Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Металлы и сплавы в пищевой промышленности. Методические указания
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ В ПИЩЕВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Методические указания
Казань
Издательство КНИТУ
2018
1

УДК 664:669(07)
ББК 36:34.1я7
М54
М54
Металлы и сплавы в пищевой промышленности : методические указания / сост.: А. И. Исмагилова, Д. Р. Галимзянова, А. О. Батраков;
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань :
Изд-во КНИТУ, 2018. – 44 с.
УДК 664:669(07)
ББК 36:34.1я7
Печатаются по решению методической комиссии
факультета энергомашиностроения и технологического оборудования
Рецензенты:
доц. В. Г. Кузнецов
доц. Н. В. Шильникова
Составители:
доц. А. И. Исмагилова
Д. Р. Галимзянова
А. О. Батраков
Рассмотрены классификация, принципы маркировки сталей, чугунов,
алюминия, меди, титана, никеля, сплавов, а также их микроструктура.
Предназначены для бакалавров, обучающихся по дисциплине «Мате-
риаловедение в биотехнологии» (профиль подготовки «Пищевая биотехнология»).
Подготовлены на кафедре технологии конструкционных материалов.
2

Лабораторная работа 1
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ В ПИЩЕВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Цель работы: изучить микроструктуры цветных металлов и
сплавов и их свойства.
Задание:
1. Рассмотреть классификацию и принцип маркировки сплавов
на основе алюминия, меди, титана и никеля.
2. Изучить микроструктуру металлов и сплавов на их основе.
3. На основании изученного материала дать исчерпывающий
ответ о разрешенных в пищевой промышленности металлах и сплавов
на их основе.
4. Сделать выводы по работе.
Приборы и материалы, инструменты: 3 металлографических
микроскопа; 3 комплекта набора микрошлифов (меди, латуни. бронзы,
алюминия, силумина, дуралюмина и баббита); 15 альбомов фотографий микроструктур.
Методика проведения лабораторной работы
Лабораторную работу выполняют после изучения цветных металлов и сплавов, изучив структурные составляющие сплавов. На каждом рабочем месте имеется один металлографический микроскоп и
набор микрошлифов. Структурные составляющие студент определяет
по соответствующим диаграммам состояния сплавов. Получив комплект микроструктур, студент просматривает их под микроскопом,
изучает микроструктуры и зарисовывает их в тетрадь.
Теоретические положения
Алюминий и алюминиевые сплавы
Технический алюминий широко применяют в пищевой промышленности, так как он обладает высокой коррозионной стойкостью
в органических пищевых кислотах.
Сплавы алюминия с медью, цинком, марганцем и кремнием
имеют хорошие технологические свойства и обладают более высокой
3

прочностью, чем алюминий. По коррозионной стойкости алюминиевые сплавы уступают коррозионной стойкости алюминия.
В продовольственном машиностроении используют алюминиевые деформируемые сплавы АД1, АД, АМц, АМг2, АМгЗ, Д1, Д16
(ГОСТ 4784-74), сплавы алюминиевые литейные АК12 (АЛ2), АК5
(АЛ5), АК8 (АЛ8), (ГОСТ 1583-93).
Рис.1.Микроструктура сплава АМЦ
Рис. 2. Литейный алюминиевый сплав марки АК12 (АЛ2) (Al + 12 % Si).
Темные иглы кремния и светлые поля тонкой смеси Al и Si (эвтектики)
(отливки сложной формы со средней прочностью: корпуса компрессоров,
головки цилиндров бензиновых двигателей)
4

Алюминиевые сплавы АД, АД1, АМц, АМг2, АМгЗ, Д1 и Д16
получили широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности для изготовления технологического оборудования и
сварных малонагруженных конструкций.
Алюминиевокремнистые, алюминиевомагниевые и алюминиевомагниевомарганцовистые сплавы можно применять, например,
в диффузионных и сатурационных соках и сиропах. Эти сплавы
имеют высокую коррозионную стойкость (0,1 г/м2 • ч) и по десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов относятся к группе стойких материалов (балл 4). Из сплава АМгЗ изготовляют транспортные системы наклонных диффузионных аппаратов типа ПДС
для сахарной промышленности и кипятильные трубы для теплообменной аппаратуры.
Вред алюминия для организма человека
Многочисленные исследования ученых разных стран доказывают: накапливаясь в организме, алюминий умерщвляет клетки мозга
(парализует центральную нервную систему, вызывает дрожание головы и судороги), вызывает анемию и артрит (у больных артритом алюминия в крови в пять раз больше, чем у здоровых), угнетает выработку
желудочных и слюнных ферментов. Также избыток поступления алюминия способствует развитию остеопороза (хрупкости костей) и рахита, что объясняется тем, что алюминий с фосфатами в пище образуют
нерастворимые соединения, затрудняющие усвоение фосфатов в кишечнике.
Задача современной науки – определить допустимые пределы
воздействия деятельности человека на окружающую природу. Давно
известен вред, который оказывают на человека тяжелые металлы:
ртуть, кадмий, свинец. Недавно был исследован считавшийся нетоксичным Аl, и оказалось что и этот металл, не являющийся тяжелым,
может оказывать вредное влияние на организм человека.
Алюминий попадет в организм человека в основном с водой.
Из воды поступает 5–8 % алюминия. В настоящее время в технологии
подготовки питьевой воды используют «алюминий – вещество, оказывающее нейрогенное действие на организм».
Существуют также другие источники попадания ионов алюминия в организм человека, которые на данный момент изучены гораздо
меньше. Считается, что алюминий может попасть в организм человека
также через воздух (вдыхание паров), косметические и парфюмерные
5

средства (помада, дезодоранты), лекарственные препараты, а также
через алюминиевую посуду, в которой готовится пища.
Бытовало мнение, что алюминий инертен, так как он защищен
оксидной пленкой, и поэтому не оказывает вредного влияния на здоровье человека. Алюминий действительно выполняет в живом организме важную биологическую роль: принимает участие в построении
эпителиальной и соединительной тканей, участвует в процессе регенерации костной ткани, оказывает активирующее или ингибирующее
действие на реакционную способность пищеварительных ферментов
(в зависимости от концентрации в организме), участвует в обмене
фосфора.
Более 30 лет назад определили, что так называемый пищевой
алюминий опасен для нашего здоровья. Московский институт гигиены
подтвердил выводы о небезопасности алюминия. Оказывается, он изменяет энергообмен в клетках. Последние, в результате, теряют способность к нормальному размножению, и начинают делиться хаотично, порождая опухоли.
Алюминий обладает способностью к накоплению в организме,
вызывая ряд тяжёлых заболеваний. Медики обнаруживают всё новые
негативные последствия контактов с ним. Установлено, что алюминий
отрицательно влияет на обмен веществ, особенно минеральный, на
функцию нервной системы, воздействует на размножение и рост клеток. К важнейшим клиническим проявлениям нейротоксического действия относят нарушения двигательной активности, судороги, снижение или потерю памяти, психопатические реакции. Избыток солей
алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфора, одновременно в 10–20 раз увеличивается содержание
алюминия в костях, печени, семенниках, мозге и в паращитовидной
железе. Избыток алюминия тормозит синтез гемоглобина, вызывает
флюороз зубов и специфическое повреждение костей (костный флюороз); может вызвать или усилить новообразования костей. Физическими признаками отравления алюминием могут быть ломкие кости или
остеопороз, нарушение почечной функции.
Алюминий хорошо проводит тепло, поэтому пища в таких кастрюлях готовится очень быстро. Ассортимент посуды из алюминия
весьма разнообразен: толстостенные литые гусятницы, казаны, сковороды и кастрюли. Вспомогательные кухонные предметы: дуршлаги,
вилки, ложки, фляги, миски.
6

Когда-то ее производили в больших количествах, так как ее себестоимость в промышленном масштабе была невысока. Однако после
того, как учеными были установлены негативные воздействия алюминия на организм человека, во многих странах мира отказались от производства посуды из алюминия. Но в России и странах СНГ есть
26 предприятий, на которых по-прежнему выпускается алюминиевая
посуда: это Балезинский литейно-механический завод, Белгородский
завод металлоизделий, Каменск-уральский металлургический завод,
Кукморский завод металлопосуды и Ступинский металлургический
комбинат и др.
Ионы алюминия могут попасть в организм человека через посуду. Во-первых, это металл нежный, он легко соскребается со стенок
посуды. Если тщательно вытереть полотенцем алюминиевую кастрюлю, на нем останутся серые пятна. Можно себе представить, сколько
ионов алюминия мы получаем, когда такая кастрюлька сильно нагревается при приготовлении! То есть, очевидно, что алюминий попадет в
организм через пищу, приготовленную в такой посуде.
Специалисты, занимающиеся испытанием и сертификацией посуды, в том числе и алюминиевой, советуют ее использовать только
для кипячения воды — все остальные вещества при высокой температуре провоцируют в алюминиевой посуде активную реакцию. Недаром, алюминиевая посуда запрещена для использования в детских учреждениях общепита. Так, в постановлении Главного государственного санитарного врача РФ от 23 июля 2008 г. N 45 "Об утверждении
СанПиН 2.4.5.2409-08" говорится:
«Не допускается использование кухонной и столовой посуды
деформированной, с отбитыми краями, трещинами, сколами, с поврежденной эмалью; столовые приборы из алюминия; разделочные доски
из пластмассы и прессованной фанеры; разделочные доски и мелкий
деревянный инвентаря с трещинами и механическими повреждениями».
Кроме того, в быту в нашей стране широко используется упаковка на основе алюминия (пищевая фольга, а также широко разрекламированный «ТетраПак», бумажные пакеты на основе алюминиевой
фольги). В то же время, во всех развитых странах считают, что единственный экологически чистый вид упаковки для молочных продуктов
- стеклянная бутылка, которая позволяет сохранить все ценные свойства напитков. По заявлениям учёных, алюминиевосодержащая тара
негодна для хранения большинства продуктов, особенно круп, соли и
7

сахара: мягкий металл остаётся на твёрдой поверхности, и переходит в
Марки материалов
Назначение
Алюминий первичный (ГОСТ
11069-74):
АД0, АД1
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с
молоком и мясом.
Банки (250 мл) для кофепродуктов (натуральный молотый
кофе и кофейные напитки)
Формочки (тара) для пищевых
продуктов (масло и др.)
Сплавы алюминиевые литейные
(ГОСТ 1583-93):
АК12, АК8, АМг2М
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующие с
пищевыми средами
Сплавы алюминиевые деформируемые (ГОСТ 4784-97):
АМг2,АМц, Д1
Детали молокообрабатывающих
машин.
Сита для просушки мармелада.
пищу. При хранении или тепловой обработке продуктов, особенно
кислых, в алюминиевой таре, содержание этого элемента в продуктах
может возрасти почти в два раза.
Марки алюминия
Каждому сплаву, в составе которого есть алюминий, как и чистому металлу, в соответствии с государственными стандартами качества, четко указывающие химический состав вещества, присвоена определенная марка. Всеми ГОСТами предписывается, что как пищевой
материал, помимо чистого первичного алюминия А5, могут использоваться такие марки алюминиевых сплавов, как АК7, АК12, АК9,
АК5М2. Для других марок применение становится возможным только
в случае получения особого разрешения на использование материала
от инстанций, подчиненных Министерству здравоохранения.
ГОСТ 21631 приводит дополнительный список допустимых к
использованию марок металлического сырья, в основе которых использован алюминий: А0, АД1М, АД1, АВ, АВМ, АМг2, АЛ22, АЛ23.
Эти наименования применяются в производстве ложек.
Если на изделия, для изготовления которых использован пищевой алюминий, впоследствии предполагается нанесение специального
покрытия. Их допускается производить из сплава АМц, химический
состав которого строго регламентируется ГОСТ 4784.
Таблица 1
8

В96
АМг5
Д16
АМг2
Лотки для транспортировки хлеба
Бидоны для пищевых продуктов
Инвентарь и тара для мясных полуфабрикатов
Детали оборудования для рыбной
промышленности
Тарелки сепараторов.
Детали для замеса теста
Тара для консервов и пресервов
Листы из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 21631-76):
АД1М, АМцМ
Бочки оборотные для хранения и
транспортирования пива
Листы из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 21631-76):
АД1М, АМг6, АК5М2, АК9,
АК4М4
Фляги с крышками для молочных
сгущенных продуктов
Емкости для бестарной перевозки
муки
Хлебные формы
Фольга алюминиевая для упаковки (ГОСТ 745-79)
Для упаковки кондитерских изделий.
Колпачки для укупорки бутылок с
растительным маслом (с применением пергаментной прокладки).
Формочки для упаковки вторых
блюд с последующим их замораживанием при -35°С и хранением
при -18°С
Алюминиевые сплавы с внутренним покрытием лаком (ГОСТ
4784-97):
АМц, АМг, В95
Консервная тара
Инвентарь и тара для мясных полуфабрикатов
Алюминиевый сплав АМг2, покрытый лаком
Алюминий консервный, покрытый лаком
Алюминиевая лента их сплава
АМг2, покрытая органозольным
лаком
ЭП-5118
Банки, штампованные для мясных
и плодоовощных консервов
Крышки СКО (ГОСТ 18-173-77)
Консервная тара для мясных,
рыбных, овощных и фруктовых
консервов
9

Достоинства и недостатки алюминия и его сплавов
Преимущества алюминиевых сплавов:
- легкость и прочность материала;
- устойчивость против коррозийных процессов;
- высокая сейсмоустойчивость;
- повышенная огнеустойчивость;
- ударопрочность (в том числе отсутствие искр при сильном
ударе);
- высокая устойчивость к низким и высоким температурам;
- месторождения минерального боксита, из которого получают
алюминиевые сплавы, относятся к практически неисчерпаемым
ресурсам;
- экологичность: отсутствие тяжелых металлов и устойчивость
к ультрафиолетовому излучению (не выделяет вредных ве-
ществ, опасных для человека и окружающей среды); Кроме то-
го, алюминиевый лом подлежит круговой утилизации, которая
возможна за счет того, что алюминиию cвойственно сохранять
свои первоначальные свойства;
- долговечность: срок службы алюминиевого сплава превышает
80 лет.
Недостатки алюминиевых сплавов:
- оказывают вредное влияние на организм человека;
- стоимость алюминиевых сплавов несколько превышает стои-
мость стальных конструкций;
- большая вероятность прогибов, чем в стальных конструкциях,
по причине низкого модуля упругости;
- необходимость частого устройства температурных швов вви-
ду высокого коэффициента расширения;
- необходимость полной изоляции поверхностей других метал-
лов обусловлена склонностью алюминия к электрохимической
коррозии, возникающей при контакте с другими материалами.
Медь и сплавы на ее основе
Медь, и особенно медные сплавы, широко применяют в различных отраслях пищевой промышленности. Сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в различных средах пищевых производств и после серебра имеют наивысшие теплопроводность и электрическую проводимость.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
