностью 2500 кг/сут каждый. Холодильные установки этих ледогенераторов (льдогенераторов) агрегатируются немецкими компрессорами Bitzer 4N – 12.2 [11], его технические характеристики представлены в таблице 1.1.

Таблица 2.1 – Техническая характеристика компрессора


Параметры

Bitzer 4N – 12.2

Холодопроизводительность, кВт
( при t° окр. среды 20° С)

 

16,5

Потреблеямая мощность, кВт

9,39

Габаритные размеры, мм

458х420х670

Масса, кг

70


Холодильные агрегаты выполнены по Сплит – системе, т.е. установлены отдельно от ледогенераторов (льдогенераторов). Получаемый лед накапливается в специализированном бункере, что позволяет обеспечить непрерывную работу комплекса.
Бункер для хранения чешуйчатого льда является абсолютно новым решением для экономии электроэнергии. Технологическая линия данного предприятия нуждается в 10 тоннах льда ежедневно. Без бункера за 8 часовую рабочую смену такое количество льда могут произвести 12 ледогенераторов (льдогенераторов)  типа ЛВЛЧ – 2500 (104,1 кг/час), его технические характеристики приведены в таблице 2.2 [13]. А возможность накапливать лед позволяет снизить их количество до 4, поскольку ледогенераторы (льдогенераторы) работают 24 часа сутки, расчет производится по формуле (2.1):
,       
где N – количество ледогенераторов (льдогенераторов), шт.;  Q – потребное количества льда, кг.; P – производительность ледогенератора (льдогенератора), кг/ч; t – количество часов, ч.
Для 8 часовой рабочей смены:
.
Для круглосуточного режима работы:

Так же круглосуточный, т.е. безостановочный, режим работы является оптимальным режимом рабоы для холодильной установки.
Энергосбережения можно достичь не только уменьшением количества необходимых для процесса переработки ледогенераторов (льдогенераторов), но и за счет применения двухтарифного счетчика, т.к. в ночные часы энергия, отпускаемая сетевой компанией, дешевле.
Так же потери энергии снизит применение тепловой изоляции в бункере для хранения чешуйчатого льда.

Таблица 2.2 – Технические характеристики ледогенератора (льдогенератора) ЛВЛЧ – 2500


Параметры

ЛВЛЧ - 2500

Производительность,
кг/сутки, не менее

 

2500

Исполнение

Сплит – система

Способ охлаждения

Воздушный

Суточный расход воды, л.

2600

Температура льда на
выходе °С, не менее

 

от - 5°С до - 7°С

Исходное сырье

Вода питьевая

Габаритные размеры, мм

700?600?1200

Масса (без холодильного агрегата), кг

185,0

Таким образом, можно сделать вывод, что на мясоперерабатывающих предприятиях существует несколько путей снижения потребления энергии. Применение которых, в конечном счете, даст значительный экономический эффект.
Во – первых, это применение бункера для хранения льда. Что позволяет снизить количество необходимых для технологического процесса ледогенераторов (льдогенераторов) в 3 раза. Соответственно снижаются  затраты на их приобретение, и потребление электрической энергии.
Во – вторых, если применить теплоизоляцию для этого бункера, то также возможно снизить потери, уже полученного холода, а соответственно и количество холодной воды, необходимой для поддержания теплового баланса в хранилище.
В – третьих, применение теплообменных аппаратов в холодильном агрегате ледогенератора (льдогенератора) на участке между компрессором и конденсатором  позволит экономить значительное количество потребляемой тепловой энергии, и затрат на ее приобретение.

center

г. Челябинск, ул. Шенкурская, 1-Б
Тел.: (351) 230-58-40;
Факс: (351) 727-17-16;
E-mail: labovar@yandex.ru

ПРАЙС
Vinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo Slider