Научное обеспечение процесса термовлажностной обработки колбасных изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Уразов, Дмитрий Юрьевич

• Уразов, Дмитрий Юрьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Уразов, Дмитрий Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения и сокращения

Введение

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Классификация энергетического оборудования мясоперерабатывающих предприятий

1.2 Описание технологического процесса изготовления вареных колбасных изделий

1.3 Определение уровней энергопотребления оборудования, оказывающего влияние на энергетическую эффективность технологического процесса

1.4 Физико-химические изменения при термической обработке колбасных изделий

1.4.1 Анализ физико-химических изменений при варке колбасных изделий

1.4.2 Анализ особенностей процесса охлаждения колбасных изделий

1.5 Дефекты колбасных изделий, вызванные нарушением режимов термообработки

1.6 Перспективы использования тепловизионного метода диагностики для оптимизации тепловых технологических процессов

1.6.1 Основы метода

1.6.2 Актуальность применения метода для диагностики состояния и оптимизации тепловых технологических процессов

1.7 Состояние разработок в области реализации систем тепловизионной диагностики

1.7.1 Общие сведения об объекте разработки

1.7.2 Анализ разработок в области создания и использования систем тепловизионной диагностики

Выводы по главе

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ КОБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

2.1 Описание экспериментальной установки

2.2 Имитационное моделирование аэродинамических процессов в

термокамере 60 2.3 Проведение экспериментальных исследований процесса нагрева

колбасных изделий

2.3.1 Исследование процесса нагрева колбасных изделий методом тепловизионной диагностики

2.3.2 Изучение кинетики процесса нагрева колбасных изделий 74 Выводы по главе

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА НАГРЕВА КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

3.1 Многофакторный статистический анализ процесса нагрева колбасных изделий

3.1.1 Обоснование выбора и пределов изменения вводных факторов

3.1.2 Выбор оптимальных решений задачи нагрева колбасных изделий

3.2 Исследование влияния оптимизации процесса на качество готовой продукции

3.2.1 Исследование на показатели безопасности

3.2.2 Исследование физико-химических показателей 101 Выводы по главе

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

4.1 Постановка задачи

4.2 Математическое моделирование процесса нагрева колбасных изделий

4.3 Математическое моделирование процесса охлаждения колбасных изделий

4.4 Алгоритм и текст программы

4.5 Результаты моделирования процессов термообработки колбасных изделий

4.6 Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований

Выводы по главе

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НАУЧЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 128 5.1 Проектирование и изготовление промышленного универсального

комплекса обработки информации 128 5.1.1 Разработка конструкции промышленного универсального

комплекса обработки информации

5.1.2 Разработка эскизно-конструкторской документации на

промышленный универсальный комплекс обработки

информации 133 5.1.3 Изготовление промышленного универсального комплекса

обработки информации

5.2 Разработка математического, программного и информационного

обеспечения системы тепловизионной диагностики 13

5.2.1 Формирование требований к разрабатываемой системе

5.2.2 Подсистема сбора и обработки данных

5.2.3 Подсистема формирования отчетности

5.2.4 Подсистема хранения данных

5.2.5 Подсистема взаимодействия с пользователем

5.2.6 Разработка математического обеспечения системы

5.2.7 Разработка программного обеспечения системы

5.2.8 Разработка информационного обеспечения системы

5.2.9 Разработка алгоритмического обеспечения системы

5.3 Разработка конструкции универсальной термокамеры для варки и охлаждения колбасных изделий

5.3.1 Разработка модуля теплового контроля

5.3.2 Разработка конструкции и принципа функционирования универсальной термокамеры с увеличенными показателями энергоэффективности

5.3.3 Разработка схемы автоматизированного управления универсальной термокамерой

5.4 Оценка интенсификации аэродинамических потоков в модернизированной термокамере на основе имитационного моделирования

5.5 Определение экономической эффективности 172 Основные выводы и результаты 175 Список используемой литературы 177 Приложения

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВТО - всемирная торговая организация; ТЭР - топливно-энергетические ресурсы; ГОСТ - государственный стандарт; ТУ - технические условия; ВВП - внутренний валовый продукт; т.н.э. - тонн нефтяного эквивалента; Ж- расход энергии, кВтч;

Рмакс - максимальная мощность энергопотребляющих устройств, кВт; ВУС - влагоудерживающая способность; ВСС - влагосвязывающей способности; ТД - тепловизионная диагностика; ПТО - планового технического обслуживания; УТК - устройство термического контроля; САПР - система автоматизированного проектирования; в - предел чувствительности тепловизора, °С; К1 о- проектное сопротивление теплопередаче, м°С/Вт; - температура паровоздушной среды в термокамере, °С;

0., - массовый расход пара, подаваемого в термокамеру, кг/с;

ср - относительная влажность паровоздушной среды в термокамере, %; Ж - содержание жира в фарше, %; Ь0 - свободный член уравнения;

1, у - индексы факторов;

x - значения факторов, определяющих функцию варьирования и отклика; bi -коэффициенты при линейных членах;

Ъц - коэффициенты квадратичных эффектов;

Ьу - коэффициенты двухфакторных взаимодействий;

И- число факторов в матрице планирования;

xi - значение фактора в кодированном виде;

£>о - центр эксперимента в натуральной размерности;

£> - значение фактора в натуральной размерности;

/,• - интервал варьирования фактора в натуральной размерности;

У\ - продолжительность варки до достижения температуры в центре

колбасного батона 344 °К, с;

уг - удельные энергозатраты на килограмм готовой продукции, кВт-ч/кг;

ТР ТС - таможенный регламент таможенного союза;

СТБ - государственный стандарт республики Беларусь;

СанПиН - санитарные нормы и правила;

Я - коэффициент теплопроводности Вт/(м-К);

С - теплоёмкость колбасы Дж/(кг-К);

р - плотность колбасы кг^м3;

г,ср,г - цилиндрические координаты (текущие радиус, угол, высота); а - коэффициент теплоотдачи;

/о - функция Бесселя первого рода нулевого порядка;

- функция Бесселя первого рода первого порядка; Мп - корни характеристического уравнения; бг- число Грасгофа; g - ускорение свободного падения, м/с2; г/ - диаметр колбасного изделия, м ; V - кинематическая вязкость воздуха, м2/с; Рг - число Прандтля для воздуха; Ий- число Нуссельта; Хв - теплопроводность воздуха Вт/(м-К); г - номер шага по времени т; у - номер шага по радиусу г; Ат - шаг по времени; Лг - шаг по радиусу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обеспечение процесса термовлажностной обработки колбасных изделий»

ВВЕДЕНИЕ

В целях модернизации и технологического развития российской экономики, повышения ее конкурентоспособности, указом президента Российской Федерации № 899 от 7 июля 2011 г. были установлены приоритетные направления развития науки, технологий и техники. Одним из ключевых направлений развития было признано энергосбережение и энергоэффективность, которое ранее было отражено в Федеральном Законе №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Резервы энергосбережения во многом зависят от имеющихся технологий, цен на первичные энергетические ресурсы. Мировой опыт показывает, что экономить энергию дешевле по сравнению с добычей энергоресурсов в 2-4 раза. В настоящее время в России имеется огромный потенциал энергосбережения, масштабы которого, по оценкам экспертов, можно оценить примерно в 40 - 50 % от уровня потребляемых топлива и энергии. Помимо всего прочего, процессы энергопотребления очень благоприятны для снижения нагрузки на окружающую среду и повышения конкурентоспособности отечественных предприятий.

Вышеуказанные проблемы и задачи относятся и к производству колбасных изделий. Анализ динамики объемов производства колбасных изделий в Российской Федерации за 2000 - 2013 годы (рисунок 1) свидетельствует о общем росте объемов производства, за рассматриваемый период, почти в 2,5 раза. Однако в 2009 году было зафиксировано падение объемов производства на 7,4 % от показателя предыдущего года, тогда как до этого наметился устойчивый рост рынка.

По результатам анализа рынка видно что, после спада, в 2010 году наметилась положительная тенденция - темпы роста составили 6 %. Положительная динамика продлилась вплоть до 2013 года, в котором наметилась некоторая стагнация отрасли. Производство колбасных изделий

к июню 2014 года увеличилось на 1,3 % в сравнении с отчетным промежутком прошлого года.

Рисунок 1 - Динамика объемов производства колбасных изделий в РФ за 2000-2013 гг

На рисунке 2 приведена структура рынка колбасных изделий за 2013 год. Таким образом, более половины от общих продаж за отчетный период приходится на различные виды колбасы. Второе место по объемам реализации занимают сосиски, сардельки и пр.

Сырокопченая 8%

Ветчина 4%

Деликатесы 9%

Паштет прочее 2% 1%

Вареная

Рисунок 2 - Структура продаж колбасных изделий за 2013 г

Неизменной остается ситуация с долей выпуска колбасных изделий. Лидером производства (в тонн) от общего произведенного объема в 2013

году стал Центральный федеральный округ с долей около 39%. Структура производства приведена на рисунке 3.

Южный западный

7% 10%

Рисунок 3 - Доли федеральных округов в российском объеме производства за 2013 г

В период 2011-2014 гг. средние цены на различные виды вареных колбас выросли на 24,9 %, с 139 510,0 р/тонн до 174 189,1 р/тонн. Наибольшее увеличение цен произошло в 2012 году, темп роста составил 9,88 %. Средняя цена на сосиски и сардельки в 2014 году выросла на 4,3 % к уровню прошлого года и составила 174 189,1 р./тонн. Средняя розничная цена на колбасу полукопченую в 2014 году выросла на 6,3 % к уровню прошлого года и составила 323,7 р/кг.

Несмотря на дороговизну, спрос на колбасные изделия остается неизменен. Обусловлено это в первую очередь потребительскими свойствами продукта. Пищевая ценность колбасных изделий выше пищевой ценности исходного сырья и большинства других продуктов из мяса, что делает их простым и универсальным продуктом питания.

Снижение себестоимости колбасных изделий, а как следствие и их рыночной стоимости возможно через внедрение новых, более эффективных, с точки зрения потребления энергетических ресурсов, производств.

Среди удельного потребления энергетических ресурсов в рамках технологического цикла изготовления вареных колбасных изделий первое место

занимают термовлажностные процессы: нагрев и охлаждение. Соответственно среди основных расходов превалируют затраты на тепловую и электрическую энергии. При этом, судя по каталогам производителей современных термоагрегатов, удельный расход энергии на треть превышает теоретически необходимый. Схожая ситуация сложилась и в ряде других отраслей.

В связи с чем правительством РФ была поставлена задача к 2020 г. снизить энергоемкость российской экономики за счет энергосбережения. С этой целью на текущий момент разработан целый ряд документов, направленный на обеспечение энергетической безопасности страны, энергосбережение в которых рассматривается как ключевая составляющая энергетического сектора, роль которой в развитии экономики значительно возрастает после вступления России в ВТО.

Решению поставленных задач посвящено значительное количество исследований, результаты которых отражены в многочисленных публикациях, монографиях, авторских свидетельствах и патентах. Однако, при их анализе был выявлен ряд существенных, на наш взгляд, нерешенных вопросов. Основным из которых является раздельное рассмотрение вопросов интенсификации процессов и энергосбережения. Зачастую в работах находится оптимальный энергетический режим для заданной продолжительности процесса, однако обоснование данной продолжительности не приводится. В то же время очевидно, что данные характеристики должны рассматриваться и оптимизироваться совместно. Потому целесообразным представляется выполнить системную оптимизацию процесса, для получения истинных оптимальных характеристик процесса.

Работа выполнена на кафедре промышленной энергетики Воронежского государственного университета инженерных технологий, в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по Государственному контракту № 16.516.11.6094 «Разработка интеллектуальной системы диагностики

состояния и прогнозирования технического ресурса элементов электрических распределительных подстанций городского назначения». При выполнении работы использовалось оборудование центра коллективного пользования «Контроль и управление энергоэффективных проектов» (ЦКП «КУЭП» ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»).

Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса термовлажностной обработки колбасных изделий, разработка энергосберегающего режима варки, способа и средств его проведения на основе учета совокупности интенсивности и общих энергозатрат процесса.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- систематизация и анализ информации по оценке энергозатрат на стадии технологического процесса производства вареных колбасных изделий;

- разработка имитационной модели характеризующей движение масс теплоносителя внутри объема термокамеры;

- проведение экспериментальных исследований процесса нагрева колбасных изделий;

- определение кривых нагрева и динамики варки колбасных изделий;

- выявление субоптимальных интервалов изменения технологических параметров, разработка предложений по оптимизации процесса нагрева колбасных изделий;

- исследование влияния установленного режима обработки колбасных изделий на качество готовой продукции;

- разработка математической модели характеризующей процесс термовлажностной обработки колбасных изделий;

- разработка и исследование эффективного способа оценки состояния процесса нагрева колбасных изделий;

- разработка конструкции универсальной термокамеры, реализующей научно-технические изыскания, оценка интенсификации процесса методом имитационного моделирования.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Классификация энергетического оборудования

мясоперерабатывающих предприятий

В основу классификации энергетического оборудования было положено его назначение, конструктивные особенности, рабочие параметры и прочие критические факторы. Разработка нормативов на эксплуатацию и обслуживание энергетического оборудования невозможна без определенной систематизации номенклатуры, т. е. без ее классификации. Наиболее правильным было бы использование «Общероссийского классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции». Однако он построен не по конструктивным и эксплуатационным свойствам оборудования, а по номенклатуре поставки.

Оборудование мясоперерабатывающего предприятия можно подразделить на две основных группы: энергоснабжающее и энергопотребляющее (рисунок 1.1) [26, 30].

Рисунок 1.1 - Виды энергетического оборудования

Энергоснабжающее оборудование - это оборудование обеспечивающее предприятие необходимыми видами энергии.

Энергопотребляющее оборудование - это оборудование общепромышленного применения, потребляющее, сохраняющее, транспортирующее поступающие из окружающей среды топливно-энергетические ресурсы (ТЭР). Согласно ГОСТ Р 51749-2001 определены следующие виды ТЭР:

- энергия электрическая (и электромагнитная);

- энергия тепловая;

- энергия возобновляемых источников (ветра, водных потоков, энергию, солнечную, геотермальную);

- комбинированных ресурсов.

Энергоснабжающее оборудование классифицируется по видам ТЭР и направлениям функционирования (рисунок 1.2).

Энергоснабжающее оборудование

Электроэнергетическое Теплоэнергетическое

Тртсфорчятрные подстанции

ЗлЕктрораспредели -тельные сети

1Э-

щ Es

II II

£

Bodo- и порогрейные Котельно - öcmtmo- Газобозфишй Ихенерные

каты те/ьное оборудование тракт копщжщии

| §

5 §

fc:

Sj

I

I

<8

I I

I

! I

<9-

О ^

#5

О; «*}

§ tS

а

Рисунок 1.2 - Классификация энергоснабжающего оборудования

Электроэнергетическое оборудование - это совокупность взаимосвязанных электротехнических изделий, находящихся в конструктивном и (или) функциональном единстве, или отдельное электротехническое устройство, предназначенные для выполнения определенной функции по производству, преобразованию, передаче, распределению или потреблению электрической энергии [38].

Трансформаторные подстанции - электроустановки, предназначенные для приема, преобразования напряжения и распределения электроэнергии в электроснабжающих системах. Состоят из силовых трансформаторов,

распределительных устройств, устройств автоматического управления и защиты, а также вспомогательных устройств и сооружений.

Электрораспределительные сети - совокупность электроустановок, предназначенных для передачи и распределения электроэнергии от снабжающего к потребляющему объекту.

Теплоэнергетическое оборудование - это совокупность взаимосвязанных теплотехнических изделий, находящихся в конструктивном и (или) функциональном единстве, или отдельное теплотехническое устройство, предназначенные для выполнения определенной функции по производству или преобразованию, передаче, распределению или потреблению тепловой энергии.

В о до- и парогрейные котлы - устройства, предназначенные как для нагревания воды, так и для генерации насыщенного или перегретого пара определенного давления, с дальнейшим использованием кинетической энергии теплоносителя. Основными параметрами для классификации котлов являются виды вырабатываемого теплоносителя и топливо, на котором они работают.

Газовоздушный тракт - совокупность оборудования и соединительных элементов, по которым движется воздух и образующиеся продукты сгорания.

Инженерные коммуникации - совокупность коммуникаций,

непосредственно используемых в процессе тепло-, газо-, водоснабжения и водоотведения.

Энергопотребляющее оборудование промышленного назначения преобразует, сохраняет, потребляет, транспортирует поступающую к нему энергию. Применительно к предприятию мясоперерабатывающей отрасли основным потребителем энергетических ресурсов является технологическое оборудование (классификация приведена на рисунке 1.3), причем потребление прямо пропорционально не только мощности отдельных единиц оборудования, но и времени его работы согласно технологической инструкции [3, 17, 31, 32, 34,35,62, 82].

По стадиям обработки подразделяют следующим образом.

Стадия подготовки. Включает в себя первичные и промежуточные операции по подготовке сырья и придания ему требуемых физико-механических и потребительских свойств.

Оборудование для мойки. Применяются моечные машины различных типов и конструкций. Они классифицируются по характеру процесса (непрерывно и периодически действующие); виду обрабатываемых объектов; по способу воздействия рабочей среды (отмочные, шприцевые и отмочно-шприцевые). Для мясоперерабатывающих предприятий актуальными являются шприцевые и отмочно-шприцевые машины.

Установки для снятия шкур. Подразделяются в зависимости от вида обрабатываемого животного (подразделяют на установки для съема шкуры с крупного и мелкого рогатого скота и свиней), по виду рабочего органа (делятся на тросовые, цепные и барабанные).

Льдогенераторы. Служат для приготовления снежного и чешуйчатого льда, используемого в рамках технологического процесса, их подразделяют на установки вертикального и горизонтального типов.

Оборудования для посола мяса. Включает различные аппараты (посолочные автоматы, смесители для посола). Посол мяса - процесс придания стойкости продукту при хранении в отсутствие искусственных способов охлаждения, замораживания и других методов консервирования. Вместе с тем, использование наряду с хлоридом натрия нитритов и других посолочных ингредиентов придает продукту специфический вкус и аромат, способствует стабилизации окраски мяса.

Шприцедые Отмоечно-шприиебые

У

Барабанные

Тельферные

Лебедочные

Вертикальный

Гиризонтальный

О-

Посолочный аппарат

Смеситель для посола

С принудительное подачей

Без принудительной подачи

Одношнекабые

Ддухшнекабые

Коллоидные мельницы

Змульситаторы

Куттер открытый

Куттер доку умный

Куттер охладительный

Куттер барочный

а 1|

II

ГО

I

>

1

ЕС

I1

I

1

& ©

й

?

I

I

>

>

й ¡г

I 1

I

I I

I

I

I "I

Циклического действия

Иеприрыбного действия

>

Варочные

Оджарочные

Коптильные

Климатические

Универсальные

Абтокоптильные устанобки

Универсальные термокамеры

>

I

Г

3

1

5:

I

I

о-

1 Та

I

а

II

1 Пэ

I

1

I

0\

Измельчение сырья. Осуществляют под действием внешних сил, преодолевающих силы взаимного сцепления частиц материала путем раздавливания, раскалывания, истирания и удара. Процесс измельчения обычно состоит из несколько сопутствующих видов измельчения. Например, истирание сопровождается измельчением при ударе, раскалыванием, раздавливанием.

Волчки - установки используемые для мелкого и среднего измельчения сырья. Повсеместное использование волчков в мясной промышленности связано с их достоинствами: простотой конструкции основных механизмов, высокой производительностью и пр.. По конструкции подразделяют на спиральные, пальцевые, лопастные, одно- и двухшнековые, с верхним, параллельным или боковым расположением относительно механизма подачи.

Машины для тонкого измельчения (коллоидные мельницы, эмульситаторы). Используют для обработки мягкого мясного сырья, которое: вручную подают в режущий механизм, поступает самотеком, при помощи насосов или под вакуумом. Измельченный продукт перемещается вращающимися лопастями или вытесняется деталями режущего механизма.

Куттеры. Предназначены для тонкого измельчения мясного сырья и превращения его в однородную гомогенную массу. Измельчение в куттерах осуществляется за счет быстровращающихся серповидных ножей. Измельчение происходит как в открытых чашах, так и под вакуумом. Кроме того, в куттерах совмещают измельчение с процессом смешивания.

Термическая обработка. Осуществляется с целью достижения необходимых физико-химических свойств, предотвращения развития остаточной микрофлоры, обеспечения сохранности товарного вида продукта (состояния поверхности оболочки, структуры, цвета), уменьшения потери массы продукта. Тепловую обработку колбасных изделий проводят в термоагрегатах при непрерывном движении потоков паровоздушной среды.

Камеры охлаэ/сдення. Предназначены для охлаждения мясных продуктов и подразделяются на аппараты циклического или непрерывного действия.

Охлаждение продукта осуществляется как одностадийным способом, так и двух- и трехстадийными, характеризующимися различными параметрам теплоотводящей среды.

Термокамеры. Тепловые аппараты периодического действия, в которых изделия последовательно подвергаются подсушке, обжарке и варке. Термокамеры подразделяются на универсальные, варочные, обжарочные, коптильные и климатические.

Коптильные камеры. Предназначены для горячего, полугорячего и холодного копчения. Универсальные коптильные установки позволяют производить все виды копчения за счет изменения рабочих режимов. По конструкции коптильные установки могут быть горизонтального - камерного и туннельного, башенного или вертикального типа, комбинированного -горизонтально-вертикального и роторного типа.

Приведенная классификация в последующем позволит проанализировать энергопотребление используемого в технологическом процессе производства вареных колбасных изделий оборудования и выявить единицы, оптимизация работы которых повлечет за собой увеличение энергетической эффективности производства.

1.2 Описание технологического процесса изготовления вареных

колбасных изделий

Технологический процесс производства вареных колбасных изделий должен осуществляться с соблюдением требований ГОСТ, санитарных правил для предприятий мясной промышленности, правил ветеринарно-санитарной экспертизы мяса и мясных продуктов [3, 46, 83].

Подготовка сырья.

Замороженное мясо размораживают в соответствии с технологической инструкцией, утвержденной в установленном порядке.

Переработка замороженных блоков из жилованного мяса производится в соответствии с технологической инструкцией по производству вареных

колбасных изделий из мороженых блоков, без предварительного размораживания.

В случае необходимости, размораживание осуществляется до достижения температуры в толще блока не ниже минус 1 °С при температуре среды от 18 до 22 °С.

Разделка, обвалка, жиловка.

Разделка, обвалка и жиловка мяса осуществляется в производственных помещениях с температурой воздуха от 10 до 12 °С и относительной влажностью воздуха не выше 75 %.

На разделку подается мясное сырье с температурой в толще мышц:

- охлажденное - от нуля до плюс 4 °С,

- размороженное сырье - от минус 1 до плюс 1 °С;

- парное - с температурой в толще мышц не ниже 35 °С.

Говядину жилуют и выделяют говядину жилованную без видимых включений жировой и соединительной ткани, с массовой долей жировой и соединительной ткани не более 6 %.

Шпик со свиных полутуш снимают единым пластом перед разделкой и выделяют нежирную свинину с содержанием жировой ткани не более 10%. Затем свинину жилуют на свинину жилованную полужирную с массовой долей жировой ткани от 30 до 50 % и свинину жилованную жирную с массовой долей жировой ткани от 50 до 85 %.

По окончании обвалки мясо направляют на измельчение и посол.

Измельчение и посол сырья.

Перед посолом жилованное мясо взвешивают.

Посол и выдержку сырья производят в соответствии с ГОСТ:

- в кусках массой до 1 кг в течение 48-72 часов;

- в шроте (мясо, измельченное на волчке через решетку с диаметром отверстий 16-25 мм) в течение 24-48 часов;

- в мелком измельчении (через решетку с диаметром отверстий 3-6 мм) в течение 12-24 часов [43].

Допускается исключение процесса выдержки мяса в посоле.

Подготовка немясных гтгреднентов, пряностей и пищевых добавок.

Подготовку сои, крахмала, муки, молока, фосфатов, чеснока и других материалов, предусмотренных рецептурой, проводят в соответствии с технологическими инструкциями по их применению.

Приготовление фарша.

Выдержанное в посоле, предварительно измельченное на волчке мясное сырье поступает на смешивание и тонкое измельчение.

При приготовлении фарша в соответствии с рецептурой в куттере вначале обрабатывают нежирное сырье (говядину, мясо птицы в кусках или шроте, свинину нежирную), добавляя комплексные фосфатосодержащие добавки или пищевые фосфаты и часть воды (льда); затем вносят раствор нитрита натрия (если он не был добавлены при посоле), поваренную соль, белковые препараты в гидратированном виде, чеснок, вареную шкурку, эмульсию из свиной шкурки, мясо механической обвалки.

После этого вводят жирное сырье, сухое молоко, муку или крахмал оставшуюся воду (лед) и обрабатывают до получения однородного тонкоизмельченного фарша. Температура готового фарша должна быть не выше 12 °С.

При использовании белковых препаратов в сухом виде сначала в куттере проводят их гидратацию, затем закладывают и обрабатывают сырье в последовательности, приведенной выше.

При применении каррагинанов и красителей их вводят на первом этапе куттерования. При использовании нитритной соли взамен поваренной соли и нитрита натрия их вносят на том же этапе куттерования, что и поваренную соль. Коптильные препараты добавляют в соответствии с технологическими инструкциями по их применению.

После куттера фарш бесструктурных колбасных изделий допускается обрабатывать на машинах тонкого измельчения, при этом продолжительность куттерования сокращается на 3-5 мин.

При приготовлении структурных колбасных изделий фарш готовится в две стадии:

1 стадия - приготовление тонкоизмельченного фарша в соответствии с выше описанным порядком внесения ингредиентов;

2 стадия - подготовленный тонкоизмельченный фарш перемешивают со структурными мясными компонентами и наполнителями, приготовленными заранее, до их равномерного распределения в фарше [49].

Температура готового фарша не должна превышать 12 °С.

При измельчении шпика на куттере его вносят на последнем этапе приготовления фарша (за 2-4 минуты до конца куттерования) и продолжают обработку до получения кусочков размером не более 6 мм (для шпика).

При приготовлении фарша к массе куттеруемого сырья добавляют воду (лед), рекомендованное количество для вареных колбас составляет от 15 до 43 %, при использовании полиамидных оболочек количество добавляемой воды уменьшают на 5-10 %.

Подготовка к термической обработке.

Подготовку колбас к термической обработке проводят в соответствии с ГОСТ. Наполнение полиамидных оболочек производят при переполнении по диаметру в соответствии с технологическими инструкциями по их применению, утвержденных в установленном порядке.

Термическая обработка вареных колбас.

Варку колбасных изделий проводят в соответствии с ГОСТ. Процесс протекает при температуре греющей среды (пар, воздух) 80-82 °С до достижения температуры в центре батона 70-72 °С [4, 5].

Охлаждение.

Охлаждение изделий колбасных вареных проводят в соответствии с ГОСТ, процесс производят душированием, в камерах или туннелях интенсивного охлаждения, в помещениях с температурой от 0 до 8 °С.

1.3 Определение уровней энергопотребления оборудования, оказывающего влияние на энергетическую эффективность технологического процесса

Одним из ключевых показателей, отражающих уровень энергосбережения и энергоэффективности экономики, является энергоемкость внутреннего валового продукта (ВВП) страны. Проблемы, связанные с потерей энергии при использовании и транспортировке, являются одними из самых острых в современных условиях [47].

По данным международного энергетического агентства (МЭА) на начало 2010 г., энергоемкость ВВП России составляла 0,42 т.н.э./ЮОО USD (тонн нефтяного эквивалента на 1000 долларов), что в среднем в 2,5 раза превышает аналогичный показатель промышленно развитых стран (рисунок 1.4). Необходимо отметить, что по потерям энергии в тепловых сетях Россия занимает первое место в мире, а уровень энергосбережения и энергоэффективности на большинстве производств в 10-20 раз ниже общемирового показателя.

Рисунок 1.4 - Сравнительные показатели энергоемкости ВВП различных стран

(т н. э./ЮОО долл.)

Как в экономически развитых, так и в интенсивно развивающихся странах повсеместно внедряют энергоэффективные и энергосберегающие технологии. В 2011 г. объем энергозатрат на единицу ВВП в Китае составил 0,793 тонн условного топлива, снизившись, в среднем, на 2,01 процента по сравнению с предыдущим годом. Не смотря на положительную тенденцию правительство КНДР приняло решение дополнительно сократить энергозатраты на единицу ВВП к 2015 году на 16 процентов. Уровень энергопотребления в расчете на единицу сопоставимого ВВП России примерно в 4 раза выше, чем в Китае и США - странах с высокой энерговооруженностью промышленного производства.

Резервы энергосбережения во многом зависят от цен на первичные энергетические ресурсы, от имеющихся технологий энергосбережения. Мировой опыт показывает, что экономить энергию дешевле по сравнению с добычей энергоресурсов в 2-4 раза. В настоящее время в России имеется огромный потенциал энергосбережения, масштабы которого по оценкам экспертов можно оценить примерно в 40 - 50 % от уровня потребляемых топлива и энергии. В целом процессы энергопотребления очень благоприятны для снижения нагрузки на окружающую среду и повышения конкурентоспособности отечественных предприятий.

В связи с этим правительством РФ была поставлена задача к 2020 г. снизить энергоемкость российской экономики практически в 2 раза за счет энергосбережения. С этой целью на текущий момент разработан целый ряд документов, направленный на обеспечение энергетической безопасности страны, энергосбережение в которых рассматривается как ключевая составляющая энергетического сектора, роль которого в развитии экономики значительно возрастает после вступления России в ВТО.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Уразов, Дмитрий Юрьевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279с.

2. Александров A.A., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: МЭИ, 1999. - 168с.

3. Антипов С.Т., Кретов И.Т., Остриков А.Н., Панфилов В.А., Ураков O.A. Машины и аппараты пищевых производств. М.: «КОЛОС», 2006. - 10-200с.

4. Аксенов Ю.П., Голубев A.B., Завидей В.И. и др. Результаты длительной периодической диагностики силовых трансформаторов // Электро. 2006. - №1. С.28-42

5. Бражников A.M. Теория термической обработки мясопродуктов. -М.: Агропромиздат, 1987. 270с.

6. Бражников A.M., Карпычев В.А., Пелеев А.И. Аналитические методы исследования процессов термической обработки мясопродуктов. -М.: Пищевая промышленность, 1974. 234с.

7. Берг Л.Г. Введение в термографию. М.: Издательство АН СССР, 1961.-74с.

8. Бронштейн И.Н., Семиндяев К.А. Справочник по математике. -М.: Наука, 1986. 81с.

9. Бурдуков А.П., Зауличный Е.Т., Накоряков В.Е.Теплоотдача от цилиндра в звуковом поле // Известия Сибирского отделения АН СССР. -1965. №6. вып. 2.-С. 39-42.

10. Бурдуков А.П. Накоряков В.Е. Влияние звуковых колебаний на процессы тепло- и массообмена, тепло- и массопереноса. М.: Энергия, 1969. -220-231с.

11. Буренков Н.И. Интенсификация технологических процессов в пищевой промышленности при помощи вибрации и низкочастотных колебаний в жидких средах: Автореф. дис. докт. техн. наук. Киев., 1968. -72с.

12. Везломцев H.A. Использование влияния колебаний на теплоотдачу в условиях свободного движения: Дис. канд. техн. наук. Минск. 1960.

13. Воронцов Е.Г., Тананайко Ю.М. Теплообмен в жидких плёнках. -Киев.: Техника, 1972. 193с.

14. Галиулин Г.Г., Репин В.Б., Халатов Н.Х. Течение вязкой жидкости и теплообмен тел в звуковом поле. Под ред. В.Е. Накоряков -Казань.: Казанский университет, 1978. 128с.

15. Геращенко O.A., Фёдоров В.Г. Тепловые и температурные измерения. Справочное руководства. Киев.: Наукова Думка, 1965. - 304с.

16. Гордов А.Н., Жугалло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных изменений. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 304с.

17. Горбатов В.М., Лагоша И.А. Справочник по оборудованию предприятий мясной промышленности, т. 1. М.: Пищевая промышленность, 1965. - 153с.

18. ГОСТ 23042-86 - Мясо и мясные продукты. Методы определения

жира.

19. ГОСТ 25011-81 - Мясо и мясные продукты. Методы определения

белка.

20. ГОСТ Р 52196-2011 - Изделия колбасные вареные. Технические условия.

21. ГОСТ 8558.1-78 - Продукты мясные. Методы определения нитрита.

22. ГОСТ 9793-74 - Продукты мясные. Методы определения влаги.

23. ГОСТ 9957-73 - Колбасные изделия и продукты из свинины, баранины, и говядины. Методы определения хлористого натрия.

24. Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена. М.: Высшая школа, 1974, - 328с.

25. Данилова Г.Н., Щербов М.Г., Филаткин В.Н., Бучко H.A. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности. М.: Агропромиздат, 1986. - 269с.

26. Жаринов А.И., Кузнецова О.В., Черкашина H.A. Краткие курсы по основам современных технологий переработки мяса, организованные фирмой «Протеин Технолоджиз Интернэшнл» (США). М.: «Внешторгиздат», 1997. - 67с.

27. Жаринов А.И., Кузнецова О.В., Черкашина H.A. Основы современных технологий переработки мяса. Краткий курс часть 1. Эмульгированные и грубоизмельчённые мясопродукты. М.: «Внешторгиздат», 1994. - 520с.

28. Жижина A.B. Теплообменные аппараты. С.: Петербург, 1996.54с.

29. Жуковский B.C. Основы теории теплопередачи. JL: Энергия, 1969.

-224с.

30. Захаров A.A., Искаков М.Х., Смирнов М.Н. Отчёт о маркетинговых исследованиях «Анализ рынка технологического оборудования для термической обработки (варки) колбасных изделий в водной среде». М.: ВНИИМП, 2005. - 12с.

31. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности, оборудование для убоя и первичной обработки, ч. 1.-М.: «КОЛОС», 2001. 199с.

32. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности, оборудование для переработки мяса. ч. 2. С.: ГИОРД, 2007.-310с.

33. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. Учебник для энергетических вузов и факультетов. М.: Энергия, 1975. - 486с.

34. Кавецкий Г.Д.Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевых производств. М.:Колос, 2000. - 216с.

35. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: ХИМИЯ, 1971, - 298с.

36. Каталог машин, оборудования, приборов и средств автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК. т.1., 4.1. М.: Агропромиздат, 1989. -212с.

37. Керн Д., Краус А. Развитые поверхности теплообмена. М.: Энергия, 1977, - 464с.

38. Кес В.М. Конвективный тепло- и массобмен. М.: Энергия, 1972, -

364с.

39. Кирпичёв М.В., Михеев М.А., Энгельсон JI.C. Теплопередача. -J1.: Госэнергоиздат, 1940. 420с.

40. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике М.: Госэнергоиздат, 1988. - 66.с.

41. Кремнев O.A., Сатановский A.JL, Лопатин В.В. Исследование теплообмена при вибрации нагретых цилиндрических тел в жидкости. М.: Энергия, 1968.-301 с.

42. Кубанский П.Н. Интенсификация теплообмена акустическими течениями // Акустический журнал. 1962. №2. - С. 28-31.

43. КулишевБ.В. Исследование импульсного резания и структурно-механического свойств костной ткани с целью разработки соответствующего оборудования: Дис. канд. техн. наук. Москва. 1979. 128с.

44. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередачи. М.: Госэнергоиздат, 1959. - 414с.

45. Лимонов Г.Е. Научные основы интенсификации и оптимизации тепло- массообменных процессов мясной промышленности с использованием вибрации: Автореф. дис. докт. техн. наук. М., 1990. 43с.

46. Липатов H.H. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Экономика, 1987. - 272с.

47. Лисицын А.Б., Небурчилова Н.Ф., Горбунова H.A. Инновационная модель развития основа стабильности и конкурентоспособности аграрной отрасли // Национальные проекты. - 2008. №5. - С. 70-74.

48. Лыков A.B. Тепломассобмен. М.: Энергия, 1978. - 480с.

49. Мамаджанов Ю.Р. Влияние вибрационного воздействия на процесс осадки варёных колбас // Мясная индустрия. 1978. №2. - С. 12-14.

50. Минухин Л.А. Расчёты сложных процессов тепло- и массообмена в аппаратах пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1986. - 115с.

51. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М.: Энергия,

1973.

52. Мучник Г.Ф., Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена. Учебное пособие для ВТУЗов. 4.1. М.: Высшая школа, 1970. - 287с.

53. Павленко В.Г., Гордеев О.И. Математические методы обработки экспериментальных данных. Новосибирск: Новосиб. ИИВТ, 1972. - 137с.

54. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков A.A., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.: Госхимиздат, 1961. - 196с.

55. Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло и массообмен в пограничных слоях. Пер. с англ. канд. техн. наук. Шульмана, канд.техн.наук. Пустынцева. -М.: Энергия, 1971. 125с.

56. Патент № 2002111476 РФ, МПК В F28D9/00; F28D3/00. Способ интенсификации теплообмена сред и теплообменный аппарат, реализующий способ / Ерёмин Ю.П., Павловский Л.М., Тятинькин В.В., Френкель А.И., Шерр A.C. 2003.11.27. Ред. 7.

57. Патент № 2160421 РФ, МПК C1 F28D3/02. Теплообменное устройство / Комиссаров С.П., Ульянин С.Г. 2000.12.10 Ред. 7.

58. Патент № 2025994 РФ, МПК CI A23L3/18. Аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов / Нариниянц Г.Р., Квасенков О.И., Филиппович В.П. 1995.01.09. Ред. 6.

59. Патент № 95105008 РФ, МПК Al F26B15/06. Аппарат для тепловой обработки продуктов / Харин В.М., Шишацкий Ю.И., Евсеев Н.В. и др. 1997.01.10. Ред. 6.

60. Патент № 93036372 РФ, МПК A F28F13/00. Кожухотрубный теплообменник / Абрамов Ю.Н. и др. 1996.01.20. Ред. 6.

61. ПелеевИ.И., Каинельсон Б.Д. Исследование процессов тепло- и массообмена в пульсирующем потоке // Теплоэнергетика. 1963. №4 - С.28.

62. Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1971. - 390с.

63. Пелеев А.И. Основное уравнение тепловой обработки мясопродуктов. Тепло физические основы процессов // Мясная индустрия. -1964. №1. С.45-49.

64. Пелеев А.И. Методы исследования тепловых аппаратов мясной промышленности с распределёнными параметрами // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1967. №6. - С. 107-110.

65. Пироговский H.A., Лозович Л.К. Оптимизация и планирование колбасного производства. М.: АгроНИИТЭИММП, 1987. - 64с.

66. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. - 416с.

67. Рабинович Б.З. Гидравлика. М.: Энергия, 1961. - 269 с.

68. Рогов И.А., Афонасов Э.Э., Волчков И.И. Электроконтактный нагрев мясопродуктов. ЦНИИТЭИ мясомолпром. Обзорная информация. -М.: Мясная промышленность, 1970. 28с.

69. Рогов И.А., Номероцкая Н.Ф. Тепловая обработка мяса. ЦНИИТЭИ мясомолпром. М.:, Мясная промышленность, 1981. - 11с.

70. Рогов И.А., Горбатов A.B. Новые физические методы обработки мясопродуктов. М.: Пищевая промышленность, 1966. - 302с.

71. Рызкиев Н.С., Большаков A.C. Изменение окраски варёно-копчёных колбас при вибровоздействии // Мясная индустрия. 1983. №1 -С.38-39.

72. Рызкиев Н.С. Усовершенствование технологии полукопчёных и варёно-копчёных колбас с применением вибрационных воздействий: Дис. канд. техн. наук. М.: 1984. - 135 с.

73. СанПиН 2.3.2.560-96 - Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов.

74. Соколов A.A. Физико-химически и биохимические основы технологии мясопродуктов. М.: Пищевая промышленность, 1989. 350с.

75. Соловьёв О.В. Нетрадиционный подход к созданию мясоперерабатывающего оборудования // Мясная промышленность, 1994. №6.-С.17- 19.

76. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: «Пищевая промышленность», 1974г. - 195с.

77. СТБ 126-2011 - Изделия колбасные вареные. Общие технические условия.

78. Телеченко Н.П., Синбиренко Д.Ф. Теплопередача при поперечном обтекании круглого цилиндра потоком с гармоническим изменением скорости.//Теплоэнергетика. №3. 1963.

79. Теоретические и практические основы развития процессов и аппаратов пищевых производств. Фёдоров Николай Евстигнеевич (19011974). «100 лет» Научные труды М.: МГУПБ, 2001. - 149с.

80. Технология мясных и технических продуктов. Справочная серия-Техника и технология в мясной промышленности., Под ред. В.М.Горбатова.-М.: Пищевая промышленность, 1973. 213с.

81. Технология мяса и мясопродуктов, под редакцией Соколова А.А. Издательство «Пищевая промышленность», М. 1970. 174с.

82. Техника и технология в мясной промышленности. Оборудование для убоя скота, птицы, производства колбасных изделий, и птицепродуктов., Под ред. В.М.Горбатова. М.: Пищевая промышленность, 1975. - 115с.

83. Технологическая инструкции по производству изделий колбасных вареных по ГОСТ Р 52196-2003, утв. Директором ВНИИМП А.Б.Лисицыным 06.10.2004. ВНИИМП, 2004.

84. ТР ТС 034/2013 - Таможенный регламент таможенного союза «О безопасности мяса и мясной продукции».

85. Файвишевский М.Л., Соловьёв О.В., Воякин М.П. Инструмент, инвентарь и оборудование мясокомбинатов и мясоперерабатывающих предприятий. М.: ДеЛи принт, 2005. - 262с.

86. Федоткин И.М., Липсман B.C. Интенсификация теплообмена в аппаратах пищевых производств. М.: Пищевая промышленность, 1972. -97с.

87. Федоткин И.М. Интенсификация технологических процессов. -Киев: Высшая школа, 1979. 344с.

88. Федоткин И.М. Интенсификация теплообменных процессов в аппаратах пищевых производств: Авт. дис. докт. техн. наук. Киев, 1969. 23с.

89. Федоткин И.М., Фирисюк В.Р. Интенсификация теплообмена в аппаратах химических производств. Киев. Техника, 1971. 215с.

90. Фёдоров Н.Е. Процессы и аппараты мясной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1969. 549с.

91. ХаринВ.М., Агафонов Г.В. Тепло- и влагообменные процессы и аппараты пищевых производств (теория и расчет). М.: Пищевая промышленность, 2002. - 142-166с.

92. Хвыля С.И. Развитие методологии контроля качества и идентификации состава мясного сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Диссертация доктора наук. М.: 2002. - 336с.

93. Хвыля С.И., Пчелкина В.А. Стандартизованные гистологические методы в мясной промышленности // Мясной бизнес (Украина) - 2008. №5 -С.24-Цедербер Н.В. Теплопроводность газов и жидкостей. М.-Л,: Госэнергоиздат, 1963. - 408с.

94. Шашков А.Г., Системно-структурный анализ процесса теплообмена и его применения. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 280с.

95. Эккерст Э.Р. Введение в теорию тепло и массобмена. М. - Д.: Госэнергоиздат, 1957. - 288с.

96. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - 208с.

97. Lemlich R. Effect of vibration on natural convection heat transfer // Industrial and Eng. Chem. 1955. - Vol. 47. №6. - P. 25-27.

98. Martinelly R.C., Boelter L.M. The effect of vibration upon the free convection from a horizontal tube. Proceedings, Vth International Congress of Applied Mechanics. 1938. - P.278.

99. Simpson R. J., Almonacid S.F., Acevedo C.A., Cortes C.A. Simultaneous heat and mass transfer applied to non-respiring foods packed in modified atmosphere // Food Eng. 2004. - Vol. 61. - №2. - P. 279-286.

100. Guerin R., Delaplace G., Dieulot J.-Y., Leuliet J.-C. Lebouche MJ. A method for detecting in real time structure changes of food products during a heat transfer process // Food Eng. 2004. - Vol. 64. - №3. - P. 289-296.

101.Erdogdu Ferruh. J. Mathematical approaches for use of analytical solutions in experimental determination of heat and mass transfer parameters // Food Eng. 2005. - Vol. 68. - №2. - P. 233-238.