Галкин М.Л. к.т.н., Генель Л.С. к.т.н., Рукавишников А.М. к.т.н.

Любовь к молочным продуктам – это жизненно необходимое пристрастие, которое каждый из нас впитал с момента своего рождения с молоком матери.

Для обеспечения продовольственной безопасности согласно Доктрине, подписанной президентом страны в феврале 2010 года, необходимо увеличить долю отечественного производства молока и молочной продукции до 90%. В настоящее время этот показатель составляет около 80% .

Помимо увеличения объемов производства импортозависимость по молочным продуктам можно уменьшить путем сокращения потерь в процессе производства и хранения. Известно, что наиболее эффективным инструментом для решения этой проблемы при сохранении питательных свойств, качества и безопасности продукции для потребителей является холод. Последний вырабатывается холодильными агрегатами и установками с различными хладагентами – аммиаком, фреонами и др.

Задачи сокращения количества хладагента в холодильных системах и повышения безопасности процессов холодильной обработки выполняют двухконтурные системы. В этом случае первичный контур с уменьшенным количеством хладагента захолаживает через теплообменник хладоноситель вторичного контура, который, в свою очередь охлаждает продукцию. Сердцем подобной системы является холодильная машина – чиллер (охладитель жидкости), основа которого – холодильный агрегат и теплообменник, обычно монтируемые на одной раме. В зависимости от решаемой технической задачи теплообменник может быть кожухотрубным, пластинчатым или наиболее современным - кожухопластинчатым. Промышленные чиллеры поставляются в Россию фирмами Johnson Controls (YORK), Grasso и Mycom.

При наличии явных преимуществ двухконтурных систем охлаждения в пищевых производствах существуют характерные недостатки, связанные с дополнительными энергозатратами, коррозионной активностью хладоносителя и опасностью загрязнения или поражения им пищевых продуктов при утечке. Особого внимания в этом смысле требуют двухконтурные системы длительной эксплуатации для охлаждения жидких и пастообразных продуктов, ибо они обладают повышенной скоростью смешивания, разбавления хладоносителя при его попадании в поток продукции.

Источниками опасности со стороны хладоносителей для пищевых продуктов при их охлаждении с помощью двухконтурных систем являются:

1. Случайные протечки хладоносителя в охлаждаемый продукт, приводящие к ухудшению его качества.

2. Испарения летучих фракций хладоносителя при разгерметизации вторичного контура, вызывающие рост токсичности воздуха и пожароопасность и др.

3. Наличие и рост болезнетворных микроорганизмов в среде хладоносителя и их проникновение при разгерметизации контура в окружающую среду и продукт.

Кроме того, работа хладоносителя в холодильной системе приводит к снижению ее эффективности из-за его коррозионной активности, образования накипно-коррозионных отложений, возникновения ускоренного износа герметизирующих неметаллических материалов, вследствие образования и выпадения кристаллов солей хладоносителя и др.

В результате многолетних наблюдений и экспериментов установлена отрицательная особенность хладоносителей, связанная с возможностью образования токсичных продуктов взаимодействия компонентов хладоносителя с материалом стенок трубопроводов и технологических аппаратов холодильных систем. Все эти «болячки» проявляются после 3-4 лет работы и заметно усугубляются при длительной эксплуатации.

В таблице 1 приведены сравнительные оценки опасностей хладоносителей по 5 бальной шкале, которые сгруппированы по оптимальным температурным интервалам эксплуатации.

Сравнительные оценки опасностей хладоносителей

Таблица 1

Темпера-турный интервал эксплу-атации, °С	Основа хладоносителя		Название хладоносителя	Органолептика	Пожаро-взрывобезопасность	Теплофизические свойства	Эконономичность
до +2	Вода		Ингибитор СП-В	5	5	5	5
+2 ÷ –20	Спирты	Этиленгликоль	Тосол; Термосол; Hot Blood; Dowtherm SR-1	2	5	4	4
		Пропиленгликоль	ХНТ-40; Pekasol L; Dowcal N; Ambitrol NTF	5	5	3	3
		Этиловый спирт	Экофрост	2	1	4	3
		Глицерин		4	5	3	3
–20 ÷ –40	Спирты	Пропиленгликоль	ХНТ-НВ	5	5	4	3
			ХНТ-СНВ	5	5	4	4
	Неоргани-ческие соли	CaCl2, NaCl, MgCl2, Бишофит	Хлориды, рассолы	2	5	4	5
		Карбонат калия	Асол-К	4	5	4	5
		Нитраты, сульфаты		3	5	4	5
	Органи-ческие соли	Ацетат калия	Арктика; Pekasol 2000; Нордвей	3	5	4	3
		Ацетат калия + формиат калия	Freezium	3	5	4	3

При наличии болезнетворных микроорганизмов в жидкой среде, в том числе хладоносителя, важными факторами, влияющими на их жизнедеятельность являются температура, состав и кислотность среды. Примеры характерных видов микроорганизмов и некоторые условия их развития приведены в таблице 2.

Таблица 2. Условия развития некоторых микроорганизмов.

Микроорганизмы	Условия развития	Минимальная температура роста, °С	Образование спор	рН среды
Yersinia enterocolitica	Анаэробная	-1	нет	5-10
Candida famata	Аэробная	0	нет	4,5-5,5
Clostridium botulinum Type E	Анаэробная	3,3	есть	~5
Penicillium spinulosum	Аэробная	4	есть	3,5-7,5
Paecilomyces lilacinus	Аэробная	5	есть	4-7
Bacillus cereus	Аэробная	5	есть	4,3-9,3
Staphylococcus aureus	Аэробная	7	нет	5-9
Fusarium solani	Аэробная	7	есть	4,5-8
Legionella pneumophila	Аэробная	20	нет	4,5-7,5

Микроорганизмы способны существовать как в кислородсодержащей среде (аэробные), так и в среде, не содержащей свободный кислород (анаэробные). При этом аэробные бактерии могут без проблем развиваться и размножаться и в жидких средах, используя для дыхания растворённые кислород. Многие микроорганизмы способны разлагать сложные органические соединения. Поэтому они могут играть разрушительную роль в процессе возникновения биоповреждений конструкционных и прокладочных материалов холодильного оборудования.

Микроорганизмы могут попасть в хладоноситель в процессе его изготовления, при пусконаладочных работах и обслуживании холодильного оборудования (заправка и дозаправка хладоносителем), при транспортировке и обслуживании хладоносителя, при ремонте и модернизации вторичного контура и его очистки от накипно-коррозионных отложений. Кроме того, при любых других работах, связанных с разгерметизацией вторичного контура и контактом хладоносителя с атмосферным воздухом, а также в процессе эксплуатации, в частности, из-за попадания охлаждаемой продукции в хладоноситель. Реальность присутствия микроорганизмов в хладоносителях подтверждена авторами экспериментально [1].

С учетом того, что в практике холодильной обработки пищевых продуктов невозможно обойтись без хладоносителей наиболее разумным остается путь улучшения их характеристик или разработка новых, менее опасных и более эффективных видов.

Именно это направление является стержневым для ООО «Спектропласт», которое с 1996 года занимается разработкой и производством хладоносителей на основе пропиленгликоля. Патентной новизной обладают и различные фирменные присадки для снижения коррозионной активности, накипеобразования и роста микроорганизмов, которые одновременно повышают эксплуатационную эффективность хладоносителей.

Хладоносители на основе пропиленгликоля наиболее безопасны, технологичны и эффективны, в особенности, для холодильных систем на пищевых производствах. Например, 50% водный раствор пропиленгликоля не обладает выраженной пожаровзрывоопасностью, однако из-за высокой вязкости при низких отрицательных температурах оптимальный диапазон его эксплуатации в холодильных системах составляет от плюс 2 до минус 20 град. С. Следует отметить, что в России промышленные пропиленгликолевые хладоносители серийно выпускаются и активно эксплуатируются на пищевых предприятиях с 1997 года, а под маркой ХНТ с 2002 г. [3].

В 2007 г. компанией ООО «Спектропласт» запущено производство хладоносителя на основе пропиленгликоля с пониженной вязкостью серии ХНТ-НВ. Его вязкость при температуре -40° С приблизительно в три раза ниже чем других, известных и применяемых в настоящее время в промышленности аналогов (таблица 2). Положительной особенностью нового хладоносителя ХНТ-НВ является то, что он позволяет заменить запрещенный для применения в пищевой промышленности и опасный для человека этиленгликолевый хладоноситель без замены холодильной установки. В отличие от хладоносителей на органических солях, его можно применять в контурах открытого типа.

В таблице 3 приведены сравнительные теплофизические характеристики хладоносителей с температурой замерзания -40С на основе пропиленгликоля с пониженной вязкостью ХНТ-НВ-40, водного пропиленгликолевого (ПГ) (54% масс) и этиленгликолевого (ЭГ)(53 % масс) растворов.

Таблица 3

Название хладоносителя	Кинемати-ческая вязкость, мм2/с			Динамическая вязкость, мПа•с			Теплопроводность, Вт/(м•К)			Удельная теплоёмкость, Дж/кг•К			Плотность кг/м3
	-40˚С	-20˚С	0˚С	-40˚С	-20˚С	0˚С	-40˚С	-20˚С	0˚С	-40˚С	-20˚С	0˚С	-40˚С	-20˚С	0˚С
ПГ, 54%	888	103	21.6	950	110	22.7	0.319	0.327	0.335	3340	3390	3440	1070	1063	1053
ХНТ-НВ-40	167	39	8.8	190	43	9.9	0.416	0.428	0.439	3125	3180	3229	1133	1126	1119
ЭГ, 53%	92	23	8,2	100	25	8,9	0,346	0,358	0,369	2900	3010	3125	1092	1087	1079

Важное значение для безопасности эксплуатации хладоносителя имеет возможность восстановления, поддержания и, при необходимости, корректировки свойств хладоносителя, что особенно актуально для крупных систем охлаждения. Предупредить аварийные ситуации позволяет регулярное проведение в процессе эксплуатации мониторинга состояния хладоносителя. Мониторинг оказывает непосредственное влияние на срок службы вторичного контура и на поддержание его теплообменных характеристик. Мониторинг - это контроль основных свойств хладоносителя, влияющих на надежность и стабильность работы вторичного контура в процессе эксплуатации [2]. Алгоритм мониторинга (контролируемые параметры и методы контроля) приведен на рис.1. В этой связи для служб эксплуатации двухконтурных систем на предприятиях весьма важен выбор разработчика хладоносителя, способного в силу своего научного потенциала и практического опыта оперативно и профессионально осуществлять мониторинг на действующем производстве. Дело в том, что полный состав хладоносителя является ноу-хау разработчика и только он при мониторинге, в части коррекции состава, сможет помочь, не навредив работоспособности хладоносителя. Например, на одном из крупных пивобезалкогольных заводов в г. Москва благодаря мониторингу было обнаружено попадание охлаждаемого продукта в хладоноситель. Емкость системы более 220 м³ хладоносителя. Специалисты ООО «Спектропласт» разработали и выпустили корректирующие составы, введение которых в хладоноситель восстановили и улучшили его свойства. Добавка двух тонн корректирующего состава (около 1% масс) позволила избежать принятой в таких случаях в Европе полной замены более двухсот тонн хладоносителя.

Рис. 1 Алгоритм мониторинга состояния хладоносителя.

Таким образом, повышение эксплуатационной надежности и безопасности систем охлаждения с промежуточным хладоносителем и снижение эксплуатационных расходов достигается комплексным подходом, включающим:

- выбор оптимальных типов хладоносителей, представляющих минимальную угрозу для живых организмов, в т.ч. при аварийной разгерметизации системы с вероятным попаданием хладоносителя на обслуживающий персонал, в охлаждаемую продукцию и в окружающую среду, а также наименее подверженных размножению в них болезнетворной микрофлоры;

- выбор конструкционных металлических и уплотнительных материалов холодильного оборудования, учитывающий не только прочностные и теплофизические характеристики, но и устойчивость материалов в процессе эксплуатации к продолжительным воздействиям хладагентов, отложению накипи и коррозионных слоев, а также к усталостным явлениям;

- проведение регулярного мониторинга и биомониторинга состояния вторичного контура холодильного оборудования в процессе длительной эксплуатации хладоносителя.

Источники информации

1. Галкин М.Л. Контроль состояния хладоносителей в производственных условиях//Холодильная техника, 2010, № 5.

2.ТУ 2422-015-11490846-08. Хладоносители и низкозамерзающие теплоносители на основе водного раствора пропиленгликоля.

3. Рукавишников А.М., Шавель А.П. Хладоносители – «ограниченное разнообразие»//Молочная промышленность, 2009, № 8.