ЖИРЫ И МАСЛА - вещества животного или растительного происхождения, преимущественно триглицериды, т.е. сложные эфиры, молекулы которых образованы одной молекулой глицерина и тремя молекулами жирных кислот. Масла жидкие при обычной температуре, жиры твердые. Жиры и масла могут быть съедобными или несъедобными. Первые из них используются для приготовления пищи, применение других ограничено промышленными целями.

НЕПИЩЕВЫЕ ЖИРЫ И МАСЛА

Непищевые жиры и масла - это жиры и масла животного или растительного происхождения; они либо несъедобны, либо их не рекомендуется использовать в качестве пищевых продуктов, поскольку они содержат загрязнения.

Состав. Непищевые жиры и масла являются глицеридами жирных кислот, главным образом пальмитиновой, стеариновой, олеиновой и линолевой. Они несколько отличаются от съедобных жиров и масел большим содержанием таких неглицеридных компонентов, как свободные жирные кислоты, пигменты и посторонние примеси.

Источники. Большя часть промышленных непищевых жиров и масел производится из отходов мясопереработки. Другим источником служит рыбная промышленность. Несъедобные рыба и прочие морские животные, а также несъедобные части рыб и отходы приготовления рыбопродуктов перерабатывают для получения рыбьего непищевого жира и ворвани. Наконец, важным источником непищевых жиров являются растения. При производстве съедобных жиров и масел из растительного сырья некоторые фракции в процессе переработки отбрасывают - их используют в промышленности как технические жиры и масла. Непищевые жиры и масла отделяют от тканей животных посредством вытопки. При мокрой вытопке жировые ткани нагревают в закрытых сосудах под давлением пара в присутствии воды вплоть до разрушения клеток ткани и отделения жира. Затем воду и жир разделяют отстаиванием или центрифугированием. При сухой вытопке жировые ткани нагревают при перемешивании, обычно во вращающихся барабанах, до температуры порядка 120° C. Жировые клетки разрушаются и жир высвобождается. Затем жир отделяют путем отжима гидравлическим или механическим прессом. Другой метод разделения жира и белков состоит в экстракции углеводородными или хлоруглеводородными растворителями.

Применение. Наибольшие количества непищевых жиров и масел используются в производстве мыла. Часть их расщепляют для получения жирных кислот или сульфируют для использования в качестве эмульгаторов. Часть подвергается фракционированию для выработки стеарина и масел; последние используются в производстве текстиля и смазок. Значительные количества твердых и мягких технических жиров добавляют в корма животных, чтобы улучшить вкус кормов и облегчить их гранулирование. Обработка непищевых жиров и масел необходима для придания им необходимых технологических качеств. Рафинирование - процесс первичной обработки непищевых жиров и масел. При вытопке и хранении происходит частичное расщепление глицеридов, в результате чего освобождающиеся жирные кислоты растворяются. Во многих случаях желательно освободить жир или масло от жирных кислот и других посторонних веществ, таких, как фосфолипиды, стерины, смолы и белки. При щелочном рафинировании разбавленный раствор щелочи, например едкого натра, смешивают с маслом или жиром при температурах 40-65° C. Со свободными жирными кислотами щелочь образует мыло, которое нерастворимо в масле и осаждается. Твердые частицы увлекают за собой часть посторонних веществ, удаляя их из жира. Осадок состоит из мыла, влаги, избытка щелочи и других примесей. Остающиеся следы влаги и мыла можно удалить промыванием водой и вакуумной сушкой или фильтрованием через отбеливающую глину или диатомит. Другой метод удаления свободных жирных кислот и посторонних веществ состоит в экстракции растворителями. Обычно жир при температурах 38-93° C пропускают через противоточный экстрактор, в который подают низшие алифатические спирты, фурфурол или такие газообразные при нормальных условиях углеводороды, как пропан или бутан. Жирные кислоты, более растворимые в растворителе, чем в масле, переходят в растворитель и удаляются.

Отбеливание. Для многих целей желательно удалить по крайней мере большую часть окрашивающих веществ, присутствующих в жирах и маслах. Эти пигменты представляют собой каротиноиды и продукты окисления как глицеридов, так и неглицеридов. Стандартный метод удаления пигментов состоит в адсорбции их на избирательно действующих адсорбентах. Самый распространенный из таких адсорбентов - фуллерова земля (отбеливающая глина), хотя используются также различные типы активированных углей и глин. Масло и глину перемешивают при температурах 80-120° C. Затем смесь фильтруют, удаляя глину и адсорбированные на ней пигменты. При химическом отбеливании жиров и масел используют такие окислители, как пероксид водорода, гипохлорит или хлорит натрия. Окислители превращают пигменты в их бесцветные окисленные формы. Трудность, с которой обычно сталкиваются при химическом отбеливании, связана с неустойчивостью к окислению самого масла и ухудшением его качества в результате такой обработки. Для удаления пигментов из различных жиров и масел используется также солексол-процесс, разработанный в M.W.Kellogg Co.: пигменты и окрашенные вещества осаждают растворением масла в сжиженном пропане (C3H8) при температурах, близких к критической. Противоточное оборудование обеспечивает непрерывную подачу жидкого пропана и удаление окрашенных примесей.

Фракционирование. Во многих случаях желательно фракционировать различные жиры и масла, обычно состоящие из смеси глицеридов. Более насыщенные высокоплавкие глицериды можно отделить от менее насыщенных и низкоплавких. Самый старый из методов фракционирования состоит в постепенном замораживании жира или масла при помощи холодного воздуха или жидкого хладагента. Частично затвердевший жир прессуют с помощью гидравлического или механического пресса, отделяя жидкую фазу от твердой. Иногда для разделения применяют центрифугирование или фильтрование. В более современном способе для облегчения кристаллизации и разделения фаз используют растворители. Получает распространение оборудование непрерывного действия, в котором жир растворяют в растворителе и охлаждают. Охлажденная смесь проходит далее через вращающиеся вакуумные фильтры, которые отделяют закристаллизовавшиеся твердые глицериды от жидких, остающихся в растворе. После заключительного удаления растворителя из обеих фракций получаются высококачественные продукты. Разработан метод разделения исключительно в жидких системах. В солексол-процессе, в котором применяются ожиженные углеводороды, газообразные при нормальных условиях, используют большую растворимость менее насыщенных глицеридов по сравнению с более насыщенными. Регулируя температуру, можно получить желаемую степень фракционирования. В другом методе разделение достигается за счет большей растворимости менее насыщенных компонентов в фурфуроле. Изменяя количество растворителя и температуру, добиваются нужной степени фракционирования.

Гидрирование (гидрогенизация). В ряде случаев желательно уменьшить степень ненасыщенности различных жиров и масел, чтобы повысить точки плавления и увеличить химическую стабильность. Например, в производстве синтетического каучука для получения мыла, используемого как эмульгатор при сополимеризации бутадиена и стирола, применяют мягкие жиры, предварительно отвержденные путем гидрирования. Хлопковое, соевое и другие растительные масла подвергают гидрогенизации, чтобы превратить их в очень похожие на животные твердые жиры, которые можно использовать для получения маргарина, кулинарных жиров и мыла. Подлежащие гидрогенизации жиры или масла необходимо сначала подвергнуть рафинированию и отбеливанию. Под действием катализаторов (обычно это тонкодисперсный никель) газообразный водород присоединяется к ненасыщенным глицеридам по двойным связям. (Катализаторы готовят восстановлением никелевых солей водородом или электролитически.) Гидрирование осуществляют, нагревая жир или масло в закрытом сосуде при перемешивании и пропускании водорода в присутствии небольших количеств катализатора. Давление водорода обычно изменяется в пределах от незначительной величины до 14 атм. После присоединения нужного количества водорода (о чем судят по повышению точки плавления, уменьшению показателя преломления или иодного числа) подачу водорода прекращают, а никель тщательно отделяют от масла или жира фильтрованием через колонку с адсорбентом. Обычно гидрирование осуществляется как периодический процесс. Температура, давление, природа катализатора, чистота водорода и жира или масла являются важными факторами, определяющими скорость и глубину гидрирования. Подбор этих параметров позволяет получить конечный продукт с необходимыми физическими свойствами.

Дезодорация. Для удаления запаха жиров и масел их нагревают до 90-260° C в закрытых сосудах при остаточном давлении 2-20 мм рт. ст. с одновременным пропусканием струи перегретого пара. Пахучие летучие вещества выдуваются паром, а остающиеся жиры или масла теряют запах. Сульфирование осуществляется путем перемешивания масла или жира в освинцованных емкостях с концентрированной серной кислотой или серным ангидридом (который дает серную кислоту при смешении с водой) при температурах от 10 до 38° C. Избыток кислоты удаляют промыванием рассолом, а масла нейтрализуют едким натром или раствором аммиака. Образующиеся продукты растворимы в воде. Чаще всего сульфированию подвергают твердые животные жиры, тресковый жир, спермацет и касторовое масло.

ПИЩЕВЫЕ ЖИРЫ И МАСЛА

Пищевые жиры и масла включают такие продукты, как лярд, сливочное масло, маргарин, салатные масла и кулинарные жиры. Эти продукты бывают как животного, так и растительного происхождения и называются животными жирами или растительными маслами в зависимости от источников их получения.

Состав. Природные жиры и масла, как животные, так и растительные, содержат небольшие количества веществ неглицеридной природы, свободные жирные кислоты, моно- и диглицериды. Жирные кислоты и частично замещенные глицериды образуются при частичном гидролизе триглицеридов. Неглицеридные вещества в пищевых жирах и маслах представлены фосфатидами, углеводами, стеринами, белками и/или продуктами распада белков. В растительных маслах встречаются токоферолы, хлорофилл, ксантофилл и каротиноиды. В рыбьем жире, особенно из печени, содержатся витамины A и D, в сливочном масле - каротин и витамин D.

Источники. Источником растительных масел являются семена растений, главным образом, культивируемых видов. Значительную долю пищевых масел составляют соевое и рапсовое масло. Сливочное масло сбивают из сливок, а лярд - это свиное топленое сало.

Методы получения. Растительные масла выделяют из сырья тремя методами. Для отделения масла от углеводных или белковых веществ необходимо разрушить маслосодержащие клетки семян нагреванием и/или механическими методами. При отжиме гидравлическим прессом, прежде применявшемся для переработки семян хлопчатника, семена после отделения лущат, раздавливают, пропуская между валками, обрабатывают паром и затем отжимают масло при помощи механических или гидравлических прессов. Второй метод - отжим винтовым прессом, в котором раздавленные семена или размолотую мякоть нагревают и пропускают через вал с винтовой поверхностью, заключенный в тесно прилегающей сетке или трубе. Третий метод - экстракция растворителем предварительно раздавленных семян. Обычно для этой цели применяют нефтяные углеводороды, кипящие в интервале 60-70° C. Как правило, этот процесс непрерывный и крупнотоннажный, причем на каждой установке перерабатываются сотни тонн в день. Экстракционным методом производится почти все соевое масло, но лишь небольшая часть хлопкового масла, в основном потому, что теперь его выгоднее получать высокоэффективным методом винтового прессования семян хлопчатника. Семена хлопчатника пропускают через винтовой пресс и полученный жмых экстрагируют растворителями для достижения высоких выходов масла. Муку, получаемую перемалыванием отжатых и прошедших экстракцию семян, используют в качестве корма для скота как белковую добавку.

Животные жиры. Съедобные животные жиры отделяют от жировых тканей при помощи вытопки. При мокрой (паровой) вытопке жировые ткани нагревают под давлением пара, разрушая клетки и освобождая жир. Этим методом производится около 95% лярда. При сухой вытопке жировые ткани нагревают в заключенных в кожух барабанах с перемешиванием. Некоторое количество лярда и говяжьего жира вытапливают в открытых котлах, обогреваемых паром. Полученный по этому методу жир имеет характерный вкус, желательный для некоторых целей. По новому методу тонко измельченную жировую ткань осторожно нагревают и пропускают через центрифуги для разделения жира, воды и белка.

Обработка пищевых жиров и масел. Сливочное масло получается сразу пригодным для употребления. Лярд после отстаивания и осветления тоже пригоден для использования, в том числе для выпечки и кулинарных целей. Однако его свойства можно еще улучшить обработкой для получения пекарского жира (шортенинга) высшего сорта. Растительные масла, за исключением оливкового, обычно имеют темный цвет, неприятный запах и вкус и требуют интенсивного рафинирования и очистки. Стадии обработки, которой подвергаются жиры и масла, зависят в некоторой степени от природы сырья и целевого продукта, но в целом процессы близки к описанным выше для непищевых жиров и масел.

Товарные формы пищевых жиров и масел.

Пекарский жир (шортенинг). Шортенинг обычно определяют как пластическую жиро-масляную массу (комбижир) для кулинарии. Его используют для приготовления пищи, выпечки и жарки; различные виды его получаются из говяжьего жира, растительных масел или их смесей. Жиры и масла могут быть частично гидрированными. Для достижения необходимой твердости должно соблюдаться определенное соотношение твердых и жидких глицеридов. Многие шортенинговые продукты обладают специфическими свойствами, делающими их пригодными для особых целей, например жарки или выпечки тортов, печенья или крекеров. В некоторых случаях к ним добавляют разрешенные к применению антиоксиданты с целью замедления процесса прогоркания. Шортенинги получают смешиванием желаемых жиров и масел, дезодорацией смесей с последующим замораживанием и упаковкой.

Салатные и кулинарные масла. Основное требование, предъявляемое к этим маслам, - отсутствие осадка при хранении в холодильнике. Для этого они не должны содержать стеарина (насыщенных глицеридов). Для удаления стеарина масла фракционируют при охлаждении, дезодорируют и упаковывают. Эти масла используют главным образом для приготовления майонеза и соусов. Значительную часть салатных масел получают из хлопкового масла; кукурузное и соевое масла также используются для приготовления салатных масел, но в меньших объемах.

Маргарин представляет собой эмульсию мягких пищевых жиров в молоке или кислом молоке с добавкой или без добавки эмульгаторов, бензоата натрия, соли, синтетических красителей, ароматизирующих веществ и витаминов. Первоначально для приготовления маргарина использовали говяжий жир и лярд. Позднее, по мере распространения новых технологий, стали применять как гидрированные, так и негидрированные растительные масла, и теперь используют исключительно их. Для приготовления маргарина цельное или снятое молоко пастеризуют, а затем в него вносят чистые культуры молочнокислых бактерий. По достижении желаемой кислотности молоко охлаждают, чтобы остановить рост бактерий. Масло и молоко сбивают вместе с солью и такими эмульгаторами, как лецитин и моноглицериды.

ЛИТЕРАТУРА

Беззубов Л.П. Химия жиров. М., 1975 Технология жиров и жирозаменителей. М., 1982 Общая органическая химия, т. 4. М., 1983

Составить слова из слова жиры и масла

ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ - химические вещества, добавляемые к пищевым продуктам с целью улучшить вкус, повысить питательную ценность или предотвратить порчу продукта. В последнее время в обществе растет озабоченность в связи с применением пищевых добавок: их безвредность вызывает сомнения. Между тем пищевые добавки - вовсе не новое изобретение. Еще в далекой древности человек открыл, что, например, соль (встречающийся в природе хлорид натрия) предохраняет мясо от порчи. С расширением наших знаний о пище и совершенствованием технологии производства продуктов питания росло и использование пищевых добавок. Этому способствовало и общее изменение образа жизни. В наш индустриальный век огромное количество людей сосредоточилось в городах. Резко возросла численность мирового населения. Все это потребовало новых способов как обработки, так и распределения продуктов питания, благодаря чему пищевые добавки стали применяться все шире. Потребность в них особенно возросла в последнее время в связи с увеличением спроса на более питательные и более удобные для использования пищевые продукты.

ГЛАВНЫЕ ГРУППЫ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК

Специалисты приписывают пищевым добавкам около 50 различных функций. Можно выделить 11 больших групп добавок: питательные добавки (природные компоненты пищи); добавки, сохраняющие свежесть; добавки, облегчающие переработку или изготовление; консерванты; приправы; красители; уплотнители (текстуранты); подсластители; наполнители; добавки, позволяющие снизить калорийность пищи, и прочие.

Питательные добавки. У этих добавок блестящая история, так как с их помощью в развитых странах удалось практически ликвидировать болезни, вызываемые недостатком в рационе того или иного элемента или вещества, а именно: зоб (недостающий фактор - иод), цингу (витамин C), пеллагру (ниацин), рахит (витамин D, кальций, фосфор) и другие подобные заболевания. В пищевые продукты для повышения их питательной ценности добавляют почти все микроэлементы и макрокомпоненты пищи (жиры, углеводы, белки и клетчатку). Чтобы повысить питательную ценность пищи, очень важно добавлять в нее те вещества, которые в обычном рационе присутствуют в количествах ниже оптимальных. Добавки, сохраняющие свежесть, включают в первую очередь антиоксиданты. Их добавляют к маслам и к упаковочным материалам, чтобы предотвратить прогоркание. Используют также хелатирующие агенты и секвестранты. Они предотвращают взаимодействие между металлами и компонентами пищи, что сводит к минимуму обесцвечивание, а также утрату вкуса и аромата. Ряд веществ используется для того, чтобы предотвратить потемнение фруктов на поверхности разреза. Добавки, облегчающие переработку или изготовление. Для улучшения вкуса пищевых продуктов очень важны вещества, способные изменять реакцию в кислую или щелочную сторону. Кроме того, в эту группу входят хелатирующие агенты и секвестранты, а также вещества, изменяющие текстуру продуктов, вызывающие коагуляцию белков (их применяют в сыроварении), способствующие изменению цвета, желатинированию в молочных продуктах, изготовлению взбитых сливок или осветлению кофе.

Консерванты. Это антимикробные агенты, предназначенные для того, чтобы долгое время сохранять продукты годными к употреблению. С самых давних пор люди использовали для этой цели соль, сахар, кислоты и дым, в котором продукты коптили. В качестве консервантов для фруктов и овощей используют бензоат натрия и бензоат калия. В хлебопечении и производстве молочных продуктов применяются пропионаты, подавляющие развитие плесневых грибов. Многие продукты консервируют с помощью уксусной кислоты (уксуса). Нитриты и нитраты тоже служат консервантами. Сухие фрукты и овощи обрабатывают сернистым газом (диоксидом серы) и сульфитами. Для стерилизации зерновых продуктов и пряностей с целью уничтожения насекомых-вредителей и микроорганизмов применяется ряд газов. По мере роста населения консерванты приобретают все большее значение, поскольку обеспечить 10%-й прирост запасов пищевых продуктов с их помощью гораздо легче, нежели путем расширения сельскохозяйственного производства.

Пряности. Во времена, когда не было постоянных торговых путей, обеспечивающих ввоз пряностей, пища европейцев была крайне однообразной и неудовлетворительной не только в количественном, но и в качественном отношении. В наше время в ходу свыше 2000 различных пряностей для любого мыслимого употребления. Природные пряности имеют очень сложный состав; в кофе, например, содержится свыше 1000 различных соединений (впрочем, обычно пряности далеко не столь сложны). Большинство пряностей, которыми мы пользуемся теперь, - это смеси, составленные из синтетических веществ.

Красители. Назначение пищевых красителей состоит в том, чтобы придать прошедшим обработку продуктам более привлекательный вид. Красители делятся на две главные группы: природные и синтетические. Теперь во всем мире ощущается тяга ко всему "натуральному" в пище, и потому в качестве пищевых красителей все чаще стремятся использовать очищенные пигменты многих растений, животных (в частности насекомых) и микроорганизмов.

Текстуранты. Так называют различные добавки, предназначенные для улучшения текстуры пищевых продуктов. Соединения кальция делают консервированные томаты более плотными и крепкими. Фосфаты улучшают вкус консервированных груш, делая их более нежными. Пирофосфаты улучшают текстуру пудингов быстрого приготовления и молочных продуктов. Эмульгаторы придают стабильность водным и масляным эмульсиям в заправках для салата. Разнообразное применение находят вещества типа крахмала, придающие продуктам большую плотность. Разрыхлители обеспечивают соответствующую текстуру выпекаемых хлебобулочных и кондитерских изделий.

Подсластители. Природные подсластители, такие, как сахар, известны людям на протяжении тысячелетий. Их всегда добывали в больших количествах. Однако забота о снижении калорийности пищи вынудила обратиться к непищевым подсластителям. В США в настоящее время разрешены к применению пять таких веществ: сахарин, аспартам, ацесульфам, тауматин и глициризин. Рассматривается и возможность применения ряда веществ, разрешенных в других странах. Аспартам и ацесульфам приблизительно в 200 раз слаще сахарозы, и ведутся работы по созданию новых, более эффективных искусственных подсластителей.

Наполнители. Эта тенденция к применению непищевых подсластителей заставила искать вещества, которые могли бы выполнять роль, традиционно выполняемую сахарами в напитках, джемах, желе и копченостях. Желатинированный крахмал люди употребляют на протяжении веков, теперь же получен ряд производных крахмала и целлюлозы. Используется полидекстроза - также одно из производных сахара.

Прочие. В эту категорию входит целый ряд веществ. К пищевой соли добавляют, например, алюмосиликат, чтобы она не сбивалась в комки, а сорбит добавляют к кокосовой стружке для того, чтобы она оставалась мягкой.

Составить слова из слова пищевые добавки

ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА - раздел техники, охватывающий вопросы отвода тепла от объектов или объемов, которые требуется поддерживать при температурах ниже температуры окружающей среды. Теплота, по определению, - это энергия, перенос которой обусловлен разностью температур; следовательно, для обеспечения охлаждения объекта (объема) необходимо создать из него "сток" тепла и поддерживать его при температуре ниже температуры окружающей среды. Существует много способов, позволяющих сделать это; некоторые из них заключаются всего лишь в перемещении объекта во времени и пространстве, как, например, при сохранении зимнего льда для последующего использования летом. В других методах могут использоваться естественные источники холода, такие, как колодезная вода, охлаждение воздуха при испарении и холодный воздух из глубоких карстовых пещер или с ледников. В большинстве случаев, однако, источником холода являются механические или химические процессы. Все механические холодильные машины представляют собой не что иное, как тепловые насосы.

Хладагенты. Хотя в конкретных холодильных устройствах могут использоваться самые разнообразные летучие жидкости, некоторые специфические требования сужают количество хладагентов до одной-двух жидкостей, пригодных для широкого практического использования. Эти жидкости должны быть неядовитыми, негорючими, не вступать в химическое взаимодействие со смазкой, иметь высокую теплоту испарения, подходящие критическую температуру и температурную зависимость давления насыщенных паров, малый удельный объем. Как правило, желательно использовать хладагенты, имеющие такую зависимость давления насыщенных паров от температуры, чтобы небольшое избыточное давление соответствовало области разрежения компрессора и не слишком высокое - зоне сжатия. Небольшое избыточное давление в зоне разрежения позволяет избежать проблем, которые возникают, если давление разрежения ниже атмосферного, а умеренное давление в зоне сжатия позволяет облегчить конструкцию и снизить ее стоимость. Наиболее употребительными хладагентами являются воздух, вода, аммиак, углекислота, хлористый метил, сернистый ангидрид и различные фреоны. Воздух используется главным образом в системах охлаждения в авиации, тогда как аммиак находит наибольшее применение в крупных холодильных камерах. Углекислота в свое время широко применялась в установках на морских судах из-за своей нетоксичности и негорючести, однако вследствие очень высокого давления ее насыщенных паров при нормальных температурах (более 7 МПа) была практически вытеснена фреонами (хладонами). Хладагент, наиболее широко используемый в системах кондиционирования, - фреон-22 (дифтормонохлорметан) - нетоксичная, негорючая жидкость, обладающая подходящей температурной зависимостью давления насыщенных паров. Другие фреоны широко применялись в системах, работающих при низких температурах испарения или при очень малых перепадах давлений расширения и сжатия (центробежные компрессоры). В связи с неблагоприятным влиянием на стратосферный озон производство озоноактивных фреонов сокращается. Вода в качестве хладагента не обладает удовлетворительными температурными характеристиками по давлению, и ее использование поэтому ограничено специальными установками, например пароэжекторными холодильными машинами.

Холодильный цикл. Простой паровой цикл механической холодильной машины реализуется с помощью четырех элементов, образующих замкнутый холодильный контур, - компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля и испарителя или охладителя (рис. 1). Пар из испарителя поступает в компрессор и сжимается, вследствие чего его температура повышается. После выхода из компрессора пар, имеющий высокие температуру и давление, поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется. В некоторых конденсаторах используется режим переохлаждения, т.е. дальнейшее охлаждение сконденсировавшейся жидкости ниже ее температуры кипения. Из конденсатора жидкость проходит через дроссельный вентиль. Поскольку температура кипения (насыщения) для данного давления оказывается ниже температуры жидкости, начинается ее интенсивное кипение; при этом часть жидкости испаряется, а температура оставшейся части опускается до равновесной температуры насыщения (тепло жидкости расходуется на ее превращение в пар). Процесс дросселирования иногда называют внутренним охлаждением или самоохлаждением, поскольку в этом процессе температура жидкого хладагента снижается до нужного уровня.

Рис. 1. СХЕМА ХОЛОДИЛЬНОГО ЦИКЛА

Таким образом, из дроссельного вентиля выходят насыщенная жидкость и насыщенный пар. Насыщенный пар не может эффективно отводить тепло, поэтому он перепускается мимо испарителя и подается прямо на вход компрессора. Между дросселем и испарителем установлен сепаратор, в котором пар и жидкость разделяются.

Единицы измерения холода. Как пережиток старых времен до сих пор широко используется понятие "тонна холода". Одна тонна холода - это количество энергии, которое необходимо отобрать, чтобы 1 т воды при температуре 0° С превратить в лед при температуре 0° С за 24 ч. Эта величина определяет минимальный эффект охлаждения, который реализуется при плавлении одной тонны льда в течение суток. Действительный холодильный эффект превышает этот минимум, так как коммерческий лед поставляется в переохлажденном состоянии при температуре около -12° С, и, кроме того, образовавшаяся после его таяния вода нагревается до некоторой плюсовой температуры. Фактический охлаждающий эффект единицы массы льда, поставляемого при температуре ti и удаляемого в виде воды при температуре tw, равен (температура в °С): 4,19 (tw + 80 - 1/2ti). В холодильных установках вместо коэффициента полезного действия, характеризующего эффективность тепловых машин, используется т.н. эксергетический холодильный коэффициент. Он представляет собой отношение полезного отведенного тепла к теплу, которое эквивалентно механической работе, необходимой для достижения этого охлаждения. При обычных рабочих условиях холодильный коэффициент изменяется в диапазоне от 3 до 8. Здесь необходимо отметить, что это, конечно, не означает, что система отдает больше энергии, чем получает (этот результат противоречил бы первому закону термодинамики). Это говорит только о том, что небольшое количество механической работы способно повысить энергетический потенциал, т.е. температурный уровень, значительно большего количества энергии.

Термоэлектрическое охлаждение. Термоэлектрический холодильник работает на основе эффекта Пельтье, который заключается в выделении или поглощении теплоты при прохождении электрического тока через спай термопары. На рис. 2 схематично показано поперечное сечение такого холодильника объемом 65 дм3, способного поддерживать температуру холодильной камеры на 10° С ниже температуры окружающей среды. В верхней части расположены 72 термоэлемента, обеспечивающие охлаждение, которые потребляют большую часть из 135 Вт электроэнергии, необходимой для работы холодильника. В канале обдува воздухом расположены специальные ребра для лучшего сброса тепла, а в камере установлены пластины для увеличения поверхности теплообмена. Подобные холодильники на судах рассчитаны на хранение шести тонн замороженных или охлажденных продуктов. Промышленность выпускает и другие типы термохолодильников, в частности термостаты для лабораторных нужд.

См. также ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Рис. 2. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ХОЛОДИЛЬНИК (может быть сделан портативным). 1 - охлаждающие ребра; 2 - вентилятор; 3 - жалюзи; 4 - термоэлементы; 5 - тепловая изоляция; 6 - холодные пластины.

Запасание холода. Для тех случаев, когда не требуется непрерывное охлаждение, широко распространенный метод снижения начальных и эксплуатационных затрат состоит в использовании компрессора меньших размеров, работающего в непрерывном режиме; при этом необходимо дополнительное оборудование для запасания холода, когда охлаждение не требуется. Для запасания холода используются различные методы. В некоторых случаях в то время, когда холод не нужен, охлаждают емкость водой или другими жидкостями, а затем используют ее для дополнительного охлаждения в те короткие периоды, когда необходимо охлаждение продукта. В других установках запасание холода производится путем намораживания льда вокруг змеевика испарителя и последующего использования скрытой теплоты плавления. Метод намораживания предпочтительнее, поскольку позволяет запасти холод в значительно меньшем объеме (теплота плавления льда в ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА80 раз превышает удельную теплоемкость воды). Технически, однако, имеются некоторые проблемы, связанные с намораживанием, в частности больший объем льда и повышение термического сопротивления между испарителем и окружающей средой. Эти причины ограничивают применение данного метода теми установками, для которых существенно снижение начальных затрат.

Холодное хранение. Скорость порчи органических продуктов возрастает с ростом температуры, хотя и не в прямой пропорции. Таким образом, охлаждение, например, пищевых продуктов может замедлить их порчу и продлить срок годности. Крупные склады-холодильники используются как централизованные хранилища, в которых для различных продуктов могут поддерживаться требуемые условия хранения. Хотя не существует единого мнения относительно оптимальных температур хранения любых продуктов, для наиболее важных - овощей, фруктов, мяса и непищевых продуктов, таких, как меха и ткани, накоплен большой опыт, который позволяет определять подходящие условия хранения. Наиболее распространенными холодильными установками для больших объемов являются: 1) установки, в которых змеевик испарителя расположен непосредственно в холодильной камере и обдувается потоком воздуха; 2) камеры, у которых в стенах или потолке расположены контуры циркуляции вторичного хладоносителя, а внутренняя циркуляция воздуха осуществляется за счет естественной конвекции.

Многоступенчатое сжатие. Один из методов повышения эффективности холодильных циклов заключается в применении многоступенчатого сжатия с частичным охлаждением сжатого пара между ступенями. При получении твердой углекислоты (сухого льда) обычно используются три ступени сжатия с промежуточным водяным охлаждением. С точки зрения термодинамики, смысл такой операции состоит в уменьшении работы цикла до значения, близкого к затратам при изотермическом сжатии, по сравнению с одноступенчатым, т.н. изэнтропическим. При использовании воды в контурах промежуточного охлаждения пар может быть охлажден до температуры, близкой к температуре охлаждающей воды. Более эффективным оказывается применение жидкого холодильного агента в качестве промежуточного хладоносителя между ступенями. В этом методе используется колонна жидкого хладагента при давлении пара, который должен быть охлажден. Пар входит в колонну снизу и поднимается через жидкость в виде пузырьков, при этом охлаждаясь до температуры насыщенной жидкости, которая частично испаряется. Пар от предыдущей ступени сжатия и пар, образовавшийся при испарении жидкости, поступают в следующую ступень сжатия. В идеальном случае необходимо бесконечное число ступеней сжатия и такое же число камер промежуточного охлаждения (барботерных колонн) с жидкостью для реализации процесса сжатия, соответствующего движению состояний хладагента вдоль линии насыщенного пара. Реальные системы редко содержат более трех ступеней и весьма далеки от такого процесса, но тем не менее использование камер, в которых пар пропускается сквозь жидкость, оказывается эффективным средством уменьшения полной работы сжатия. Очевидно, однако, что жидкий хладагент должен использоваться для охлаждения пара только после его предварительного охлаждения в промежуточном водяном контуре.

Многократное дросселирование. В системах с многоступенчатым сжатием имеется дополнительная возможность для повышения холодильного коэффициента за счет использования вместо одного дроссельного вентиля группы расположенных последовательно вентилей, каждый из которых обеспечивает понижение давления хладагента, соответствующее повышению давления соответствующей ступени сжатия. При выходе из каждого дроссельного вентиля смесь насыщенных жидкости и пара разделяется в сепараторе, и пар, который уже не нужен для дальнейшего охлаждения, возвращается непосредственно на вход той ступени сжатия, для которой давление разрежения равно давлению в данной сепарационной камере. Таким образом, пар, образующийся при вскипании жидкого хладагента вследствие понижения давления, поступает на сжатие при существенно более высоком давлении, чем давление в испарителе, и поэтому требует меньшей работы сжатия, чем если бы весь пар имел давление, равное наименьшему давлению разрежения. Многократное дросселирование редко используется в холодильных установках с одним уровнем охлаждения, однако в системах с несколькими уровнями, в которых необходимо использование двух или более испарителей, работающих при различных давлениях, экономия энергии за счет многократного дросселирования оправдывает их использование. Многократное расширение вряд ли оправдано в системах с нагрузкой менее 50 т из-за необходимости использования довольно сложной и дорогой системы управления.

Многократное сжатие. В не слишком больших холодильных установках несколько уровней охлаждения иногда обеспечивается одним компрессором, специально спроектированным для работы с паром от двух испарителей, работающих при различных давлениях. Пар от испарителя низкого давления поступает в цилиндр компрессора, как обычно, путем всасывания при движении поршня. Когда поршень доходит до положения мертвой точки и цилиндр полон пара низкого давления, всасывающий клапан низкого давления закрывается. После этого открывается второй всасывающий клапан, через который поступает пар от испарителя высокого давления. Этот пар смешивается с паром низкого давления, давление смеси поднимается до уровня, соответствующего испарителю высокого давления. После этого поршень перемещается в обратном направлении, сжимает смесь и выбрасывает ее в конденсатор. Серьезное ограничение такой системы состоит в том, что отношение нагрузок на испарители должно быть связано с отношением масс пара, поступающего в цилиндр; регулирование хода поршня позволяет в небольших пределах изменять отношение нагрузок, однако этого недостаточно для практических нужд в большинстве холодильных установок средней мощности.

Абсорбционные холодильные установки. Работа цикла, необходимая для механического сжатия газа, затрачивается не столько на повышение давления, сколько на уменьшение объема газа. Если вещество, давление которого нужно повысить, несжимаемо, то для изменения давления не нужно совершать работу. Например, изменить давление можно путем охлаждения. В абсорбционных системах сохраняются конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель, как и в обычной компрессорной установке, однако вместо компрессора используются четыре других элемента: абсорбер, насос, парогенератор (кипятильник) и редукционный клапан. Пар из испарителя попадает в абсорбер. Там он соприкасается с абсорбирующей жидкостью, которая поглощает находящийся в паровой фазе хладагент; давление в абсорбере при этом понижается, что обеспечивает непрерывное поступление пара из испарителя. В процессе абсорбции происходит выделение тепла, следовательно, абсорбер должен охлаждаться, например, за счет циркуляции воды. Холодная смесь абсорбирующей жидкости и хладагента поступает в насос, в котором ее давление повышается. Поскольку повышение давления жидкости сопровождается лишь незначительным изменением ее объема, необходимая для этого работа мала. После выхода из насоса холодная жидкость высокого давления поступает в кипятильник, где к ней подводится тепло, и большая часть холодильного агента испаряется. Этот умеренно перегретый пар высокого давления проходит через конденсатор и совершает обычный холодильный цикл, а абсорбент охлаждается и возвращается в абсорбер (через редукционный клапан) для повторения цикла. Действительный абсорбционный цикл отличается от идеального тем, что часть абсорбента испаряется в кипятильнике и уносится вместе с парами хладагента. Если его не отделить от хладагента до входа в испаритель, то это приведет к повышению температуры в испарителе, или на практике давление в испарителе будет значительно меньше давления насыщения при той температуре, которая должна быть в испарителе. Отделение абсорбента от хладагента частично происходит в сепараторе, который расположен между конденсатором и кипятильником и служит для конденсации абсорбента и возврата его в кипятильник вместе с небольшим количеством сопутствующего хладагента. Механическая работа абсорбционных холодильных установок значительно меньше, чем компрессионных, однако общие затраты энергии значительно выше. Энергия, которая подводится к кипятильнику, много больше той, которая отводится от абсорбера охлаждающей водой. Там, где электроэнергия дорогая, а тепловая энергия и охлаждающая вода дешевы, абсорбционные установки более выгодны, чем компрессионные.

Пароэжекторная холодильная установка. Другой способ получения холода без совершения механической работы состоит в эжекции пара из испарителя. В такой установке хладагентом является вода, поэтому температура в холодильной камере не может быть ниже 0° С. Пароэжекторные установки находят применение в промышленности, там, где имеются пар высокого и среднего давления и дешевая вода для охлаждения. Эти установки используются также на судах, поскольку небольшое число движущихся частей упрощает их обслуживание и ремонт.

См. также БЫТОВАЯ ТЕХНИКА.

ЛИТЕРАТУРА

Бромлей М.Ф. Гидравлические машины и холодильные установки. М., 1971 Доссат Р. Основы холодильной техники. М., 1984 Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. М., 1991

Составить слова из слова холодильная техника