3.4. Хранение пищевых продуктов

На холодильное хранение поступают продукты после одного из видов холодильной обработки - охлаждения, замораживания, домораживания, размораживания. При этом продукт, прошедший холодильную обработку, должен иметь среднеобъемную темпера­туру, равную температуре последующего хранения.

Основная задача холодильного хранения - консервация свойств объектов путем выбора рационального режима и поддер­жания его в течение всего периода хранения. Если охлаждение и замораживание являются нестационарными процессами, то хране­ние охлажденных и мороженых продуктов можно считать протека­ющими в условиях, близких к стационарным. Последнее обстоя­тельство накладывает ограничения на нестабильность во времени и неодинаковость по объему параметров охлаждающей среды: тем­пературы и влажности, скорости и направления движения среды и других показателей (состав газовой среды, бактериальное со­стояние, наличие запахов, механических загрязнений и т. п.). Параметры среды выбираются с учетом предшествующего хранению способа холодильной и технологической обработки (охлаждение, замораживание, размораживание, посол, варка, жарение, копчение и т. п.) и в зависимости от вида продуктов, сроков хра­нения и, назначения (промпереработка, передача в торговую сеть и т. п.).

Условия хранения. Они могут быть различны. Ниже рассмотре­ны основные из них.

Охлажденные продукты. Сроки хранения в охлажден­ном состоянии зависят в основном от свойств продуктов и от тем­пературы, которая устанавливается обычно на уровне от -1,5 до 10°С. В течение всего срока должна поддерживаться, возможно, бо­лее постоянная температура продукта. Колебания температур воз­духа приводят к конденсации влаги на поверхности продуктов и об­разованию среды, благоприятной для развития плесени и микроор­ганизмов.

Продукты чаще всего размещают штабелями с соблюдением отступов от ограждений и оборудования камер и с обеспечением зазоров для вентиляции. Применяемая тара из дерева, пластмас­сы, картона должна способствовать циркуляции воздуха, быстрому отводу теплоты от продукта. Применение тары и упаковки способ­ствует уменьшению потерь и пакетированию грузов. Использова­ние различного типа поддонов и контейнеров позволяет механизи­ровать погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские работы и обеспечить надлежащие условия для вентилирования. В табл. 3.4 приведены режимы хранения некоторых видов продуктов в соответ­ствии с рекомендациями Международного института холода.

164

Таблица 3.4

Продукт	Температура,°С	Срок хранения
Мясо и мясопродукты
Говядина в тушах (без упаковки)	4	10. ..14 дн
То же	-1,5. ..0	3.. .5 нед
То же, при 10% СО2	-1,5. ..0	9 нед
Свинина в тушах (без упаковки)	-1,5. ..0	3 нед
Ягнята и баранина (в вакуум-упа­ковке)	-1,5. ..0	10 нед
Субпродукты пищевые (без упаков­ки)	-1,5. ..0	7 дн
Птица
Цыплята потрошеные (в полиэти­леновой пленке)	-2,2…-1	3 нед
Цыплята непотрошеные (без упа­ковки)	0. ..1	3…4 нед при влажно­сти 60...70%
Яйца
Яйца в скорлупе	-1,5. ..0	6…7 мес при влажно­сти менее 90%
Меланж пастеризованный	0...4	4…7 дн
Рыба
Лосось непотрошеный		8 дн
Хек потрошеный северного полуша­рия		10...12 дн
Хек непотрошеный северного полу­шария		8 дн
Окунь морской непотрошеный		7...9 дн
Палтус потрошеный		14 дн
Сельдь непотрошеная: жирная тощая		3 дн 5 дн
Скумбрия непотрошеная		5...6 дн
Скумбрия потрошеная		10 дн
Треска потрошеная		11...12 дн
Морепродукты
Кальмары	0	7...8дн
Креветки сырые	0	5 дн
Рыбопродукты
Икра: лососевая зернистая в консервных банках осетровая зернистая осетровая паюсная	-6...-5 -3...-2 -5...-2	10 мес 1 мес 10 мес
Рыба горячего копчения: красная рыба сельдь	0 0	7...9 дн 5...6 дн
Рыба холодного копчения: сельдь треска	0 0	4...6 дн 8...14 дн

165

Относительная влажность воздуха в камерах хранения охлаж­денного мяса (в полутушах и четвертинах на подвесных путях) должна быть 85...95%. Рекомендуемые режимы хранения рыбо­продуктов позволяют получить в холодильных камерах влажность, близкую к 100%. Для соленых рыбопродуктов допустимая влаж­ность 75... 90%, для сушеных (без защитной упаковки) - около 50%.

Переохлажденные и подмороженные продукты. Переохлажденные и подмороженные продукты могут хранить­ся дольше охлажденных. Сроки хранения подмороженного мяса удлиняются в среднем в 2 раза. Подмороженное мясо, хранивше­еся при температуре -2 ..-3°С уложенным в штабель высотой 1,5 м, после месячного хранения мало отличается от охлажденного. Подмораживание целесообразно вести до среднеобъемной темпера­туры -1,2^°C. Образующийся при этом подмороженный слой (4 см) обеспечивает возможность транспортировки и хранения полутуш в штабелях.

Рыбу подмораживают до температуры в толще от 0 до -1°С, а в подмороженном слое от -3 до -5°С. Подмороженную рыбу, упакованную в ящики, хранят или транспортируют при температу­ре от -2 до -3°С.

Подмороженное мясо всех видов (в штабеле или подвешенное) хранят при температуре -2°С в течение не более 20 сут., учитывая продолжительность транспортировки. Куриные яйца переохлажда­ют и хранят при температуре от -2 до -2,5°С, дальше понижать температуру не следует.

По данным Международного института холода (МИХ), сроки хранения подмороженных цыплят (t_B= - 2°C) в проницаемой пленке - три-четыре недели, а в аналогичных условиях при + 4°С - всего одна неделя.

Замороженные продукты. При хранении заморожен­ных продуктов поддерживается достаточно низкая температура, при которой по сравнению с температурой охлажденных продуктов некоторые ферментативные процессы заторможены гораздо силь­нее, жизнедеятельность микрофлоры прекращается. Необходи­мость в применении здесь для увеличения продолжительности хра­нения различных средств (например, регулируемой газовой среды и т. д.) отпадает и чаще всего используется главный параметр - температура. Сложности регулирования влажности не позволяют воспользоваться этим параметром для улучшения условий хране­ния. Камеры хранения с батарейным охлаждением широко приме­няются при хранении неупакованных продуктов, главным образом из-за меньших потерь массы от усушки. В последнее время предло­жены схемы воздушного охлаждения, в которые заложена идея перехвата наружных теплопритоков. При использовании таких схем можно ожидать снижения потерь от усушки до уровня, до­стигнутого при батарейном охлаждении.

Выбор температуры зависит от намечаемой продолжительности хранения. Рекомендуемые МИХ режимы хранения замороженных продуктов предусматривают

166

использование температур не выше -12°С при относительной влажности воздуха минимум 95%. Тем­пературные режимы определяют допустимые сроки хранения:

Продукт	Температура, °С	Допустимый срок хранения, мес
Фарш несоленый в упаковке	-12	5...8
То же	-18	8.. .12
Птица (паронепроницаемая упаков-ка необходима)	-12	3
То же	-18	6. ..8
Кролики	-23…-18	До 6

В соответствии с требованиями технологических инструкций по охлаждению, замораживанию, размораживанию и хранению мяса и мясопродуктов на предприятиях мясной промышленности в каме­рах допускается умеренная циркуляция воздуха (0,2...0,3 м/с). Предусматривается применение более низких температур (-25°С), позволяющих увеличить сроки хранения мяса.

Хранение мороженой рыбы предусматривается при -18... -30°С жирных пород рыбы - при -30...-35°С. Продолжитель­ность хранения при -15...-20°С в трюмах и камерах рыбы, замо­роженной в воздухе, составляет: осетровых и лососевых - 3 ... 8 мес, частиковых и тресковых - 7 ... 9, сельдевых - 2 ... 5 мес.

Мороженое хранят при температуре -20°С, допустимые сроки хранения небольшие и составляют для большинства от одного (мо­лочное весовое) до трех месяцев (пломбир весовой без наполните­ля). В торговой сети мороженое разрешается хранить при темпе­ратуре не выше -12°С.

Замороженные продукты хранят в плотных устойчивых штабе­лях с применением поддонов, в том числе стоечных, а также в упа­кованном виде.

Оборудование, предназначенное для хранения пищевых продук­тов. Здесь будут рассмотрены условия хранения в воздушной среде, хранение в условиях измененного состава газовой среды и хранение с использованием водного льда и жидких сред.

Хранение в воздушной среде. Этот способ хранения относится к одной из разновидностей бесконтактного охлаждения, когда передача теплоты от продукта к охлаждающим приборам происходит через промежуточную среду — в данном случае через воздух с различной его подвижностью. Воздушная среда является универсальной для хранения продуктов, противопоказаний к ее применению нет. На действующих предприятиях находят примене­ние батарейная, воздушная и смешанная системы охлаждения с не­посредственным кипением хладагента и реже -рассольная.

Различают две группы систем охлаждения по их способности локализовать внешние теплопритоки. В одну группу входят систе­мы, в которых обеспечивается внутрикамерный отвод теплоты. Это системы с батарейным или воздушным охлаждением. К дру­гой группе относятся системы охлаждения, обеспечивающие вне камерный отвод теплоты. Это системы с теплозащитной рубашкой, с динами-

167

ческой изоляцией, с панельным охлаждением, с ледяными экранами а воздушные со специальным воздухораспределением, обеспечивающим внекамерный перехват наружных теплопритоков.

Б атарейное охлаждение. В камерах хранения применяется си­стема охлаждения из пристенных и потолочных оребренных и гладкотрубных батарей. При ба­тарейной системе охлаждения для создания более равномер­ного распределения темпера­тур по объему и уменьшения теплопритоков, проникающих в грузовой объем камеры, с целью их локализации рас­средоточивают батареи по объему, размещая их у по­верхности теплых стен и по­толков. Потолочные батареи обеспечивают большую, чем пристенные, равномерность температурного поля и лока­лизуют теплоту, проникающую через покрытия холодильников. Скорость движения воздуха составляет 0,05...0,12 м/с. Влажность воздуха самоустанавливается на уровне 90...98% - при хранении не упакованных продуктов и от 60 до 92% при хранении упа­кованных продуктов.

Рис. 3.41. Холодильники с теплозащитной рубаш-кой:

а - с принудительной циркуляцией возду­ха в рубашке; б - с естественной цирку­ляцией воздуха в рубашке; 1 - охлаждаю­щие приборы дли отвода внешних теплопритоков; 2 - охлаждающие приборы для отвода внутрикамерных теплопритоков; 3 - продух: 4 - внутренняя облегченная стена; 5 - наружное ограждение; 6 - вентилятор воздухоохладителя

Система охлаждения с теп­лозащитной рубашкой. Идея «перехвата» внешних теплопритоков заложена в конст­рукции холодильников с теп­лозащитной рубашкой. Имеются два вида холодильников подоб­ного типа с естественной циркуляцией воздуха в «рубашке» и с принудительной (рис. 3.41).

Холодильники с теплозащитной рубашкой с естественной цир­куляцией воздуха в ней построены в различных странах, в том числе в нашей стране (например, холодильник № 12 в Москве). Эксплуатация показала, что благодаря перехвату внешних теплопритоков уменьшилась неравномерность температур в грузовом объеме камер (не превышала 1,3°С), средняя относительная влаж­ность составляла 96%. Это способствовало уменьшению усушки против нормативной примерно в 2 раза. Усушка происходила с не­одинаковой интенсивностью, но не зависела от колебаний температуры наружного воздуха,

168

в отличие от усушки в обычных каме­рах. Влияние внешних условий сказывается лишь внутри рубашки. Один из недостатков такого типа холодильников состоит в удоро­жании стоимости строительства. Но удорожание составляет лишь 3...5% и быстро окупается за счет экономии на потерях морожено­го мяса.

За рубежом, в частности в Канаде, распространены холодиль­ники с теплозащитной рубашкой (рис. 3.41, а), в которых воздух в рубашке циркулирует в результате работы вентилятора 6 воздухоохладителя.

Рис. 3.42. Оборудование помещений панельной системой охлаждения:

а - камеры стационарного холодильника; б - рефрижераторных помещений судна при пол­ном экранировании; 1,3 - панельные охлаждающие приборы; 2-— продух; 4 – брезент; 5 - наружные ограждения; 6 — грузовой объём камеры.

Рубашка окружает камеру со всех сторон. Стенки 4 рубашки выполнены из паронепроницаемого матери­ала. Поток охлажденного в воздухоохладителе воздуха в резуль­тате его теплообмена с поверхностью охлаждающих батареи не вступает в контакт с воздухом камеры, поэтому распределение температуры, влажности и скорости движения воздуха в камере не зависит от внешних условий. Наличие в обеих конструкциях внутренних приборов охлаждения 2 позволяет отводить внутренние теплопритоки. Эксплуатация показала, что изменение температуры и влажности воздуха по объему и движение воздуха в камере зависят от интенсивности циркуляции воздуха в рубаш­ке.

Относительная влажность изменяется от 90% при скоростях циркуляция воздуха в рубашке, создающих разность температур в 5°С, до 96...98% - при скоростях циркуляции, достаточных для того, чтобы уменьшить эту разницу температур до 1,5°С или менее. Температуры по объему камеры отличаются менее чем на 1°С.

На отечественных холодильниках система охлаждения с тепло­защитной рубашкой не получила распространения. Коэффици­ент использования площади такого холодильника меньше по срав­нению с другими типами холодильников, так как при тех же габа­ритных объемах грузовая вместимость меньше из-за наличия

169

теплозащитной рубашки. Это особенно заметно, если вместимость холодильника невелика.

П анельная система охлаждения. Идея панельной системы ох­лаждения, предложенная С. Г. Чуклиным, нашла применение в основном на судах. При этой системе листотрубные батареи распо­лагают параллельно всему наружному контуру камеры таким об­разом, что они, находясь на расстоянии около 200 мм (40 мм на судовых установках) от наружных ограждений, образуют воздуш­ный промежуток (продух), который воздухонепроницаемо отделен от основного объема камеры (рис. 3.42). На ста­ционарных холодильниках рас­стояние от потолка принимают до 400 мм.

Панельной системе охлаж­дения свойственны серьезные недостатки (большая метал­лоемкость, трудность изготов­ления, нетехнологичность кон­струкции, сложность эксплуа­тации и др.).

О

Рис. 3.43. Помещение с динамической изоляцией:

1 - камера- 2 - наружная стена; 3 - изоляци­онным слой; 4 - продух воздушный; 5 – воз-духоохладитель; 6 –вентилятор

борудование камер с динамической изоляцией. В ди­намической изоляции навстре­чу тепловому потоку движется поток холодного воздуха, по­даваемого принудительно (рис. 3.43), поэтому значительная часть теплового потока через наружные ограждения воспринимается внутри изоляции и лишь небольшая часть теплового потока проникает внутрь камеры. Это способствует сокращению естественной убыли хранящихся грузов. Идея динамической изоляции предложена Н. Н. Кошкиным. Теп­ловой поток, проходящий через динамическую изоляцию, меньше теплового потока, проходящего через статическую изоляцию (ко­эффициент динамической теплопроводности в 1,5...2 раза меньше коэффициента статической теплопроводности).

Благодаря тому, что охлаждение воздуха в воздухоохладителе осуществляется в большем интервале температур по сравнению с обычными системами (от температуры t_пх, близкой к температуре наружного воздуха, до температуры t_в1 более низкой, примерно на 2...5,7°С, чем а камере t_в количество циркулирующего в систе­ме воздуха относительно мало (примерно в 10 раз меньше, чем в обычных воздушных системах), поэтому подвижность его в камере близка к естественной циркуляции.

Наличие пористых стен, потолка и пола, через которые имеется теплоприток и по которым транспортируется холодный воздух, создает условия для его равномерного распределения в камере следовательно, и равномерного поля тем-

170

ператур. Эксперименталь­ные и расчетные данные свидетельствуют об уменьшении в 2,5 ...6 раз интенсивности усушки в камере с динамической изоляцией. Кроме того, подобная система позволяет вводить в камеру конди­ционированную среду.

Динамическая изоляция холодильников пока не применяется из-за отсутствия эффективных конструктивных решений пористой структуры ограждений и равномерного распределения воздуха по площади поверхности стен.

Хранение с использованием воздухоохладителей. Высокие ско­рости движения воздуха в воздухоохладителе интенсифицируют процесс теплообмена. При одних и тех же температурах кипения хладагента и одинаковой площади поверхности охлаждения они обеспечивают поддержание более низких температур воздуха в ка­мере (на 3...5С), чем в камерах с батарейной системой охлаж­дения. В камерах создается более равномерное температурно-влажностное поле, увеличивается грузовая площадь, так как ох­лаждающие приборы могут устанавливаться в коридоре, подвеши­ваться к потолку. Воздушная система охлаждения уже сейчас нашла признание для хранения большинства охлажденных продук­тов.

При хранении неупакованных мороженых продуктов в случае использования в качестве приборов охлаждения воздухоохладите­лей естественные потери намного выше, чем при использовании пристенных и потолочных батарей. Причинами повышенной усушки здесь являются:

• внутренние теплопритоки от двигателей вентиляторов, если они не перехватываются па пути воздуха к штабелю;

• увеличение доли теплоты, передаваемой за счет радиации от стен к продукту, и отсутствие радиационного теплообмена продук­тов с охлаждающими приборами;

• неправильная организация воздухораспределения, в результа­те чего возможен приток значительного количества теплоты, про­никающей через наружные ограждения к воздуху на его пути от воздухоохладителя до штабеля;

• увеличение у поверхности продукта скорости движения возду­ха, доходящей у продукта до 0,2 ... 0,35 м/с и приводящей к воз­растанию коэффициента испарения с поверхности продукта.

Для сокращения усушки в камерах с воздухоохладителями ре­комендуется снизить температуру в камере (в камерах хранения мороженых грузов до -30°С) или организовать систему воздухораспределения таким образом, чтобы воздух, отработавший в ка­мере (после штабеля), направляясь к воздухоохладителю, воспри­нимал теплопритоки от наружных стен и покрытий. При правиль­ной организации воздухораспределения возможно хранение и при более высоких температурах (-20°С).

Принципы организации движения воздуха в подобных камерах и их особенности изложены в 3.3.

171

Применение кондиционируемой среды. Помимо температуры воздуха в камерах хранения охлажденных грузов целесообразно поддерживать оптимальную влажность, что обеспечивается систе­мой кондиционирования воздуха. Чаще всего приходится увеличи­вать влажность воздуха.

Особую важность кондиционирование воздуха приобретает в летний период, когда при усиленной работе холодильных машин отвод влаги из камер хранения увеличивается, что приводит к по­нижению относительной влажности воздуха и к повышению усуш­ки продуктов. Используются регулируемые и нерегулируемые спо­собы подачи влаги в камеру.

Относительная влажность регулируется при стационарном ре­жиме хранения. В качестве датчиков влажности используются ма­нометрические термочувствительные элементы, термометры сопро­тивления, термопары и термисторы, влагорегуляторы. Регулиро­вание влажности воздуха — задача сложная, особенно в камерах хранения мороженых продуктов. Применение систем кондициони­рования позволяет уменьшить усушку продуктов на 20... 30%, что дает определенный экономический эффект.

Наиболее распространены следующие методы увлажнения воз­духа.

1. Подача влаги в помещение в виде капельной воды, распыля­емой в форсунках сжатым воздухом. При этом влага испаряется и увлажняет воздух. Способ используется в системах кондициони­рования и во фруктохранилищах. В камерах хранения мороженых грузов он не применяется из-за сложности эксплуатации.

2. Увлажнение водяным паром, перегретым до 130...150°С. Способ используется в камерах хранения яиц (недостаток - боль­шой приток теплоты в камеру).

3. Увлажнение посредством сублимации льда с поверхности воздухоохладителя. Таким способом поддерживается высокая влажность в воздушных системах охлаждения при хранении неупа­кованных продуктов. Для этого в камере должно быть или не­сколько воздухоохладителей или воздухоохладитель должен быть разделен на две зоны: активную и пассивную. Одна зона (актив­ная) или часть воздухоохладителей работает в режиме охлажде­ния. Другая зона (пассивная) или другие воздухоохладители ав­томатически выключаются из режима охлаждения (отключением от линии подачи и отсоса хладагента) и при циркуляции через них камерного воздуха переводятся в режим сублимационной очистки снеговой шубы. В результате смешения потоков воздуха из двух зон получается смесь с большим влагосодержанием. По мере очистки поверхностей пассивной зоны они включаются в режим охлаждения, а зоны, подлежащие оттаиванию, отключаются. Не­достатком системы является большая разница в скорости инееобразования на охлаждающей поверхности и скорости сублимации на отключенной поверхности, причем первая при низких темпера­турах намного больше. При температуре в камере 0...-2°С ин­тенсивность массообменных процессов будет одинакова.

172

4. Применение ледяных экранов, ледяных укрытий, снегования относится к нерегулируемым способам, увлажнения. Это, пожалуй, один из самых распространенных способов увлажнения камер хра­нения неупакованных мороженых продуктов. Ледяные экраны представляют собой каркасы с натянутым на них материалом (марля, бязь, брезент и т. д.), они устанавливаются вдоль внут­ренних поверхностей теплых стен так, что образуют продух, кото­рый воздухонепроницаемо отделяется от грузового объема камеры. После сборки с обеих сторон на экраны намораживается лед. Практикой работы камер с ледяными экранами установлено, что для их эксплуатации в течение года достаточен слой льда толщи­ной 30 ...40 мм, поэтому рекомендуется намораживать лед со сто­роны стены слоем в 25...30 мм, а со стороны грузового объема камеры

-15 ... 20 мм.

Установка ледяных экранов акт вынужденный. Их устрой­ство может быть оправдано на существующих предприятиях при хранении неупакованных продуктов и отсутствии других средств, способствующих уменьшению усушки. Недостатком этой системы является нетехнологичность, невозможность регулирования влаж­ности воздуха, большая трудоемкость намораживания льда, поте­ря полезной площади камеры из-за наличия экранов и установки их на некотором расстоянии от батареи, стен и штабелей.

5. Из схем увлажнения с использованием влаги наружного воз­духа нужно отметить две, они могут применяться для камер хра­нения мороженых грузов.

В первой схеме (рис. 3.44) к камерному воздуху добавляется небольшое количество воздуха с высоким влагосодержанием (на­ружного или из камер охлаждения, хранения охлажденных грузов и других помещений). Добавление воздуха производится до или после воздухоохладителя 10. С точки зрения локализации теплопритоков, поступающих в камеру с добавляемым воздухом, пер­вый вариант схемы предпочтителен. Регулирование производится заслонками 8 и 7.

Во второй схеме (рис. 3.45) обеспечивается термодинамический подвод влаги. В дополнение к холодильной машине 1 используют устройство, состоящее из низконапорной воздуходувки (комп­рессора) 7, расширителя (сопла) 13 и теплообменников 6 и 5. На­ружный воздух 11 после сжатия охлаждается в двух теплообмен­никах, причем в последнем 5 до температуры, которая всего на 2...3°С выше температуры точки росы. При адиабатном расшире­нии воздух охлаждается на 7...10°С, при этом влага, содержащая­ся в воздухе, не успевает конденсироваться и воздух становится перенасыщенным. Подмешивают до 5... 10% наружного воздуха для получения степени насыщения 1 ... 1,25. Недостатком схемы является усложнение оборудования и внесение в камеру дополни­тельной теплоты с наружным воздухом.

Особенности хранения свежих продуктов растительного проис­хождения. Особенностью плодов и овощей являются продолжаю­щиеся в них в послеуборочный период физиолого-биохимические и другие процессы, сопровож-

173

дающиеся тепловыделениями, интен­сивность и направление которых зависят от условий хранения.

Выделение теплоты дыхания ставит эти продукты в большую зависимость от условий хранения по сравнению с продуктами жи­вотного происхождения. При хранении плодов и овощей в одинаковых условиях по срав­нению, например, с мясом и рыбой потери массы ΔG воз­растают¹

ΔG=W= (3.15)

Рис. 3.44. Принципиальная схема хо­лодильной камеры с воздухообраба-тывающим устройством:

1 - штабель с грузом: 2 - камера хране­нии; 3 - воздуховод системы распределе­ния воздуха и камере хранения; 4 - вен­тилятор; 5 - дополнительный воздуховод для забора воздуха с повышенным влагосодержанием; 6 - воздуховод для выравнивания давленая в камерах 2 и 9 с воздуш­ной заслонкой 7; 8 - воздушная заслонка, регулирующая забор воздуха; 9 - помеще­ние с повышенным влагосодержанием воз­духа; 10 - воздухоохладитель

Рис. 3.45. Схема установки для поддер­жания 100%-ной относительном влажно­сти воздуха в камерах хранения моро­женого мяса (по Б, С. Тихонову):

1 - парокомпрессионная холодильная машина; 2 - приборы охлаждения; 3 - теплоизоля­ции ка-меры; 4, 8 - рециркуляционный воздуховод; 5 - воздушный теплообменник; 6 - водяной тепло-обменник; 7 - низконапорная воздуходувка (воздушный компрессор); 9 - фильтр; 10 – за-движка; 11 - забор наружного воздуха; 12 - трубопровод сжатого воздуха; 13 – расшири-тель (сопло); 14 - насос; 15 – градирня

где W - приток влаги в вентилирующий воздух за определенны» период времени, кг; Q_H - внешние теплопритоки за тот же период, кДж; ε_т.э. - коэффициент технологической эффективности, пред­ставляющий собой долю внешних теплопритоков, не воздействую­щих на продукт; Q_a - теплота дыхания за тот же период, кДж; t_B - температура в камере, ^СС.

Удельная теплота дыхания связана с интенсивностью газовыделения уравнением

q_д=3z_co2 (3.16)

____________

Данные В. 3. Жадана и Н. И. Дидык.

174

где q_д - удельная теплота дыхания, Вт/т; z_co2 - количество угле­кислого газа, выделяемого 1 кг плодов в течение 1 ч, мг.

Т еплота дыхания определяется видом продукта, сортом, усло­виями выращивания и физиологическим состоянием. Из числа внешних факторов, влияющих на интенсивность дыхания, главны­ми являются температура хранения, состав газовой среды, а так­же освещенность. Тепловыделение плодов и овощей вызывает быстрое самосогревание, так как в штабеле аккуму­лируется теплота дыхания. Скорость самосогревания определяется видом про­дукта и его температурой (табл. 3.5). Из данных табл. 3.5 следует, что вполне удов­летворительно могут хра­ниться при температуре 15...25°С такие продукты, как картофель, клюква, лук реп­чатый, обладающие малой скоростью самосогревания. Непригодны даже для крат­косрочного хранения вне холодильника малина, гру­ша, вишня и т. п.

П

Рис. 3.46. Планировка холо-дильника для фруктов вмести-мостью 5000 т для хра­нения в воздушной среде и в регули-руе­мой газовой среде (РГС):

I - трансформаторная; II - компрессорное от­деление; III - аппаратное отделение; IV - насосная; V - навесы: VI - блок хранения (1—4. 6, 8, 9, 11, 13-16 - холодильные каме­ры; 5, 7, 10, 12 - камеры с РГС): VII - блок бытовых помещений; VIII - помещение товар­ной обработки плодов; а - линия товарной обработки плодов; б - воздухоохладители

лоды и овощи нужно хранить при определенных низких температурах в со­четании с вентиляцией, со­ставом газовом среды и средствами борьбы с микро­организмами. Режимы хра­нения в воздушной среде продуктов растительного происхождения в охлажден­ном виде приведены в 1.6. Плоды и овощи хранят в воздушной ат­мосфере в модифицированной и в регулируемой газовой средах. Такие условия создаются в холодильных камерах (рис. 3.46) или транспортных холодильниках.

При хранении в воздушной среде в камерах хранения применя­ют чаще всего систему воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха и кондиционированием. В случае закладки на хранение неохлажденной продукции требуется повышенная кратность циркуляции воздуха в режиме охлаждения (30...40 объ­емов в час), а в режиме хранения кратность циркуляции снижают до 7...15 объемов в час. Оптимальная скорость движения воздуха в грузовом объеме в период хранения -0,1 ... 0,3 м/с.

При воздушном охлаждении камер применяют воздухоохлади­тели преимущественно непосредственного охлаждения (постаментные, подвесные) и

175

располагают их в камерах или вне камер. Под­весные воздухоохладители устанавливают на антресолях или под­вешивают к строительным конструкциям. Система воздухораспределения - одноканальная (нагнетательный канал располагают над грузовым проходом в камерах площадью до 300 м² посереди­не, в камерах с меньшей площадью - у продольной стены) и бес­канальная, создающая неорганизованное воздухораспределение в результате работы только вентиляторов, или со сосредоточенным выпуском воздуха из сопл.

Таблица 3.5

Плоды и овощи	Скорость самосогревания (в °С/сут) плодов и овощей при температуре, °С
	0	5	10	15	20	23
Вишня Груша Картофель Клюква Лук репчатый Малина	0,48 0,24 0,25 0,19 0,27 1,95	0,92 0,56 0,34 0,25 0,37 3,82	1,81 1,29 0,46 0,34 0,53 7,50	3,52 2,99 0,63 0,60 0,73 14,69	6,90 6,87 0,85 0,62 1,02 28,68	13,46 15,88 1,17 0,84 1,42 56,47

В период хранения перепад температур между температурой в камере и температурой кипения хладагента должен быть не выше 3...4°С, охлаждение воздуха в воздухоохладителе - не более 1,5 ...2°С, температура выходящего воздуха - не ниже -1,0...-1,2°С (при хранении косточковых плодов) и не ниже -2°С (при хранении яблок и груш). Особенно важен контроль влажно­сти, так как снижение ее приводит к увяданию продукции, а увели­чение - к развитию микроорганизмов.

Для удаления из воздуха летучих продуктов метаболизма не­обходима вентиляция камер: в первый месяц хранения - два раза в неделю, в последующие - один раз с кратностью один - два объ­ема в сутки. Схемы распространенных охлаждающих систем фруктоовощехранилищ представлены на рис. 3.47.

При проектировании камер для хранения плодоовощной про­дукции кроме теплопритоков через наружные ограждения, от про­дуктов при их охлаждении, от наружного воздуха при вентиляции и эксплуатационных теплопритоков определяют теплоприток при дыхании плодов. Тепловая нагрузка (в кВт) при дыхании плодов определяется следующим образом:

на стадии загрузки (на стадии охлаждения) Q_д определяется по последнему дню загрузки:

Q_д= , (3.17)

на стадии хранения

Q_д= ,

176

где - удельное количество теплоты, выделяемой плодами и овощами при дыхании во время охлаждения, принимаемое по сред­ней температуре между начальной и конечной температурами про­дукта по формуле (1.4), Вт/т-; - суточное поступление плодов и овощей в камеру, т(нетто); - удельное количество теплоты, выделяемой плодами и овощами при дыхании во время хранения и принимаемое по расчетной температуре воздуха в камере по формуле (1.4), Вт/т; G_K - вместимость камеры, т.

Рис. 3.47. Схемы распространенных охлаждающих систем плодоовощехранилищ:

а - батарейная; б - одноканальная с эжектирующим воздухораспределением: в - двухка-нальная; г - с верхним канальнощелевым воздухораспределением; д - с подвесными водухоохладителями; е - многоканальная (с потолочными) нагнетательно-всасывающими каналами

Хранение в условиях измененного состава газовой среды. В нашей стране и за рубежом получают рас­пространение способы хранения продуктов животного и раститель­ного происхождения в условиях, когда состав газовой среды отли­чен от состава атмосферного воздуха. С позиции протекающих тепло- и масоообменных процессов хранение продуктов раститель­ного происхождения (плодов и овощей) отличается от хранения продуктов животного происхождения. В аппаратурном отношении также есть различия. Так, хранение в РГС применяется только для свежих плодов и овощей и не используется для хранения продук­тов замороженных и продуктов животного происхождения. Азот и углекислота в газообразном и жидком виде могут быть использова­ны для создания необходимых условии для хранения продуктов растительного и животного происхождения, но наибольший техно­логический эффект дает хранение в этих средах охлажденных про­дуктов.

Хранение продуктов растительного происхождения в условиях РГС. Как видно, из уравнения (3.16), количество выделяемой про­дуктом теплоты при дыхании зависит от интенсивности газовыде­ления, а также от степени их зрелости;

177

Интенсивность газообмена как функция температуры камеры, концентрации кислорода и углекислого газа определяется с помо­щью следующей эмпирической зависимости:

R_t=R₀(1+bt_в)(0,365+2,774С_О2-0,883С_СО2 (3.18)

где R_t - интенсивность газообмена (выделение углекислого газа и поглощение кислорода) при температуре t_в и определенных кон­центрациях СО₂ и О₂, м³/(т·ч); R_o - интенсивность газообмена при 0°С в среде атмосферного воздуха (данные по R_o приведены в табл. 1.4), м³/(т·ч); b - температурный коэффициент скорости дыхания (табл. 1.4), 1/°C С_O2, С_СО2 - объемные концентрации компонентов газовой среды (кислорода и углекислого газа), м³/м³. Изменение концентрации компонентов газовой среды рассчиты­вают по кислороду или углекислому газу. Расчетная зависимость для определения изменения содержания кислорода в камере имеет вид

= +(1- )× ,

где - текущая концентрация кислорода в камере через про­межуток времени т, м³/м³; τ — продолжительность хранения, ч; - начальная концентрация кислорода в камере, м³/м³; К_г - коэффициент герметичности камеры, ч^-1; - заданная кон­центрация углекислого газа в камере, м³/м³; z - удельный объём, z=V_стр.к/G_пр, м³/т; V_стр.к - строительный объем камеры, м³; G_пр - количество хранящихся в камере грузов, т; R_t - интенсивность дыхания плодов при заданной температуре хранения, м³/(т·ч).

Регулируемая газовая среда предусматривает поддержание по­ниженного содержания кислорода и повышенного содержания угле­кислого газа в атмосфере камеры, которое сопровождается посто­янством концентрации азота, а в других случаях - изменением концентрации (увеличением) азота. Снижение концентрации О₂ и повышение концентрации СО₂ замедляет процесс газовыделения (3.18), при этом уменьшается теплота дыхания (3.16). Последнее способствует уменьшению теплоты, подводимой в штабеле к венти­лирующему воздуху, и сокращению усушки (3.15). Снижение кон­центрации О₂ до 3...5% уменьшает теплоту дыхания и интенсив­ность газовыделения в 2-3 раза. В практике проектирования ка­мер с РГС принимают

q_ргс=(0,3 0,5)q_д ,

где q_ргс - удельная теплота дыхания в условиях РГС, Вт/т; q_д - то же в условиях атмосферного воздуха, определенная по формуле (1.4), Вт/т.

Использование РГС радикально улучшает условия хранения свежих фруктов и овощей:

178

предупреждаются так называемые низкотемпературные и уменьшаются физиологические заболевания, в результате сокраща­ются потери, в том числе и от снижения усушки, в 2-3 раза;

лучше сохраняется вкус и аромат, лучше сберегаются витами­ны и другие полезные вещества;

увеличиваются в 1,5...2 раза сроки хранения, благодаря более медленному созреванию и большей устойчивости к различным за­болеваниям, что способствует более равномерному обеспечению населения высококачественными продуктами.

В практике используют газовые среды трех типов в зависимо­сти от содержания в них компонентов О₂, СО₂.

В среде первого типа суммарная концентрация СО₂ и О₂ равна 21% (как в атмосферном воздухе), при этом количество СО₂ не превышает 10%. Этот тип сред называют «нормальные среды». В среде второго типа суммарная концентрация СО₂ и О₂ менее 2.1%, среда беднее кислородом (2... 3%, но не меньше). Содержа­ние СО₂ 3...5%. Эти среды называют «субнормальные». Среда третьего типа отличается от предыдущих почти полным отсутстви­ем СО₂ (не превышающим 1%) и используется при хранении про­дукции, чувствительной к СО₂.

Различные плоды и овощи по-разному реагируют на изменение состава среды, в том числе в разное время хранения, и рассматри­вать выбор газового режима следует в сочетании с выбором темпе­ратурного и влажностного режимов.

Наиболее распространены субнормальные среды. При разра­ботке типовой холодильной камеры с РГС для основных районов производства фруктов и овощей в нашей стране принимают сле­дующие расчетные параметры среды: концентрации О₂, СО₂ и N₂ соответственно 3(±1), 5(±1), 92(±1)%; температура охлаждения 0(±0,5)°С, температура отопления 4(±0,5)°С; относительная влажность 90(± 1...2) %.

Режимы хранения некоторых сортов плодов и овощей приведе­ны в табл. 3.6.

Камеры с РГС включают в проекты плодоовощных баз и холо­дильников, при этом вместимость камер с РГС должна составлять не менее 20% от общей вместимости холодильника (см. рис. 3.46). Вместимость каждой камеры должна составлять 7...10% номиналь­ной вместимости холодильника, но не более 1000 т. Разработаны проекты холодильников для хранения фруктов в РГС, где газовый состав регулируется в камерах. План фруктового холодильника вме­стимостью 500 т для хранения в РГС представлен на рис. 3.48.

Для уменьшения затрат на хранение холодильники с РГС дол­жны иметь более высокие объемно-планировочные показатели: ко­эффициент использования строительной площади камер - 0,8...0,9, коэффициент использования строительного объема 0,70... 0,85. Улучшение использования вместимости холодильных камер здесь достигается применением крупногабаритной тары, загрузкой продуктов

179

в камеры без проходов, установкой навесных и антре­сольных воздухоохладителей.

Таблица 3.6

Продукт	Температура хране-ния, °С	Относительная влажность воздуха.	Состав газовой среды, %			Срок хранения, мес
			СО2	О2	N2
Яблоки: Пепин оранжевый Кокса То же Гольден Делишес То же Джонатан Старкинг Мекинтош То же	3…4 3…4 0 0 3…4 0 3,5 3,5	95 95 95 95 95 95 95. ..100 95. ..100	5 0 10 5 6...9 5 5 7	3 2 11 2 12. ..15 3 3 14	92 98 79 93 79 92 92 79	4…5 5 7…8 7…8 7 6 6…7 5…6
Груши: Деканка дю Комис Пасс-Крассан Бере Диль Вильямс Пакхам	1 1 0 1…0 0	95 95 95 95 95	5 5. ..10 10 5 5	2. ..3 5 10 5 16	92.. .93 90.. .85 80 90 79	- 7…8 3…4 6 7…8
Вишня: сладкая То же кислая	0…2 0 0	90.. .95 90.. .95 90.. .95	5. ..10 9. ..10 5	3 1...2 3	92.. .87 90.. .88 92	4 нед 3…4 нед 5 нед
Персики	0	90…95	5	1…2	94…93
Сливы	-1…0	90…95	3	3	94
Мандарины Клементина	4…5	85…90	5	5…6	90…89
Овощи: артишоки спаржа капуста белая цветная капуста кольраби без листьев перец сладкий томаты розовые	0 0…2 0 0 0 7…10 8…10	95 95 95 95 92.. .95 90.. .95 85.. .90	4. ..6 3 4...5 5 5 6 3	2. ..4 2...3 2...3 5 3 6 4	94.. .90 95.. .94 94.. .92 90 92 88 92	7…8 нед 5 нед 7…8 нед 2…3 нед 4 4…5 нед 2 нед при 15°

Площадь помещений, связанных с приемкой грузов, количество механизмов, занятых на приемке, теплопритоки от грузов опреде­ляют из условия суточного поступления продуктов в размере 7...10% от вместимости холодильника. Холодильники строят пре­имущественно одноэтажными.

Холодильники и камеры с РГС конструктивно мало чем отли­чаются от обычных камер. Главное отличие — необходимость в вы­сокой герметизации для уменьшения утечек газовой среды за счет конвекции и диффузии, особенно при естественном способе созда­ния газовой среды. При проектировании камер с РГС рекоменду­ется конструкция газоизоляции с коэффициентом герметичности

180

н е менее 0,001 ч^-1 . Герметизация достигается за счет применения в изоляции камер специальных газонепроницаемых материалов для уменьшения утечек газа через неплотности ограждений и конст­руктивных узлов, технологических проемов и др.

Тепловая нагрузка при дыхании определяется для стадии ох­лаждения по (3.17) и на стадии хранения. На стадии хранения теплота дыхания (в кВт)

Q_д= ,

г

Рис. 3.48. План холодильника вмести­мостью 500 т для хранения фруктов в регулируемой газовой среде (РГС):

I - камера хранения с РГС II - станция газовых сред; III - насосная; IV - элект­рощитовая; V - навесы; 1 - аппарат очистки АО-2Б; 2 - генератор нейтральных сред ГНС-2Б, 3 – собираю-щий коллектор КС1.00; 4 – распределительный кол-лектор КР1.00; 5 компрес-сорно-конденсаторный аг-регат ХМФ-32; 6 – воз-духоохладитель; 7 - шкаф управления ШОА-5922-3974-У2; 8 - газодувка 1А12-50-2А; 9 – пленоч-ная градирня ГПВ-80

де — удельное количество теплоты, выделяемой плодами и овощами при дыхании во время хранения, принимаемое по рас­четной температуре воздуха в камере по формуле (1.4), Вт/т; G_K — вместимость камеры, т.

Необходимые параметры ат­мосферы в камерах с РГС или в малых упаковках создаются одним из двух способов: 1) за счет продуктов газообмена между хранимым продуктом и окружаю­щей средой (за счет дыхания плодов и овощей); это способ, использующий внутреннюю гене­рацию газовой среды; 2) за счет ввода в камеру специально при­готавливаемых газовых сред; это способ, использующий внешнюю генерацию газовой среды.

При способе внутренней гене­рации газовой среды. Она соз­дается в результате поглощения плодами кислорода, из воздуха помещения (из холодильной ка­меры больших размеров или из небольшого объема, создаваемого с помощью упаковки в ящиках, в контейнерах). В результате ды­хания выделяется углекислый газ, при этом концентрация О₂ снижается, а СО₂ - увеличивается. При этом способе суммарная концентрация О₂ и СО₂ близка к 21%.

Необходимый состав газовой среды поддерживается следующи­ми способами.

1. С помощью пленчатых упаковок с селективной проницаемо­стью. Применяют пленки типа полиэтилен, целлофан; саран в виде вкладышей, мешков и других, которыми упаковывают продукт, уложенный в ящики или контейнеры. Углекислый газ проникает из-под упаковки быстрее, чем под упаковку проникает кислород, что способствует поддержанию пониженного содержания кислоро­да под пленкой.

181

2. Разновидностью этого способа является хранение в пленча­тых контейнерах с газообменным окном. В качестве окна приме­няется специальный материал - силиконовая пленка. Через окно и проходят массообменные процессы. Этот способ не требует гер­метизации самой камеры и позволяет в любое время выполнять в ней различные работы.

Рис. 3.49. Схема работы гермети-зиро­ванной камеры, оборудован-ной диффузором-газообменником:

I - уравнитель внутреннего и внешнего давления; 2 - воздухоохладитель с венти­лятором и системой распределения воздуха; 3 - обдувающие вентиляторы; 4 — пленчатые батареи: 5 — вентилятор для циркуляции газовой среды через пленчатые батареи : 6 - фильтр; 7 - лаз: 8 - гер­метичная дверь: АЛВ— ароматические ле­тучие вещества

Рис. 3.50. Схема внешней генерации газо­вой среды в герметизированной кА-мере с использованием пропановых горе­лок:

А - открытии цикл (с генератором проточно­го типа); Б - закрытый цикл (с генератором рециркуляционного типа); 1 - линия забора газовой среды из камеры в генератор рециркуляционного типа; 2 - впуск свежего воздуха; 3 - горелка; 4 - смеси, обогащенная N₂ +CO₂ +H₂O; 5 - конденсатор Н₂О; 6 - вентиль; 7 - поглотитель СО₂; 8 - отсос смеси, богатой О₂; 9 - впуск смеси, очень богатой N₂ в камеру; 10 - герметизированная камера (исходная га­зовая среда - воздух); 11 - выход смеси, обедненной О₂ на рециркуляцию

Концентрация газов в модифицированной атмосфере при хране­нии в пленках не может выдерживаться точно, но все же эти усло­вия более благоприятны для растительной продукции, чем условия, создаваемые в обычной воздушной атмосфере.

3. В практике хранения чаще всего применяют хранение в гер­метичных камерах, где необходимый газовый режим создается в результате дыхания плодов и поддерживается в дальнейшем с по­мощью одного из способов или совокупностью их: применением батарей, выполненных из силиконовых эластомеров (мембран) с се­лективном проницаемостью (рис. 3.49); подачей охлажденного све­жего атмосферного воздуха, богатого кислородом; с помощью ап­паратов, работающих по принципу физико-химического удаления избытка углекислого газа.

Недостатком способов внутренней генерации является большая продолжительность выхода на заданный газовый режим (несколь­ко суток).

Способы внешней генерации газовой среды позволяют в течение нескольких часов создать в камере нужный газовый режим. Каме­ры не требуют тщательной герметизации.

Используются следующие способы.

182

1

Рис. 3.51. Схема использования жидкого азота во фруктохранилище с РГС:

1 - герметичная дверь; 2 - люк; 3 — герметичное смотровое окно; 4 - гидрозатвор; 5 - штабель с фруктами; 6 - камера; 7 - устройство дли испарения жидкого азота; 8 - трубопровод подачи жидкого азота; 9 - гибкий шланг: 10 - сосуд с жидким азотом; 11 - тру­бопровод подачи смеси, обедненной СО₂; 12 - вентилятор; 13 - скруббер; 14 - трубопровод задора смеси, богатой СО₂

. Для получения смеси, обедненной кислородом, в период вы­ведения камеры на заданный газовый режим и поддержания его в каморе широко применяют газогенераторы, где сжигают газовое топливо в специальных газогорелочных устройствах по открытому или закрытому циклу {рис. 3.50). В качестве среды, в которой про­исходит сжигание горючих газов в генераторах, используют на­ружный воздух или среду камеры хранения. В первом случае при­меняют генераторы проточного типа, когда приготовленную в гене­раторе газовую смесь подают в камеру и постепенно замещают имеющуюся в ней газовую среду.

В генераторах рециркуляционно­го типа среда с избытком кислорода, имеющимся в начале храпе­ния в камере, «выжигается», и очищенная газовая среда подастся обратно в камеру. Современные газогенераторы позволяют полу­чать среду с содержанием О₂ от 1 до 2%.

Камеры оборудуются станциями газовых сред, среди которых получила распространенно отечественная конструкция, оборудо­ванная установкой УРГС-2, состоящая из генератора ГНС-2А и аппарата очистки СО₂ типа АО-1.

2. Для получения сред, особенно третьего типа с повышенным содержанием N2 (предназначенных для хранения продуктов, чувст­вительных к СО₂ и содержащих его не более 1%), имеется доволь­но простой способ, основанный на подаче в камеру жидкого или газообразного азота. Этот способ позволяет ускорить выход каме­ры на заданный газовый режим. Он основан на способности жид­кого азота при испарении увеличиваться в объеме более чем в 700 раз. Кроме того, азот способен отводить значительное количество теплоты, что может оказаться решающим при выборе систем ох­лаждения в пользу азотной (рис. 3.51).

Концентрации других газов может поддерживаться: СО₂ - с помощью аппарата очистки (скруббер); О₂ - подачей в камеру наружного воздуха с помощью системы вентиляции.

Холодильные камеры с РГС работоспособны при различных способах охлаждения, но наиболее целесообразны воздушная си­стема охлаждения и азотная.

Хранение с использованием жидких газов. В качестве жидких газов применяют азот, воздух, диоксид углерода и др.

183

Большое внимание как в нашей стране, так и за рубежом при­влекает возможность сохранения и транспортировки мяса, фрук­тов и овощей в атмосфере, в которой воздух полностью или частич­но заменен газообразным азотом.

Исследования показали, что атмосфера с концентрацией азота 99...99,8% угнетающе влияет на рост бактерий, вызывающих пор­чу охлажденного мяса в обычных условиях, что позволяет умень­шить потерн в 2...3 раза и продлить срок хранения мяса при 0°С до 25 сут. Применение атмосферы с содержанием азота 99,8% при температуре 0°С способствует сохранению пурпурно-красной ок­раски поверхности мышечной ткани мяса в течение 20 сут, тогда как у мяса, хранившегося в среде с 95% азота, восстановление метмиоглобина происходит после 1...3 сут.

Газообразный азот используют также в качестве инертного га­за для хранения кисломолочных продуктов, молока с фруктовым наполнителем, простокваши, сливок, творога, сыра и т. д. Он мо­жет быть использован для предохранения от порчи и других про­дуктов при их упаковке в тару - мяса в упаковке, сухого молока, хрустящего картофеля, бисквитов, бекона, соков, вин, готовых блюд, а также широкого ассортимента продуктов сублимационной сушки, готовых блюд.

Применение азота дает хорошие результаты при охлаждении и хранении в охлажденном виде рыбы, особенно со слабой механиче­ской прочностью кожного покрова, например черноморской кильки, салаки.

На стационарных холодильниках азот применяется для фрук-тоовощехранилище (см. рис. 3.51), но наибольшее распространение он получил на транспорте (автомобильном, железнодорожном, в контейнерах) для перевозки мясопродуктов, фруктов и овощей. Широкому распространению жидкого азота способствовали преи­мущества, особенно важные на холодильном транспорте (по срав­нению с традиционными способами охлаждения):

относительная инертность азотной среды, что препятствует оки­слению и развитию микроорганизмов на поверхности продукта;

возможность создания достаточно низких температур при пере­возках и более полное сохранение качества и массы продуктов;

незначительные капитальные затраты на производство новых и переоборудование существующих транспортных средств;

отсутствие необходимости в дефицитном и дорогостоящем хо­лодильном оборудовании;

простота конструкции охлаждающих систем, высокая надеж­ность в работе и простота обслуживания, возможность полной ав­томатизации;

быстрое охлаждение кузова перед рейсом и практически мгно­венное восстановление температурного режима, нарушаемого от­крыванием дверей;

незначительные габаритные размеры и масса охлаждающих устройств, что особенно важно в условиях транспортировки;

минимальный расход энергоресурсов;

184

отсутствие отходов, загрязняющих окружающую среду, и бесшумность работы.

Наибольший эффект дает одновременное использование двух основных функций азота: как охлаждающей среды и как среды для создания модифицированной атмосферы. Чаще всего отмечается эффективность применения азота для хранения охлажденных про­дуктов.

Рис. 3.52. Автомобиль-рефрижератор с системой непосредственной подачи азота в кузов:

1 - емкость для жидкого азота: 2 - рама; 3 - подов; 4 - изоляция кузова; 5 - зазор; 6 - экран: 7 – кузов; 8 - выпускной клапан; 9 - трубопровод подачи жидкого азота; 10 - ре­шетка

При использовании азота применяются система охлаждения жидким азотом и смешанная система охлаждения.

В первом случае азот подается в теплоизолированный объем через распылительный коллектор. При испарении азота непосред­ственно внутри грузового объема воздух интенсивно охлаждается (рис.3.52, 3.53).

Разновидностью способа является наличие вентиляторов в си­стеме охлаждения (рис. 3.54). Такие вентиляторы небольшой мощ­ности, расположенные под углом к продольной оси, способствуют установлению равномерного температурного поля в объеме, что очень важно при перевозке растительных продуктов, чувствитель­ных к понижению температуры. В режиме охлаждения загружен­ной продукции работают все вентиляторы и форсунки, обеспечивая интенсивную циркуляцию среды, а в режиме поддержания темпе­ратуры — только один центральный вентилятор, создающий уме­ренную циркуляцию газа (30 объемов в час), и одна форсунка. Сис­тема перспективна при перевозках плодов и овощей из мест сбо­ра. Вентиляторы вращает электропривод, но используются также эжекторные устройства и энергия давления испарившегося азота. Последний вариант целесообразен в автономных системах.

При смешанной системе охлаждения на стенах и потолке кузо­ва монтируются теплообменники из оребренных труб; они являют­ся охлаждающими батареями. Проходя по ним, азот испаряется и через распылительный патрубок с газообразном виде подается в кузов (рис. 3.55).

185

По способу циркуляции азота существуют системы: 1) с цирку­ляцией азота внутри грузового объема (см. рис. 3.52, 3.54, 3.55); 2) отличающаяся от предыдущей тем, что азот после испарителей дальше распыляется по каналам и омывает наружные ограждения (пол, стены и потолок) грузового помещения, не попадая на про­дукты (рис. 3,56). В этой конструкции используется принцип пере­хвата наружных теплопритоков, что способствует большей стабильности температурного режима и меньшей усушке.

О

3.53. Принципиальная схема азотной системы охлаждения:

1 - наружный кожух сосуда с азотом; 2 - сосуд с жидким азотом; 3 – вен-тиль; 4 - регулятор давления; 5 - ис­паритель азота для поддержания по­стоянного избыточного давления в со­суде; 6 - вентиль газосброса; 7 -вен­тиль заправки; 8 – регулятор темпера­туры; 9 - вентиль подачи жидкого азота; 10 – распылительный коллектор: 11 – датчик температуры: 12 – предохранительные клапаны; 13 – манометр: 14 - указатель уровня жидкого азота

сновные элементы азотной си­стемы охлаждения показаны на рис. 3.53. Система работает сле­дующим образом. В кузове уста­навливается датчик температуры 11, передающий сигнал на реле темпе­ратуры (РТ) 8, настроенное на оп­ределенную температуру. По сиг­налу РТ открывается или закры­вается подача жидкого азота в ка­меру с помощью соленоидного вен­тиля 9. Жидкость из сосуда 2 под давлением поступает в распыли­тельный коллектор 10. В резуль­тате теплообмена с окружающей средой происходит испарение азота. Рис.

После охлаждения среды до заданной температуры РТ дает сигнал на закрытие вентиля 9. Управление вентилем 9 может быть пневмати­ческое. Последний вариант очень важен для контейнеров, работаю­щих в условиях большем автоном­ности, чем другие транспортные средства. Работа системы охлаж­дения цикличная. Система охлаж­дения блокируется с работой двери, при открытых дверях система охлаждения отключается. Это выз­вано требованиями безопасности, а также соображениями эконо­мии азота.

В зависимости от назначения и грузоподъемности рефрижера­тора устанавливают один, два или несколько вертикальных или го­ризонтальных сосудов для хранения азота, при этом внутреннее (в камере) расположение предпочтительно тем, что уменьшает рас­ход азота. Внутри сосуда поддерживается избыточное давление (около 100 кПа), при увеличении давления парообразный азот вы­ходит через предохранительные клапаны. Избыток азота в кузове также выходит через специальный выпускной клапан, обычно рас­полагаемый в двери.

186

С помощью азотного охлаждения в кузове можно обеспечить очень низкую температуру — вплоть до температуры его испаре­ния -195,8°С, однако в грузовом объеме обычно поддерживают температуры от положительных до -20... -30°С.

Рис. 3.54. Схема азотного охлаждения с вентиляторами (разработка Физико-технического института низких температур АН УССР):

1 - Соковые вентиляторы: 2 - центральный вентилятор; 3 - форсунки; 4 - изолированный кузов; 5 - груз; 6 - трубопроводы для подачи жидкого азота; 7 - сосуды для жидкого азота

Продолжитель­ность предварительного охлаждения кузова зависит от его разме­ров, у малотоннажного авторефрижератора на базе автофургона ЕрАЗ-3730 от начальной темпера­туры +38° до -30° она составила 6,2 мин. В более крупных системах время выхода на режим составляет до 10...15 мин, но и это не идет ни в

Рис. 3.55. Система смешанного охлаждения «Колд-флоу»:

1 - подача жидкого слота; 2 - охлаждающие батареи; 3 - датчик темпера­туры; 4 - форсунка

Рис. 3.56. Схема азотного охлаж­дения «Колд-Уолл»:

1 - испаритель; 2 - изоляция; 3 - внутренняя стена: 4 - канал; 5 - наруж­ная стена

какое сравнение с машинной системой охлаждения, где это вре­мя— 5...6 ч. К большому расходу азота приводит открывание две­рей. На погашение теплопритоков при открывании дверей расходу­ется до 60% азота от количества его на погашение наружных теп­лопритоков.

187

Применяется азотное охлаждение и в комбинации с другими способами, в частности с машинным, и используется в этом случае только для погашения теплопритоков, проникающих при открыва­нии дверей и только в теплый период года, а также для отвода теплоты от продуктов при их охлаждении, например при загрузке отепленными плодами, овощами. Для обслуживания транспортных средств с азотным охлаждением создаются специальные заправоч­ные станции.

Рис. 3.57. Зависимость коэффициента, использо­вания холодильного потенциала К_а азота в со­временных системах охлаждения от температу­ры в камере t_B и наружного воздуха t_н при охлаждении камеры:

I - жидким азотом; II - газообразным азотом при

температуре поступления -195.8 С: 1 - при t_н=0°С;

2

-80 -60 -40 -20 tg.'C

- при t_н= + 15°С; 3 - при t_н= + З0°

В существующих способах охлаждения азот, поступающий в ох­лаждаемый объем камеры, поглощая теплоту, повышает свою тем­пературу до заданной температуры в камере и выходит в окружа­ющую среду через имеющиеся неплотности в ограждениях каме­ры, но большей частью - через специальные выпускные устройства (клапаны), имеющиеся в ограждении камеры. По такому принци­пу построены все системы, при этом в окружающую среду выно­сится с выходящим газообразным азотом значительное количество холода (кВт):

Q_вых=G_жс_а(t_н-t_в) ,

где G_ж - количество поступающего в камеру азота, кг/с; с_а - удельная теплоемкость паров азота, равная 1,0383 кДж/(кг·К); t_н, t_в - температуры соответственно наружная и помещения, С.

Использование холодильного потенциала в этих системах мож­но представить в виде коэффициента, равного отношению полезно использованного количества холода в камере Q_пм к количеству хо­лода, полученного при полном использовании потенциала азота:

К_а= = =1- , (3.19)

где r - теплота парообразования азота, кДж/кг.

Из графика на рис. 3.57, построенного по формуле (3.19), вид­но, что чем ниже требуется температура в камере и чем выше температура наружного воздуха, тем

188

меньше величина К_а, а, следова­тельно, больше потери холода. Очевидно, это и явилось основани­ем многим исследователям считать наиболее целесообразным при­менение азотной системы охлаждения для перевозок и хранения охлажденных продуктов.

П

Рис. 3.58. Зависимость эффективной теп­лопро-водности изоляции [ПСБ-С, λ = 0,041 Вт/(м·К)] от удельной массо­вой ско-рости азота при пористом охлаж­дении (данные И. Б. Жильцова)

олное использование холодильного потенциала азота возмож­но, если применять систему с пористой изоляционной конструк­цией ограждения камеры. Сущ­ность способа, разработанного в Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности, заключается в следующем. Азот, поступаю­щий в камеру, после охлаж­дения ее объема продавли­вается через поры изоляцион­ного материала навстречу теп­ловому потоку. При этом изо­ляционная конструкция выпол­нена без паро- и газоизоляции. В результате теплообмена в изоляции повышается темпе­ратура азота, при этом проис­ходит охлаждение изоляции. На выходе из изоляции темпе­ратура азота приближается к температуре окружающей среды, азот создает также в погранич­ном слое своеобразную защитную пленку, способствующую умень­шению конвективного и радиационного теплообмена ограждений с окружающей средой. При одинаковой толщине изоляции камеры пористое охлаждение дает возможность уменьшить расход азота по сравнению с традиционным охлаждением. Это подтверждают данные экспериментального исследования эффективной теплопро­водности при пористом охлаждении методом теплового модели­рования (рис. 3.58). В этой изоляции, как и в рассмотренной раньше динамической изоляции, используется принцип перехвата наружных теплопритоков.

Хранение с использованием сухого льда и жидкой углекислоты. Углекислота не находит такого широкого применения, как азот, что вызвано ее специфическим воздействием на многие продукты. Некоторые продукты растительного происхождения очень чувст­вительны к СО₂, мышечная ткань мяса при больших концентраци­ях СО₂ отрицательно изменяет цвет. Необходимость точного дози­рования концентрации СО₂ сдерживает ее применение. К этому нужно добавить, что углекислота почти в полтора раза тяжелее воздуха, что сказывается на неравномерности поля концентрации и заставляет применять принудительную циркуляцию. Углекислота в виде сухого льда и в жидком виде применяется для хранения особенно на транспорте (автомобильном, железнодорожном, авиатранс-

189

порте, в контейнерах). При этом наиболее ценны следующие свойства углекислоты:

значительная плотность - 1500 кг/м³ (у жидкого азота 808 кг/м³), позволяющая использовать ее на дальних и близких перевозках, так как отпадает необходимость в больших емкостях для хранения СО₂;

компактность, простота, высокая надежность оборудования для применения углекислоты, большая, чем для азотных систем;

низкая температура сублимации сухого льда (-78,9°С), позво­ляющая использовать его в качестве хладагента, при этом главное достоинство углекислоты - большая теплота сублимации, состав­ляющая при атмосферном давлении 575 кДж/кг (у жидкого азота удельная теплота парообразования 199,71 кДж/кг);

пригодность для создания среды с повышенным содержанием СО₂.

Жидкую углекислоту дросселируют при давлении 2...3 МПа до атмосферного давления. Для хранения жидкой углекислоты ис­пользуются изотермические резервуары. После дросселирования образуется струя из снега и газа с температурой -79°С. Разбрыз­гивая ее в грузовой объем и на продукты, удается создать сильную циркуляцию, что приводит к быстрому охлаждению кузова и про­дуктов.

Твердую углекислоту (сухой лед) укладывают поверх и между грузами, в этом случае температуру не регулируют. Этот способ используют для хранения мороженых грузов, но чаще сухой лед используют в специальных системах охлаждения. Обычно сухой дробленый лед помещают в металлическую емкость, продукты сублимации льда отводят или в грузовой объем помещения, или наружу, используя естественную или принудительную конвекцию. Иногда применяют промежуточный незамерзающий хладоноситель.

В схеме (рис. 3.59) сухой лед помещают в бункер, подвешен­ный под потолком. Бункер загружают через специальный люк, что удобно для пополнения запасов сухого льда без нарушения темпе­ратурного режима в кузове. Недостатком является отсутствие си­стемы регулирования температуры. Грубая регулировка произво­дится с помощью теплоизоляционных прокладок, укладываемых между блоками льда и основанием бункера.

Схемы с вентилятором представлены на рис. 3.60, 3.61. Их до­стоинством является возможность регулирования температуры в грузовом помещении и более равномерное поле температур и кон­центрации. Температура регулируется пуском и остановкой венти­ляторов, управляемых с помощью термореле, датчик которого рас­полагается внутри кузова. В схеме (рис. 3.61) вдоль потолка рас­полагается канал 2, запружаемый сухим льдом через люк 4. Осе­вые вентиляторы 1 направляют воздух через канал, а охлаж­денным он выходит через перфорированные трубы в грузовое помещение. При повышении температуры в кузове термореле включает вентиляторы, в результате в помещение поступает охлажденный воздух.

190

После достижения необходимой температуры термореле отключает вентиляторы.

Система с промежуточным хладоносителем применяется в кон­тейнерах, но ее применение возможно и на других видах хладотранспорта (рис. 3.62). Бункер для сухого льда изготовлен из листотрубных элементов (металлических плит), в которых по каналам циркулирует хладагент.

Рис. 3.59. Охлаждение ку­зова сухим льдом:

1-изотермический кузов;

2 - бункер с сухим льдом;

3 - загрузочный люк

Рис. 3.60. Контейнер для сухого льда, ис­пользуемый для охлаждения изотерми­ческих кузовов в пре­делах температур от 5 до -22°С фирмы «Кора»

Рис. 61. Холодиль­ная уста-новка «Кулвент»:

1 - вентиляторы; 2 - канал с су-хим льдом; 3 – перфориро-ванные трубопроводы; 4 – загрузочный люк

Такие же элементы устанавливают­ся в грузовых отсеках и соединяются с плитами бункера трубо­проводами. Циркуляция хладагента (фреона) между плитами про­исходит по принципу термосифона, за счет чего теплота из грузо­вых отсеков отводится к сухому льду. Циркуляция хладагента ре­гулируется с помощью реле температуры, которые управляют ра­ботой соленоидных вентилей.

Консервирующие свойства СО₂ проявляются только при темпе­ратурах выше точки замерзания продуктов. Среда с содержанием углекислого газа 10% наиболее благоприятна для охлажденного мяса при температуре 0°С и несколько ниже. В этих условиях в охлажденном мясе не появляется признаков порчи при хранении в течение 60...70 дн. Имеются также положительные данные по хранению охлажденного мяса в среде, где концентрация СО₂ до­стигала 30...20%. Ряд исследовании показал перспективность при­менения смесей, из которых наилучшие результаты получены при 80% N₂ и 20% СО₂. При увеличении концентрации углекислого газа поверхность мяса приобретает бурую окраску.

Твердая гранулированная углекислота является новым шагом в использовании ее в пищевых отраслях. В подобном виде она

191

в есьма удобна для засыпки в различные упакованные продукты (рыба, мясо, овощи, фрукты и т. п.). Снегообразная углекислота получается прямым эжектированием жидкой (с давлением 0,6...0,8 МПа). Для этой цели созданы специальные «пистолеты», на­деваемые на конец шланга. Подобная система весьма перспектив­на для эжектирования «сухоледного» снега в неохлаждаемые изо­термические кузова, загружен­ные овощами, ягодами, плода­ми и т. п. Точная дозировка СО₂ позволяет обеспечить по­нижение температуры продук­тов и поддержание ее на тре­буемом уровне до момента до­ставки ее адресату.

Х

Рис 3.62. Схема системы ох-лаждения контейнера для пе-ревозки продуктов на само-летах с использованием про­межуточного хладоносителя:

1 – бункер; 2 - плита; 3 – соленоидный вентиль

ранение с использо­ванием водного льда и жидких сред. В качестве таких сред применяется лед из чистой свежей воды. Мелко­дробленый лед - эффективное средство для хранения рыбы и моллюсков. Температура рыбы в этом случае поддер­живается на уровне -0,5...+1°С. Каждый слой рыбы пересыпают небольшим слоем мелкодробленого льда. При хранении рыбы со льдом в ка­мере должна поддерживаться температура воздуха ниже 1°С. В медленно тающем льде рыба сохраняется лучше, чем в нетающем. При применении льда из морской воды возможно подмора­живание и просаливание продукта. Живую рыбу хранят в свежей чистой и хорошо оксигенерированной морской или пресной воде. Температура воды 5..10°С и не должна быть ниже критической. Жидкие охлаждающие среды используют также при хранении про­дуктов в молочном производстве и при производстве пива.