Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Металлы и сплавы в пищевой промышленности. Методические указания

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
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]