Электрофизические методы в холодильной технике

Одна из основных задач продовольственного обеспечения страны — снижение потерь пищевого сырья. В области переработки пищевого сырья таятся неиспользованные возможности, которые могли бы служить дополнительными резервами получения продовольствия. Эти резервы связаны с устранением или уменьшением таких негативных явлений, возникающих при переработке, как потеря массы, сравнительно низкий выход готовой продукции, снижение ее биологической ценности и др. Однако реализовать эти возможности на основе традиционных методов обработки чрезвычайно трудно, так как эти методы в своем развитии приблизились к естественному пределу совершенства.

Среди важнейших тенденций дальнейшего прогресса современной холодильной техники заметная роль принадлежит уменьшению энергозатрат при получении искусственного холода и снижению потерь при его потреблении. Можно считать, что традиционные направления решения данной проблемы к настоящему времени практически исчерпаны.

Для холодильной техники и технологии характерно сравнительно медленное протекание процессов, тепло- и массообмена, как в аппаратах холодильных машин, так и при консервировании холодом пищевых продуктов. Основные направления решения этой проблемы — разработка методов и средств, интенсифицирующих тепло- и массообменные процессы как на стадии производства искусственного холода, так и на стадии его потребления; при этом методы и средства не должны оказывать негативного влияния на качество холодильного консервирования пищевых продуктов.

Согласно прогнозам Международного института холода в обозримом будущем крупнотоннажное холодильное консервирование скоропортящихся продуктов не имеет альтернативы. Вместе с тем современное производство искусственного холода — это один из основных потребителей высокопотенциальной энергии, на выработку которой расходуются невоспроизводимые виды природного топлива (газ, нефть и уголь). Так, в частности, энергозатраты на производство 1 кг мяса и его холодильное хранение составляют свыше 21 кВт·ч [1].

В связи с этим особую актуальность приобретает разработка систем охлаждения с интенсифицированным теплообменом, где энергозатраты на производство холода значительно меньше. Так, с понижением температуры кипения хладагента в камерном оборудовании на 1 К из-за интенсивного преобразования на поверхности теплообмена холодопроизводительность компрессора уменьшается приблизительно на 4% при работе его в условиях, близких к стандартному режиму; примерно на столько же увеличивается удельный расход электроэнергии [2].

Технические характеристики и режимы работы холодильных машин (ХМ) во многом определяются эффективностью теплообмена в конденсаторах. В частности, с уменьшением перепада температур в конденсаторах на 3…4 К энергозатраты уменьшаются на 10… 15% [3].

Один из наиболее эффективных и возможных выходов из сложившегося положения — применение электротехнологии.

Электротехнология, как показала практика, по сравнению с существующими технологиями имеет ряд преимуществ: электрическое поле воздействует непосредственно на сырье биологического происхождения и среду без промежуточной трансформации энергии, что позволяет проводить тонкое регулирование процессов; упрощается автоматизация в связи с безинерционностью управления потоком заряженных частиц; сокращается потребление энергии; интенсифицируются тепло- и массообмен в аппаратах и технологических процессах. Возможности электротехнологии используются еще крайне недостаточно, однако эти возможности в последнее время все более осознаются специалистами различных отраслей производства, что приводит к расширению области ее применения в промышленности. Универсальность данной технологии состоит в том, что в природе нет таких сред и веществ, которые бы не подвергались под действием электрического поля зарядке и не являлись бы носителями зарядов, т. е. не поддавались бы силовому воздействию поля.

Силовое воздействие поля на частицы может быть использовано в различных процессах, например при отделении кедровых орехов от мелких примесей или пара хладагента от масляных включений в маслоотделителях холодильных установок. Интерес к использованию электротехнологии особенно возрос в последнее время в связи с наступлением в ряде стран энергетического кризиса и повышением требований к охране окружающей среды. Работа аппаратов, процессы переработки и обработки сырья биологического происхождения с использованием сильных электрических полей осуществляются сухим способом (без расхода воды), не связаны с необходимостью, дорогостоящей очистки сточных вод и экологически чисты.

Реальность развития этого направления подкрепляется тенденцией изменения структуры энергетического баланса. Со временем большее предпочтение будет отдаваться именно электрической энергии. В этом случае электротехнология, видимо, способна вывести многие традиционные процессы из эволюционного тупика.

Использование энергетических полей в условиях промышленного производства — сложная научно-техническая задача, требующая решения ряда вопросов, в частности таких, как:

• выявление областей производства, где экономически эффективно применять электрофизические методы с учетом рационального сочетания их с традиционными технологическими;

• исследование комплекса свойств продукта: электрофизических, структурно-механических, теплофизических и других и установление их взаимосвязей;

• исследование процессов тепло- и массообмена в условиях использования новых концентрированных источников энергии;

• разработка теоретических основ расчета и конструирования аппаратов для холодильной обработки пищевых продуктов в энергетических полях;

• комплексная оценка качества изделий.

В основу классификации электрофизических методов обработки пищевых продуктов положен принцип непрерывности спектра электромагнитных волн [4]. При этом уравнение Планка устанавливает взаимосвязь длины волны излучения и энергии кванта.

Как отмечалось ранее, в основе действия одного из электрофизических методов лежит электротехнология, использующая действие сильных электрических полей. Получение сильных электрических полей достигается с помощью простых конструкторских решений, что раскрывает широкие возможности для их применения не только в экспериментальных работах, но и при внедрении на предприятиях агропромышленного комплекса.

Одним из способов интенсификации тепломассообмена при холодильной обработке (охлаждение, замораживание, размораживание, атмосферная и сублимационная сушка) является использование электроконвективного воздушного потока.

В промышленности начинают находить применение морозильные аппараты, использующие сильные электрические поля для интенсификации процессов холодильной обработки пищевых продуктов. Становится возможным использовать электротехнологию и при хранении мороженых продуктов.

Одним из направлений электротехнологии является электронно-ионная обработка (ЭИО). Электроантисептирование пищевых продуктов, один из видов ЭИО, позволяет сохранять их качество при холодильной обработке и хранении. Первые исследования по уничтожению бактерий постоянным электрическим током были осуществлены еще в 1887 г. Кохом и Мендельсоном.

Предыдущая - Следующая