Товароведческая характеристика мороженного

 

Содержание токсичных  элементов, антибиотиков, микотоксинов, пестицидов и радионуклидов в мороженом не должно превышать допустимых уровней, установленных гигиеническими требованиями безопасности и пищевой ценности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Механизм протекания процесса охлаждения

 

2.1. Охлаждение  до обыкновенных температур

Охлаждение — процесс понижения температуры материалов путем отвода от них теплоты.

Для охлаждения газов, паров  и жидкостей до 15...20 °С в пищевой технологии используют воду и воздух. Для охлаждения продуктов до низких температур используют низкотемпературные хладагенты — холодильные рассолы, хладоны (фреоны), аммиак, диоксид углерода и др.

Охлаждение  водой осуществляется в теплообменниках, в которых теплоносители разделены стенкой либо обмениваются теплотой при смешивании. Например, газы охлаждают разбрызгиванием в них воды.

Для охлаждения применяется  обычная вода температурой 15...25 °С либо артезианская температурой 8...12 °С. С целью экономии свежей воды часто для охлаждения используют оборотную воду, охлажденную за счет ее испарения В градирнях. Оборотная вода имеет температуру, достигающую летом 30 ºС.

Охлаждение  льдом применяют для охлаждения ряда продуктов, например мороженого, до температуры, близкой к нулю. Лед, отдавая теплоту, нагревается до О ºС и плавится, отнимая теплоту от охлаждаемого продукта.

Охлаждение  воздухом проводят естественным и искусственным способами. При естественном охлаждении горячий продукт охлаждается за счет потерь теплоты в окружающее пространство. Наиболее эффективно естественное охлаждение в зимнее время при низкой температуре воздуха.

Искусственное охлаждение воздухом применяют для охлаждения воды в градирнях, в которых охлаждаемая  вода стекает сверху вниз навстречу  подаваемому снизу воздуху. При этом охлаждение происходит не только за счет теплообмена, но в значительной степени за счет испарения части жидкости.

 

 

2.2. Охлаждение  до температур ниже температуры  окружающей среды

Для охлаждения, замораживания  и хранения пищевых продуктов  при температурах ниже температуры окружающей среды (от +4 до —40 °С) используют холодильники. Охлаждение в холодильниках осуществляется холодильными машинами.

Для получения холода в холодильных машинах применяют  обратный круговой термодинамический цикл, состоящий из процессов сжатия газа, конденсации и испарения.

Согласно второму закону термодинамики охлаждение до температур ниже температуры окружающей среды, которое связано с переносом теплоты с низшего температурного уровня на высший, возможно только при затрате энергии. Такой перенос теплоты осуществляется по обратному циклу Карно.

Рисунок 2.1 – Обратный чикл Карно

Рассмотрим обратный цикл Карно (рис. 2.1). Газообразное рабочее тело с температурой Т_о адиабатически сжимается с затратой работы, нагреваясь при этом до температуры Т. Этот процесс изображается вертикальной линией 1—2. После сжатия газ изотермически конденсируется при температуре Т (линия 2—3), отдавая теплоту Q, а затем образовавшаяся жидкость адиабатически расширяется. При расширении жидкость охлаждается до температуры Т_о (линия 3—4), производя при этом полезную работу, после чего испаряется при температуре Т_о (линия 4—1) при пониженном давлении, отнимая теплоту Q_o от охлаждаемого объекта.

На рис. 2.2. приведены диаграммы состояния воздуха в координатах Т — S. Линии жидкости и пара сходятся в точке Т_кр, которая является критической температурой. В области b — Т_кр — а, лежащей левее кривой, находится жидкость. Область b—Т_кр — с, лежащая под кривой, является областью сосуществования пара и жидкости, а область а — Т_кр — с выше и правее кривой соответствует состоянию газа или перегретого пара.

Рисунок 2.2 – T – S диаграмма для воздуха

Для искусственного охлаждения газов применяют следующие холодильные машины: паро- и газокомпрессионные, абсорбционные, пароводяные, зжекторнъге и термоэлектрические,

В холодильных машинах  продукты могут охлаждаться непосредственно хладагентом либо с помощью промежуточных хладоносителей, которые отводят теплоту от объектов охлаждения, находящихся вне холодильной машины, и отдают ее хладагенту.

При использовании хладоносителей испаритель холодильной машины размещают в емкости, заполненной хладоносителем-рассолом. В результате испарения хладагента рассол охлаждается до заданной температуры и насосом подается в общий трубопровод, из которого насосом распределяется по охлаждающим элементам холодильника. Отработанный рассол собирается в общий трубопровод и вновь поступает на охлаждение в емкость.

Для охлаждения до температур не ниже -15 ºС используется раствор хлорида натрия,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Оборудование для проведения  процесса охлаждения

 

В парогазокомпрессионных холодильных машинах используют аммиак, хладоны (фреоны), диоксид углерода. Принцип действия этих машин основан на сжатии хладагента компрессором и конденсации сжатого газа.

В холодильных машинах, работающих с аммиаком и хладонами, не требуется создавать высокие  давления. В отличие от аммиака  хладоны не имеют раздражающего  носоглотку запаха и взрывобез-опасны. Такие машины применяют для охлаждения до -80 °С.

Схема парокомпрессионной машины представлена на рис. 3.1. Она состоит из компрессора Км, конденсатора, дросселирующего вентиля В, испарителя И. Хладагент, циркулирующий в машине (рис. 3.2), сжимается компрессором до рабочего давления по адиабате 1—2 до состояния насыщения и конденсируется при температуре Т в конденсаторе (линия 2—3), который охлаждается водой. Вода при этом отводит от хладагента теплоту Q=Q_a+L. После переохлаждения (линия 3—3') образовавшаяся жидкость поступает в дросселирующий вентиль, где дросселируется по изоэнтальпе 3—4 (или 3' - 4, если отсутствует переохлаждение) и испаряется затем в испарителе при температуре Т_о (линия 4—1) за счет теплоты Q_o, отнимаемой от охлаждаемого объекта. Переохлаждение хладагента способствует увеличению отводимой теплоты Q_o.

Км — компрессор; К — конденсатор; В — дросселирующий вентиль; И — испаритель (состояние хладагента в точках 1...4 отображено на рис. 3.2 и 3.2)

Рисунок 3.1 – Схема  парокомпрессионной холодильной машины

Рисунок 3.2 – Цикл   парокомпрессионной холодильной машины со сжатием влажного газа в компрессоре

Выше был описан процесс  со сжатием в компрессоре влажного пара, но в большинстве случаев  холодильные машины работают со сжатием  сухого пара (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Цикл парокомпрессионной машины со сжатием сухого пара

Процесс адиабатического  сжатия пара в компрессоре отражается линией 1—2. Затем следуют охлаждение перегретого пара до состояния насыщения по изобаре 2—2', конденсация при температуре Т по изотерме 2'—3', переохлаждение 3'—-3, дросселирование по изоэнтальпе 3—4 и испарение по изотерме 4—1.

Из сопоставления приведенных  циклов работы парокомпрессионных машин следует, что термодинамический цикл с влажным паром ближе к циклу Карно и холодильный коэффициент для него выше. Однако при сжатии влажного пара в компрессоре возникает опасность гидравлического удара и снижается коэффициент подачи компрессора, что делает такой цикл менее выгодным по сравнению с циклом сжатия сухого пара. Коэффициент подачи компрессора, зависящий от степени сжатия Из сопоставления приведенных циклов работы парокомпрессионных машин следует, что термодинамический цикл с влажным паром ближе к циклу Карно и холодильный коэффициент для него выше. Однако при сжатии влажного пара в компрессоре возникает опасность гидравлического удара и снижается коэффициент подачи компрессора, что делает такой цикл менее выгодным по сравнению с циклом сжатия сухого пара. Коэффициент подачи компрессора, зависящий от степени сжатия , определяют на основании экспериментальных данных.

В газо-компрессионных холодильных машинах (рис 3.4) хладагентом служит воздух. В рабочем цикле машины (рис. 3.5) воздух не конденсируется и не испаряется. Воздух засасывается турбокомпрессором и сжимается по адиабате 1—2. Затем охлаждается водой в холодильнике от температуры Т₂ до Т_ъ по изобаре 2—3, охлажденный воздух расширяется адиабатически в детандере, при этом его температура снижается до Т₄, Из детандера воздух поступает в теплообменник, в котором отнимает на низшем температурном уровне теплоту при постоянном давлении по изобаре 4—1. Эти машины характеризуются повышенным расходом энергии и применяются только для создания температур ниже -100 °С.

К — компрессор; Т— теплообменник; X — холодильник; Д — детандер (расширитель); точки 1...4 соответствуют точкам на диаграмме Т—S (рис. 3.6).

Рисунок 3.5 - Схема газо-компрессионной холодильной машины

Рисунок 3.6 – Цикл газо-компрессионной холодильной машины

В абсорбционных холодильных машинах (рис. 3.7) хладагентом служит водоаммиачный раствор. Эти машины применяют для охлаждения до -60 °С.

1 — кипятильник; 2 — конденсатор; 3, 8 — дросселирующие вентили; 4 — испаритель: 5 — абсорбер: 6 — насос; 7 — теплообменник

Рисунок 3.7 - Схема абсорбционной холодильной машины

Машина состоит из кипятильника 1, который обогревается водяным паром, конденсатора 2, охлаждаемого водой, дросселирующего вентиля 3, испарителя 4, абсорбера 3, теплообменника 7 и насоса 6 (см. рис. 3.7). В кипятильнике из водоаммичного раствора при нагревании выделяется большая часть газообразного аммиака, который под избыточным давлением поступает в конденсатор, где охлаждается водой и конденсируется при высокой температуре Т. При конденсации аммиак отдает теплоту Q охлаждающей воде. Сжиженный аммиак дросселируется в дросселирующем вентиле 3 (при этом его давление снижается) и испаряется в испарителе 4, отнимая теплоту от охлаждаемой среды на низком уровне Т_о. После испарителя газообразный аммиак поступает в абсорбер, охлаждается и абсорбируется водой. Полученный высококонцентрированный раствор подается насосом в теплообменник, где нагревается, и затем в кипятильник. Не испарившаяся часть аммиака в количестве 20 % подается в теплообменник и затем через дроссельный вентиль поступает на орошение в абсорбер. В результате абсорбции газообразного аммиака, поступающего из испарителя, вновь получают концентрированный водоаммиачный раствор, поступающий в кипятильник, и процесс повторяется. В абсорбционной холодильной машине функции компрессора выполняет термокомпрессор, который состоит из кипятильника, абсорбера и теплообменника.

В пароводяных  эжекторных холодильных машинах хладагент сжимается в паровом эжекторе, а пар конденсируется в конденсаторах смешения с водой или в поверхностных конденсаторах, Хладоносителем здесь служит рассол или чистая вода. С помощью рассолов достигается охлаждение до —15 ºС, а с помощью воды — до +5 ºС.

Схема пароводяной эжекторной холодильной машины приведена на рис, 3.8. Водяной пар высокого давления, поступающий в эжектор 2, отсасывает пар из испарителя 1. В результате этого давление в испарителе снижается до 250.. .500 Па и циркулирующий рассол охлаждается до —10... + 15°С. Охлажденный рассол откачивается насосом 5 и направляется на охлаждение объектов. Водяной пар из эжектора поступает в конденсатор смешения 3, где конденсируется и отводится в виде конденсатора мокровоздушным насосом 4.

1 — испаритель; 2 — эжектор; 3 — конденсатор смешения; 4,5 — насосы

Рисунок Схема пароводяной эжекторной холодильной машины

Пароводяные эжекторные холодильные машины, работающие на воде, имеют высокий холодильный коэффициент благодаря небольшой разности температурных уровней. Такие машины просты, надежны, компактны и удобны в эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Кинетические закономерности процесса охлаждения

Массовый расход воды на охлаждение W (в кг/ч) определяется из теплового баланса

     (4.1)

откуда

     (4.2)

где С — массовый расход охлаждаемого теплоносителя, кг/ч;

      с, с_в — удельные теплоемкости соответственно теплоносителя и воды, кДж/(кг·К.);

t_н, t_к — соответственно начальная и конечная температуры теплоносителя, С;

t_н , t_вк — соответственно начальная и конечная температуры охлаждающей воды, °С;

Q_n — потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.

При непосредственном охлаждении (например, жидкости льдом) со льдом  вносится холод

,     (4.3)

где L — масса льда, кг;

 r — теплота плавления льда, {кДж/кг); принимают r с учетом переохлаждения его на 1...3 °С равным 335 кДж/кг.

С охлаждаемой жидкостью  вносится теплота в количестве

,     (4.4)

где G — масса охлаждаемой жидкости, кг;

с — удельная теплоемкость жидкости, кДж/ (кг-К);

t_н — начальная температура жидкости, °С.

Примем конечную температуру охлаждаемой жидкости и воды, образовавшейся при таянии льда, t_к. Тогда тепловой баланс можно