CC BY
30
УДК 664:621.316.36 (045)
Экологические проблемы применения электрического поля
на предприятиях пищевой промышленности
Н. С. Николаев, д-р техн. наук, профессор, О. И. Кальницкая, д-р вет. наук, профессор, С. А. Рыжов, д-р техн. наук, профессор, М. Я. Бурлев, д-р техн. наук Московский государственный университет пищевых производств
Интенсификация технологических процессов на основе последних достижений науки и техники остается актуальной проблемой пищевой промышленности, в том числе и в области конвективной сушки. Технический прогресс, с одной стороны, предлагает перспективные способы и методики решения этой проблемы, а с другой, - усложняет ее, так как эти решения часто сопровождаются негативными явлениями.
Исследования различных энергетических воздействий на сырье животного и растительного происхождения показали, что электрические технологии являются наиболее перспективными для интенсификации процесса конвективной сушки. Особое внимание заслуживает электронно-ионная технология, а именно процесс воздействия электрического поля непосредственно или через рабочую среду (например, воздух) на обрабатываемое сырье.
В конце ХХ столетия как в России, так и в развитых индустриальных странах наряду со ставшими уже традиционными технологическими сферами применения электричества (промышленное оборудование, электроприборы, ИК-нагрев, СВЧ-нагрев и др.) в промышленности сформировалось новое научное направление -электронно-ионная технология.
Оно основано на использовании электрического поля, электрического потенциала и сил взаимодействия электрических зарядов для организации упорядоченного движения микрочастиц на молекулярном уровне в твердых и жидких веществах с целью совершенствования физико-химических процессов [1].
Электронно-ионная технология -это интегральная составляющая нескольких направлений физики и техники, используемая в электрической
сепарации, конвективной и контактной сушке, электростатике холодильной техники, электродинамике, технике высоких напряжений, механике, газодинамике. Известно, что потенциал развития каждой из этих областей достаточно высок, однако совместное использование данных направлений еще недостаточно исследовано.
Научные публикации, посвященные влиянию электрических технологий и различных энергетических воздействий, показали, что исследования в данной области, особенно в пищевой промышленности, должны проводиться с учетом не только положительных, но и отрицательных характеристик процесса [2, 3].
Наиболее актуальными являются вопросы экологической безопасности оборудования и обслуживающего персонала, а также контроля за состоянием окружающей среды, где применяется технология с использованием электрического поля.
Например, пока неизвестно, какие излучения электрического поля, в частности коронного разряда, могут отрицательно влиять на организм человека, находящегося в зоне действия этого процесса.
До сих пор мало исследованы влияния мощных электрических полей в процессе индуцирования электрических импульсов, а именно побочные негативные последствия излучений электромагнитного и рентгеновского. Они могут быть связаны с ионизацией компонентов воздуха, которая характеризуется эндотермическим процессом с образованием ионов из нейтральных атомов или молекул.
А.Л. Чижевский более 80 лет назад в своих научных публикациях и книгах [4, 5] предостерегал от безграмотного использования различ-
ных так называемых ионизаторов, которые, по его мнению, «не могут бесконтрольно продуктивно индуцировать необходимый газ озон для лечения человеческого организма, и, таким образом, можно нанести значительный вред и человеку, и окружающему нас атмосферному воздуху».
На основании изучения различных вариантов использования электрического поля, например высокой напряженности, можно сделать выводы о последствиях его применения:
значительно изменяются качественные характеристики компонентов воздуха - идет образование не только озона, но и с парами воды окислов азота, вредных для человеческого организма и вырабатываемой продукции;
не изучено статическое электричество, образующееся в процессе индуцирования электрических импульсов. Не следует забывать об экологии атмосферного воздушного пространства, поскольку излучения микровеществ могут негативно влиять на различные окружающие нас процессы и явления.
В 1 м3 атмосферного воздуха содержится значительное количество различных микрокомпонентов, каждый из которых под действием коронного разряда может значительно изменить свою структуру на молекулярном уровне, и это необходимо не только учитывать, но и по возможности исследовать процесс изменения [6].
В зоне действия мощного электрического поля необходимо контролировать состояние человеческого организма, поскольку известно, что в этих условиях возникает кислородное голодание, так как одна из форм гемоглобина может быть изменена («окислена») за счет воздействия оксида азота, который дополнительно негативно воздействует на нервную систему, дыхательные пути и слизистую оболочку глаз [7].
Подобному кислородному голоданию могут подвергаться микроорганизмы фауны и флоры, а также организмы домашних животных.
Однако есть и преимущества использования электрического поля высокой напряженности в промышленных условиях, в медицине, сельском хозяйстве, в фармацевтической индустрии [8, 9].
Например, процесс возникновения озона как одну из составляющих воздействия мощного электрического потенциала на атмосферный воздух можно использовать в связи с тем, что озон:
примерно в 300 раз быстрее других дезинфицирующих веществ уни-
TECHNICAL SUPPLY OF INDUSTRY
чтожает все известные в природе микроскопические организмы;
является хорошим дезинфектантом и может применяться в любом технологическом производстве;
проявляет свою эффективность в коротком интервале времени;
является хорошим «дезодорантом»;
озонирование не влияет на рН воды и не синтезирует из ее молекул негативные для окружающей среды компоненты;
не образует токсичных побочных продуктов и трансформируется на молекулярном уровне в О2;
вырабатывается на месте, не требуя создания условий для его хранения и перевозки [10].
Воздействие воздушного озонирования снижает количество вирусов и микробов, поэтому сроки хранения различных веществ, в том числе пищевых продуктов, и последующей их реализации значительно увеличиваются.
В лаборатории МГУПП более 25 лет проводили исследования по использованию и промышленному применению электронно-ионной технологии для интенсификации технологических процессов при обработке различных веществ. При этом изучали и негативное воздействие электрического (коронного) разряда на окружающий воздух [11].
Например, исследовали образец с кровью животных на производстве бактерицидных медикаментов и препаратов при московском НИИ эпидемиологии и микробиологии. При бар-ботаже крови животного воздухом, обработанным коронным разрядом, в течение 10 - 15 мин происходило уничтожение эритроцитов и кровь практически обесцвечивалась.
Вывод: реакция взаимодействия крови с воздухом, обработанным коронным разрядом, происходит очень быстро и является одним из значительных факторов негативного воздействия электрического (коронного) разряда на организм человека и животного.
Профессором Ю. Н. Берманом (НИИ резины, Москва) было проведено исследование воздействия электрического поля на процесс сушки латекса. Он обнаружил, что обработанный электрическим (коронным) разрядом воздух в течение 7 - 8 мин уничтожает поверхностный слой образцов из латекса, при этом по всему объему латекса образуются глубокие микротрещины, т. е. окись азота явилась причиной деструкции полимера из латекса [12].
Публикация немецкого научно-технического источника [13] информирует, что согласно государ-
ственным законам Федеративной Республики Германии запрещено использование озона для обработки продуктов, в частности мясных изделий и полуфабрикатов. Суть в том, что за счет воздействия озонированного воздуха значительно изменяются свойства мясопродуктов и фаршей - их поверхность приобретает ярко-красный оттенок, и у покупателей появляется ложное восприятие, что эти мясные продукты абсолютно свежие.
Поэтому использование электрического поля в виде коронного разряда недопустимо с экологической точки зрения, а также с позиции техники безопасности. Кроме того, как было сказано выше, контакт воздуха, обработанного коронным разрядом, с пищевым продуктом нежелателен в связи с окислением жиров за счет воздействия окислов азота, озона, азотной и других синтезируемых кислот.
Наличие коронного разряда может также негативно влиять на работу электрооборудования, искажать промышленные радиочастотные волны [14].
В настоящее время в любых отраслях промышленности применяется большое количество высокоточных электронных приборов, подвергающихся действию электромагнитных излучений, источниками которых служат радиотехнические и электронные устройства, индукторы, трансформаторы, лампы накаливания и люминесцентные, антенны, генераторы высоких частот и другие приборы-преобразователи [15].
Экраны в виде защиты несут основную нагрузку при возникновении излучений электрического поля, которые по своей конструктивной особенности могут быть применены в комплексе (в виде каскада) или по индивидуальному проекту. При каскадном варианте экранов применяют корпус, изготовленный в виде сетчатого каркаса из металла. При этом необходимо провести полное заземление согласно требованиям техники безопасности [16]. Второй вид общего экранирования - изоляция высокочастотной установки в отдельное помещение с дистанционным управлением.
Если условия эксплуатации высоковольтного оборудования в разных отраслях не подпадают под требования нормативов, то применяют следующие варианты, при которых возможно действие этого оборудования:
в виде защиты применить систему экранов в местах диспозиции высоковольтного оборудования;
дистанцировать высоковольтное оборудование от других технологических установок;
провести организационные мероприятия по распределению оборудования в технологических цехах;
персоналу применять индивидуальные защитные меры;
для снижения влияния излучения от высоковольтного оборудования использовать каскадные энергетические гасители мощности;
использовать автоматику с целью удаленного контроля технологического оборудования;
по защите приборов от электромагнитных излучений применим известный способ использования «клетки Фарадея» [17].
Таким образом, эффективность применения электрического поля в технологических процессах переработки сырья животного и растительного происхождения подразумевает комплексную оценку его влияния на экологическое состояние продукта, производство и человека. Только глубокое и всестороннее изучение положительных и негативных сторон влияния электрического поля позволит разработать безопасные, экологически чистые и технически современные процессы и оборудование.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бут, А. И. Электронно-ионные процессы водных структур живых организмов и продуктов их переработ-ки/А.И. Бут. - М., 1992. - 150 с.
2. Илюхин, В. В. Сушка с использованием электронно-ионной техноло-гии/В.В. Илюхин, М.Я. Бурлев // Молочная промышленность. - 1992. - № 3. -С. 41 - 44.
3. Nikoiaev, N.S. Tribo-electricity and efficiency of spray dryers/N.S. Nikolaev M. Ya. Burlev. // Science, Technology and Higher Education. Material of the II international research and practice conference. Publishing office Accent Graphics. - Canada, Westwood. - 2013. -Vol. II. - P. 192 - 194.
4. Чижевский, А.Л. Руководство по применению ионизированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и медицине/А.Л. Чижевский. -М.: Госпланиздат, 1959. - 57 с.
5. Чижевский, А.Л. Аэроионы и жизнь/А.Л. Чижевский. - М.: Мысль, 1989. - С 322 - 344.
6. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. - СПб., 1995. - 137 с.
7. Глущенко, Н.А. Основы теории и практика электроаэрации растворов в пищевой биотехнологии: авт. дис. ... д-ра техн. наук/Н. А. Глущенко. - М., 1988. - 44 с.
8. Новицкая, Н. С. Применение озоновых технологий при переработке
молока/Н. С. Новицкая // Переработка молока. - 2009. - № 10. - С. 54 - 55.
9. Burlev, M.Ya. Aspectsof the use of electron - ion technology in medicine, pharmacy and veterinary medicine / M.Ya. Burlev // Biomedical and Biosocial Anthropology Journal of the International Academy of Integrative Anthropology Founded Vinnitsa National Pyrogov Memorial Medical University. - 2012. -№ 19. - P. 45 - 48.
10. Бурлев, М.Я. Экологические аспекты использования коронного разряда в процессах переработки сельскохозяйственного сырья/М.Я. Бурлев [и др.] // Повышение энергетической эффек-
тивности в перерабатывающих отраслях АПК. - М.: МГУПБ, 2004. -С. 50 - 55.
11. Бурлев, М.Я. Аспекты электронно-ионной технологии в промышленности: монография/ М. Я. Бурлев, В. В Илюхин, Н. С. Николаев // VerlagLAPLAMB ERTAcademicPublishing, AVAkademiker-VerlagGmbH&Co.KG. - 2013. - 63 с.
12. Берман, Г.К., А. C. № 1349227 (РФ)/ Способ изготовления латексных изделий // Г.К. Берман [и др.] // Изобретения и полезные модели. - М., 2001. - № 35.
13. Lang, O. Vermeidung von Gewichtsverlusten beim Kuhlen und Gefrieren
von Fleisch/O. Lang // Die Fleischwirtschaft. - 1978. - № 3. - Р. 402 - 405.
14. Илюхин, В.В. Индустриальные радиопомехи от электрооборудования АПК/В.В. Илюхин [и др.] // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК. -М., 2005. - С. 137 - 141.
15. Новиков, Ю. Н. Электротехника и электроника / Ю. Н. Новиков. - М.: Наука, 2005. - 380 с.
16. Леб, Л. Статическая электризация/Л. Леб. - М.-Л.: Энергоиздат, 1963. -408 с.
17. Тагер, А.А. Физико-химия полиме-ров/А.А. Тагер. - М.: Химия, 1968. - 536 с.
Экологические проблемы применения электрического поля на предприятиях пищевой промышленности
Ключевые слова
интенсификация технологических процессов; конвективная и контактная сушка; производство и человек; экологические проблемы; экологическое состояние продукта; электрическое поле; электродинамики; электростатика; электронно-ионная технология
Реферат
В статье рассмотрен в общем виде наиболее перспективный способ интенсификации тепло- и массообменных процессов, в частности конвективной сушки, с помощью применения электрического поля. Интенсификация технологических процессов на основе последних достижений науки и техники остается актуальной проблемой пищевой промышленности, в том числе и в области конвективной сушки. Технический прогресс, с одной стороны, предлагает перспективные способы и методики решения этой проблемы, а с другой, - усложняет ее, так как эти решения часто сопровождаются негативными явлениями. Наиболее актуальным является вопрос об экологической безопасности оборудования и обслуживающего персонала, а также контроль за состоянием окружающей среды, где применяется технология с использованием электрического поля. Особое внимание заслуживает электронно-ионная технология, а именно процесс воздействия электрического поля непосредственно на обрабатываемое сырье. В конце ХХ столетия, наряду со ставшими уже традиционными технологическими сферами применения электричества (промышленное оборудование, электроприборы, ИК-нагрев, СВЧ-нагрев и др.) как в России, так и в развитых индустриальных странах, сформировалось новое научное направление - электронно-ионная технология. Она основана на использовании сил электрического поля, электрического потенциала и сил взаимодействия электрических зарядов для организации упорядоченного движения микрочастиц на молекулярном уровне твердых и жидких веществ с целью совершенствования физико-химических процессов. Показано, что эффективность применения электрического поля в технологических процессах переработки сырья животного и растительного происхождения подразумевает комплексную оценку его влияния на экологическое состояние продукта, производство и человека. Только глубокое и всестороннее изучение положительных и негативных сторон влияния электрического поля позволит разработать безопасные, экологически чистые и технически современные процессы и оборудование.
Авторы
Николаев Николай Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, Кальницкая Оксана Ивановна, д-р вет. наук, профессор, Рыжов Сергей Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, Бурлев Михаил Яковлевич, д-р техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11, тдирр2@дта11.сот
Environmental problems of the application of an electric field in the food industry
Key words
the electrical field; the electron-ion technology; convective and contact drying; electrostatics; electrodynamics; intensification of technological processes; environmental problems; environmental condition of product; production and human
Abstracts
The article in General describes the most promising way of intensification of heat-mass exchange processes. This is convective drying, by applying an electric field. Intensification of technological processes on the basis of the latest achievements of science and technology remains a pressing issue in the food industry, including in the area of convection drying. Technical progress, on the one hand, offers prospective ways and techniques to solve this problem, and on the other, makes it more difficult for her, because these decisions are often accompanied by negative phenomena. The most pressing is the issue of environmental security equipment and personnel, as well as the control environment, where is the electric field using technology. Special attention deserves the electron-ion technology, namely the influence of electrical fields directly on the raw materials being processed. At the end of the 20th century, along with becoming already traditional technological applications of electricity (industrial equipment, electrical appliances, heat, infrared and microwave heating, etc.) in the industry has formed the new research direction that both in Russia and in the developed industrial countries, is characterized by the electron-ion technology. It is based on the usingthe forces of electrical field, electric potential and energy of interaction of electrical charges to the orderly movement of particles at molecular level of solid and liquid substances with a view to improving the physical and chemical processes. Shows that the application of the electrical field in the technological processes of processing of raw materials of animal and vegetable origin involves a comprehensive assessment of its impact on the ecological status of the product, production and human. Only a deep and thorough study of the positive and negative side effects of the electric field will provide a safe, environmentally friendly and technologically for advanced processes and equipment.
Authors
Nikolaev Nikolai Sergeyevich, Doctor of technical Sciences, Professor,
Kalnitskaya Oksana Ivanovna, Doctor vet. Sciences, Professor, Ryzhov
Sergey Anatolievich, Doctor of technical Sciences, Professor, Burlev
Mihail Yakovlevich, Doctor of technical Sciences
Moscow State University of Food Production,
125080, Moscow, Volokolamskoeshosse, 11., mgupp2@gmail.com
