ОдесЬКА ДЕРжавна академ?я холодУ АЛЬ–АЛАМ? МОХАММЕД ХАСАН МАХМУД УДК 637.5.037.004.162:577.4.001.8 РОЗРОБКА МЕТОДУ ЕКОЛОГО–ЕНЕРГЕТИЧНО? ОЦ?НКИ ТЕХНОЛОГ?Й ОХОЛОДЖЕННЯ ? ЗБЕР?ГАННЯ ОХОЛОДЖЕНОГО М’ЯСА Спец?альн?сть 05.18.14 – Холодильна технолог?я харчових продукт?в Автореферат дисертац?? на здобуття вченого ступеня кандидата техн?чних наук Одеса – 1999
Авторерат ? рукописом.
Роботу виконано в Одеськ?й державн?й академ?? холоду (ОДАХ).
Науковий кер?вник: кандидат техн?чних наук, старший науковий сп?вроб?тник, Кочетов Валентин Петрович, Одеська державна академ?я холоду, професор кафедри холодильних установок
Оф?ц?йн? опоненти: доктор техн?чних наук, професор Загоруйко Василь Онисимович, 05.18.12, Одеський державний морський ун?верситет, професор кафедри суднового енергетичного устаткування ? техн?чно? експлуатац?? флоту
кандидат техн?чних наук, ?укур?дзе Важа Георг?йович, 05.18.14, Об’?днання "Одесвинпром", заступник генерального директора
Пров?дна орган?зац?я: Одеська державна академ?я харчових технолог?й ?м. М.В.Ло-моносова, М?н?стерство осв?ти Укра?ни, Одеса
Захист дисертац?? в?дбудеться " 10 " червня 1999 р. о 1000 годин? на зас?данн? спец?-ал?зовано? Вчено? Ради Д 41.087.01 в Одеськ?й державн?й академ?? холоду за адресою: 270100, м. Одеса, вул. Дворянська, 1/3.
С дисертаці?ю можна ознайомитись в б?бл?отец? ОДАХ
Автореферат над?слано " 10 " травня 1999 р.
Вчений секретар
Спец?ал?зовано? Вчено? Ради Н?кульшин Р.К.
д.т.н., проф.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальн?сть теми: Еколог?зац?я технологій, як? використовуються при розв’язанн? продовольчо? проблеми, передбачено? Проектом 14 програми МАБ (ЮНЕСКО), ? безальтернативн?сть використання холодильних технологій у виробництв? ? збер?ганн? харчових продукт?в ставлять перед наукою нов? задач? вибору оптимальних технологічних параметр?в з метою зменшення негативного техногенного впливу холодильних технологій на навколишн? середовище.
Зг?дно з даними досл?джень, проведенними в ОДАХ і С–ПбАХПТ, на виробництво штучного холоду в АПК припада? значна доля енерговитрат, у зв’язку з чим застосування холодильно? технологі? завда? в?дпов?дно? шкоди навколишньому середовищу, незважаючи на загальний позитивний, з еколог?чно? точки зору, ефект ?х застосування в р?зноман?тних галузях. У зв’язку з тим, що дослідження процес?в холодильних технологій обробки і зберігання харчових продукт?в, як? проводилися до тепер?шнього часу, не враховували ?х техногенний вплив на навколишнє середовище, а сучасн? рекомендац?? щодо зд?йснення технологій потребують перегляду, – розробка еколого–енергетичного методу оц?нки технологій охолодження і зберігання охолодженого м’яса ? актуальною. Комплексне вивчення еколого–енергетичних і технологічних вимог при вибор? метод?в холодильно? обробки м’яса, яке було виконано в дан?й робот?, проведено вперше. В основу роботи покладено результати ран?ше виконаних теоретичних і експериментальних досліджень з холодильно? технологі? (Чумак І.Г., Чижов Р.Б., Головк?н Н.А., Загоруйко В.О., Онищенко В.П., Шахневич В.І., Шеффер А.П.), а також взято до уваги енергетичний п?дх?д до оц?нки технологій, як? наведен? в роботах Бродянського В.М., Мартиновського В.С., Чукл?на С.Р. та ?н.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в рамках державно? науково–техн?чно? програми М?н?стерства Осв?ти Укра?ни №51 "Научные основы создания новых энерго–и ресурсосберегающих технологий, машин и аппаратов для пищевой промышленности (ГР. №01.97U016061), а також державно? науково-техн?чно? програми М?н?стерства науки і промислово? пол?тики (П. 5.513 "Методы и способы практической реализации приоритетных направлений энергосбережения в экономике Украины") і ?вропейсько? програми "На пути к экологически устойчивой энергетике".
Мета досліджень:
·
розробити новий метод вибору холодильних технологій обробки м’яса, виходячи з системно? оц?нки прямих і непрямих витрат енерг??, матер?ало?мност? охолоджуючих систем, втрати маси і якост? м’яса і враховуючи комплексний техногенний вплив цих фактор?в на навколишнє середовище, яке виявля?ться у форм? шк?дливих викид?в;
·
виконати техн?ко-економ?чний і еколог?чний анал?з сучасних технологій холодильно? обробки м’яса і визначити, як? з них можна рекомендувати для подальшого використання.
На п?дстав? ц??? роботи сформульовано і розв’язано так? задач?:
·
оц?нка впливу на навколишнє середовище окремих компонент?в, що характеризують холодильн? технологі? і роботу охолоджуючих систем;
·
експериментальне і теоретичне досл?дження впливу р?зних режим?в холодильних технологій охолодження ? заморожування м’яса на р?вень енерговитрат і втрат маси в?д природних втрат;
·
визначення питомих показник?в матер?ало?мност?, капітальних та експлуатац?йних витратат при використанн? штучного холоду п?д час обробки м’яса на п?дстав? анал?зу сучасних типових проект?в холодильник?в;
·
визначення техногенного впливу окремих параметр?в холодильних систем на навколишнє середовище, визначення прямих і непрямих витрат енергії при зд?йсненн? холодильних технологій ;
·
розробка вимог до охолоджуючих систем камер охолодження і зберігання м’яса на п?дстав? еколого-економ?чно? і енергетично? оцінки кл?матичних умов Ближнього Сходу;
·
розробка показника еколог?чно? оцінки холодильних технологій, який в?дпов?да? вимогам ?вропейських програм (1997 р.), і да? можлив?сть зд?йснювати цю оцінку на п?дстав? прийнятих у св?товому сусп?льств? рекомендац?й щодо визначення узагальненого техногенного параметра TEWI.
Науков? положення:
1. Оцінка холодильних технологій методами багатопараметрично? оптимизації, техн?ко–економ?чного або ексергетичного анал?зу, яка зд?йснювалась до тепер?шнього часу, не включа? фактори негативного техногенного впливу цих технологій на навколишнє середовище, що не дозволя? провести на основ? цих метод?в достов?рну оцінку екологопо?днання технологій охолодження і зберігання охолодженого м’яса.
2. П?д час оцінки техногенного впливу технологій охолодження і зберігання охолодженого м’яса на навколишнє середовище еколого-енергетична експертиза технологічних процес?в повинна базуватися на розрахунку комплексного показника – Повного Екв?валента Глобального Потепл?ння (TEWIT), розробленого з урахуванням особливостей і всього спектра енергетичних витрат технологій охолодження і зберігання охолодженого м’яса.
Наукову новизну дослідження становлять:
·
методика перерахунку матеріальних, ресурсних та експлуатац?йних витрат для зд?йснення холодильних технологій в екв?валентн? прям? і непрям? витрати електроенергії;
·
методика еколого–енергетично? експертизи технологій холодильно? обробки м’яса, яка базу?ться на визначенн? TEWI;
·
анал?з структури TEWIT і рекомендації щодо впровадження заход?в, що сприяють зменшенню внеску енергетичних витрат у парниковий ефект п?д час холодильно? обробки і збер?гання охолодженого м’яса;
·
узагальнен? критері?, як? призначен? для застосування в оптим?зац?йних розрахунках як функц?онал?в і застосування в структур? еколого–енергетичного менеджменту і консалтингу;
·
результати анал?зу одержан? за допомогою TEWIT метода, як? подтверджують переваги швидкого охолодження м’яса ?з застосуванням субкр?оскоп?чних температур п?д час його збер?гання;
·
методика оцінки впливу регламентних параметр?в технологій охолодження і зберігання охолодженого м’яса на навколишнє середовище на п?дстав? визначення в?дношення маси СО2 в кг до 1 кВт.г витрачено? електроенергії;
·
експериментальн? результати, як? одержан? при досл?дженн? режим?в охолодження м’яса з перехопленням зовн?шних теплоприплив?в;
·
результати досліджень процес?в тепломасообм?ну п?д час охолодження м’яса і анал?з залежностей для розрахунку втрат.
Практичне значення одержаних результат?в поляга? в розроблен?й ?нженерн?й методиц? розрахунку еколого–енергетично? оцінки технологій охолодження і зберігання м’яса, яка дозволя? вибрати найб?льш ефективн? температурн? режими роботи систем і конструкці? холодильних машин і апарат?в.
Достов?рн?сть наукових результат?в і наукових положень п?дтверджу?ться проведеними експериментальними дослідженнями, анал?зом похибок, узгоджен?стю одержаних даних з ?нформац??ю про природн? втрати м’яса і витрати електроенергії при зд?йсненн? холодильних технолог?й ? досл?дженнях, як? ? в нормативн?й ? науково-техн?чн?й л?тератур?.
Особистий внесок автора роботи. Дисертацію виконано самост?йно з використанням консультацій наукового кер?вника. В опубл?кованих роботах, надрукованих у сп?вавторств?, дисертанту належать окрем? теоретичн? розробки, постановка і виконання експерименту, науковий анал?з результат?в досліджень, розробка критер??в оцінки енергетичних, режимних параметр?в технологій і складання методики вибору технологій на п?дстав? критер?я TEWIT.
Апробац?я результат?в дисертації. Головн? результати роботи допов?дались на щор?чних наукових конференц?ях професорсько–викладацького складу і наукових сп?вроб?тник?в ОДАХ 1996–1998 р.р.; на м?жнародн?й науково-техн?чн?й конференції "Холод и пищевые производства", тези допов?дей, м. Санкт-Петербург, жовтень 1996 р.;. на м?жнародн?й конференції, Purdue University, Purdue, USA, 14–17.07. 1998; на м?жнародн?й виставц?-конференції, 27–29 листопада 1997 р., м. Одеса; на м?жнародн?й конференції "Агропродмаш–98", 12–14 березня 1998 р., м. Одеса; у наукових журналах "Холодильная техника и технология"; на обласн?й науково–технічн?й конференції "Прикладная вузовская и отраслевая наука", 11 березня 1999 р., м. Одеса.
Публ?кації: Основний зм?ст дисертації опубл?ковано в 5 статтях.
Структура і об’?м дисертації: робота включа? вступ, чотири глави, висновки, список л?тературних джерел, додатки. Основний текст склада? 152 аркуш?в машинописного тексту ? м?стить 31 таблицю, 23 рисунка, 178 найменувань библ?ографії.
ЗМ?СТ РОБОТИ
Вступ до дисертац?йно? роботи вм?щу? коротку оц?нку техногенного впливу технолог?й холодильно? обробки харчових продукт?в на навколишн? середовище, обгрунтування актуальност? дисертац?йно? теми, науков? положення, що захищаються й основн? ?нформац?йн? дан? про проведену роботу.
У перш?й глав? детально проанал?зован? науков? публ?кації з питань оптим?зац?? технологічних режим?в холодильно? обробки м’яса і показано, що розр?знен? дан? про р?зн? методи ? режими холодильно? обробки не дозволяють одержати в?дпов?дь на питання про виб?р оптимального режиму охолодження або заморожування. Результати досліджень, у яких як основний критер?й оптим?зац?? брався р?вень наведених витрат, в тепер?шн?й час неможливо застосовувати через ринков? умови, що зм?нилися, через варт?сн? сп?вв?дношення ? сам? вартост? на електроенергію, матер?али ? продукц?ю машинобудування. Кр?м того, в розглянутих роботах не враховувалось, що використання ресурсних енергонос??в для зд?йснення холодильних технолог?й призводить до забруднення навколишнього середовища, що сприя? розвитку еколог?чно? кризи, яка потребу? додаткових витрат на ?? запоб?гання. В результат? цього, на основ? виконаного анал?зу, зроблено висновки, сформульовано ц?л? і задач? досліджень дисертаційно? роботи.
Друга глава присвячена анал?зу метод?в холодильно? технологі? та оцінц? впливу параметр?в технолог?чного регламенту й окремих елемент?в охолоджуючих систем на навколишнє середовище.
Наведено результати експертно? оцінки метод?в ? засоб?в холодильно? технолог??, як? одержан? на основ? анал?зу типово? документац?? холодильник?в м’ясокомб?нат?в холодовидатн?стю 100 т/зм?ну і натурних обстежень виробничих холодильник?в м’ясокомбинат?в у жовтн? 1997 р. в м?стах Котовськ, Мел?тополь, Житомир і Терноп?ль.
На п?дстав? проведено? експертизи було одержано дан? про витрати енергії, металу, експлуатац?йн? і капітальн? витрати, щодо одн??? тонни м’яса, визначен? питом? прям? і непрям? витрати електроенергії. Ц? дан? про питом? показники технолог?й прискореного ? швидкого способ?в охолодження, однофазного ? двофазного заморожування м’яса і п?дморожування ?з збер?ганням при близькокр?оскоп?чних температурах закладен? в основу розробки методик TEWIT і оцінки СО2, що вид?ля?ться, на 1 кВт.г витрачено? електроенергії в процесах холодильно? технологі?.
У трет?й глав? наведено результати експериментального дослідження процесу охолодження м’яса, визначення теплових поток?в і природних втрат в?д усушки при основних температурних режимах 2...–2 оС в умовах примусово? і природно? конвекції пов?тря. Метою досл?джень було визначення можливост? застосування залежностей для усушки м’яса, запропонованих в роботах Он?щенка В.П. і Чумак Н.І. Теоретичн? основи розрахунк?в побудовано на законом?рностях термодинам?ки вологого пов?тря, як? обумовлюють можлив?сть засво?ння сухою частиною пов?тря визначено? маси водяно? пари у функц?ональн?й залежност? в?д к?лькост? тепла, яке прийма?ться п?д час теплообм?ну з м’ясом. Розглядались залежност?:
, (1)
, одержана Он?щенком В.П. (2)
, одержана Чумак Н.І. (3)
Розрахунок усушки м’яса можна проводити і за емп?ричною формулою, запропонованою автором:
. (4)
При цьому було встановлено, що значення пост?йно? "a" зм?нюються в?д 1.16 до 1.84%, значення пост?йно? "b" – в?д 0.39 до 0.45, а значення пост?йно? "c" – в?д 0.36 до 0.29 в залежност? в?д виду попередньо? обробки (мокра, суха), способу охолодження і категорії м’яса.
Оск?льки ф?зичний смисл формул ?дентичний, специф?ка розрахунку полягала у складност? визначення величин , Dj і xd, Dt, ej. Визначення DG п?д час охолодження м’яса, виконане п?д час експериментальних досл?джень, п?дтверджу? обгрунтування застосування вказаних залежностей.
Для розрахунку усушки по залежностях (1)–(3) необх?дно було визначити точн? значення температур ? в?дносн? вологост? пов?тря до і п?сля його контакту з продуктом, швидкост? пов?тря у камер?. В?дпов?дно до цього п?д час проведення експериментальних досліджень за ф?ксованими значеннями параметр?в здобували:
·
середню температуру поверхн? продукту;
·
температуру в центр? продукту;
·
середньооб’?мну температуру tv;
·
температуру і в?дносну волог?сть пов?тря до тепловологообм?ну з продуктом і п?сля нього;
·
масову витрату пов?тря, яка брала участь у тепловолоообм?н? з охолоджуючим т?лом;
·
коеф?ц??нт ej,
з урахуванням барометричного тиску, температури і в?дносно? вологост? пов?тря, яке омива? т?ло, що охолоджувалось;
·
к?льк?сть теплоти, яка вид?ля?ться продуктом п?д час охолодження;
·
коефіцієнт вологозасво?ння xd;
·
к?льк?сть теплоти, яка надходить у камеру через огородження камери.
За вим?ряними барометричним тиском, початковою ? к?нцевою температурами пов?тря, початковим ? к?нцевим значенням в?дносно? вологост? пов?тря ? швидк?стю його руху, масою охолоджуючого продукту з початковою ? к?нцевою середньооб’?мними температурами визначали величини: Q – к?льк?сть в?дведено? в?д продукту теплоти; m – масу пов?тря, яка брала участь у процес?; DG – к?льк?сть засво?но? пов?трям вологи.
Експериментальний стенд являв собою стандартну камеру КТК–3000 з корисною холодовидатн?стю установки при tК=20 оС – 2800 Вт. Регулювання температури і вологост? автоматичне, д?апазон температур –30ё30 оС. Пост?йн?сть п?дтримки температур в залежност? в?д режиму ±(0.2ё1.0) °С. М’ясо в четвертинах разм?щувалось у камер? і огороджувалось пл?вкою в?д загального об’?му, пов?тря подавалося знизу вверх, омиваючи зразок. Втрати м’яса визначались на поштових вагах ВП–150 з похибкою ±0.005 кг. Усушка м’яса визначалась у динам?ц? процесу охолодження тензодатчиком. Прилади і датчики об’?днувались у вим?рювальний комплекс, куди входили: комутатор вим?рювальних сигнал?в – Щ–650003, ун?версальний цифровий вольтметр – В7–23 і В7–27, м?дь-константанов? термопари – 40 шт., тензоп?дсилювач? типу УТ–4. Вим?рювання вологост? пов?тря зд?йснювалось г?грометром для грубого контролю і г?гристорами ? абсолютною похибкою ±0.01ё0.02% вологост? на 1 оС.
З метою п?двищення точност? розрахунку DG, члени Di і m були виключен? з анал?зу і в результат? прир?внювання правих частин формул (1) і (2) одержано вираз, за яким проводили розрахунок усушки DG за вим?рюваними величинами Dt, Dj і виделеною величиною m.:
, (5)
Рис. 1. Значення усушки м’яса за часом,
п?д час охолодження до 0 °С
Невелика величина значень Dt і Dj при великих значеннях m вимагала високо? точност? вим?рювання Dt і Dj. Вим?рювання Dt в експеримент? реал?зовувались з точн?стю до 0.01 оС. Вим?рювання Dj, особливо в област? низьких температур, було достатньо проблемним і зд?йснювалось т?льки г?гростатами. Анал?з експериментальних даних дозволя? рекомендувати застосування вказаних залежностей для з?ставлення р?зних процес?в холодиль-но? обробки за методикою TEWIT, яка розроблена автором.
Результати експериментальних зна-чень усушки м’яса п?д час його охолодження наведено граф?чно на рис. 1–3.
