22 Аппараты контактного замораживания пищевых продуктов

В аппаратах такого типа теплообмен между продуктом и охлаждающей средой происходит при непосредственном их контакте. В зависимости от вида теплоотводящей среды бывают аппараты криогенные, углекислотные, фреоновые, а также аппараты для замораживания пищевых продуктов хладоносителями.

Криогенные аппараты. В качестве теплоотводящей среды чаще всего применяют жидкий азот. При этом продукт погружается в замораживающую среду или орошается ею. По этому признаку криогенные аппараты подразделяют на иммерсионные (с погружением продуктов в ванну с жидким азотом), а также на аппараты с распылением жидкого азота в грузовом отсеке.

Иммерсионные аппараты обладают следующими достоинствами: высокой интенсивностью замораживания, компактностью и простотой.

Недостатками являются большой расход жидкого азота (2 кг на 1 кг продукта), трудность регулирования температуры продукта разных размеров и формы. При погружение в ванну с жидким азотом у тёплого продукта, вследствие высокой скорости замораживания и большой неравномерности температур по объему, возникают значительные внутренние напряжения, которые нарушают структуру продукта, вызывая его растрескивание. Эти недостатки существенно снижены в аппарате с зоной предварительного охлаждения, конструкция которого представлена.

Основными элементами такого аппарата являются ванна 7, в которой находится жидкий азот и конвейер 1 для перемещения замораживаемого продукта в аппарате. Аппарат состоит из двух зон: зоны предварительного охлаждения длиной 5 м и иммерсионной зоны длиной 2,5 м. В зоне предварительного охлаждения продукт обдувается газообразным азотом, в результате чего охлаждается и подмораживается. Затем продукт медленно перемещается в иммерсионную зону, где погружается в ванну глубиной 0,55 м с жидким азотом, уровень которого (0,3÷0,4 м) поддерживается поплавковым регулятором. Ванна соединена с баком жидкого азота. При погружении в ванну с жидким азотом теплого (подмороженного) продукта азот кипит, а продукт замерзает. Образовавшийся в результате кипения газообразный азот вытяжным вентилятором 2 удаляется из аппарата через зону предварительного охлаждения. При этом у загрузочного окна аппарата азот создает газовую завесу, уменьшающую теплоприток в грузовой отсек. Также в целях снижения теплопритоков аппарат имеет изолированный контур 3. Элементы деталей конвейера обозначены позициями 4, 5, 6. Продолжительность замораживания составляет 10÷15 минут. В таких аппаратах можно замораживать и упакованные продукты, при этом уменьшается вредное влияние на продукт низких температур. В аппаратах жидкий азот распыляется непосредственно над продуктом (аппараты с орошением продукта) или впрыскивается в поток газообразного азота (аппараты с замораживанием продукта в газообразном азоте).

Аппараты с орошением имеют от двух до трех зон. В первой зоне происходит охлаждение и подмораживание продукта, во второй – замораживание, в третьей – выравнивание температуры. Первая и третья зоны являются газовыми частями аппарата. Аппараты могут иметь различное расположение конвейера (горизонтальное; наклонное; винтовое).

Один из таких аппаратов представлен на рисунке 33. Он состоит из цилиндрического двустенного изолированного контура 18. Кольцевое пространство отвакуумировано (остаточное давление 150÷600 Па) с помощью вакуум-насосов и служит тепловой (вакуумной) теплоизоляцией 22. В металлическом корпусе аппарата для исключения температурных деформаций предусмотрены компенсационные соединения 20. Размеры загрузочного и разгрузочного окон, расположенных в торцовых крышках, строго соответствуют ширине конвейера и толщине продукта. Углекислотные аппараты. Продукт поступает в грузовой отсек аппарата на загрузочном конвейере, ленты которого изготовлены из нержавеющей стали и обдуваются смесью, состоящей из твердой и газообразной углекислоты. В грузовом отсеке такого аппарата поддерживается атмосферное давление. Рабочий запас жидкости СО₂ находится в баке при температуре минус 18 ^оС и давлении 3000 кПа. Жидкая углекислота дросселируется при помощи форсунок в грузовой отсек аппарата, в результате чего получается теплоотводящая смесь газообразной и твёрдой углекислоты (твёрдая фаза напоминает обычный снег). Движение с большой скоростью (25÷35 м/с) в грузовом отсеке такой смеси осуществляется с помощью циркуляционных вентиляторов. Соотношение объёмов мелкодисперсного сухого льда и газообразной углекислоты 50:50%. Чтобы получить такое соотношение, поддерживают температуру в грузовом отсеке минус 65 ^оС ÷ минус 73 ^оС. При более низкой температуре твёрдая углекислота не успевает сублимировать, и излишки ее оседают на дно, затрудняя работу аппарата.

До температуры минус 20˚С продукт замораживается за 20÷40 минут.

Преимущества аппарата: простота и надёжность, малая металлоёмкость, высокий уровень механизации и автоматизации, аппарат быстро монтируется.

Недостатки: повышенный расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов, создающих движение смеси с высокой плотностью.

Фреоновые аппараты (рисунок 34). Фреон, находящийся в грузовом отсеке, проходит тщательную отчистку, которая исключает вредное влияние на продукт. При орошении продукта, движущегося по транспортёру, образуется пар. Фреон используют многократно: испаряясь при контакте с продуктом, он вновь превращается в жидкость в конденсаторе-испарителе, отдавая теплоту кипящему в нём холодильному агенту (тоже фреону).

Наружная обшивка изолированного контура 9 аппарата изготовлена из листового пластика, внутренняя – из листов нержавеющей стали. Между обшивками уложен пенополиуретановый теплоизоляционный слой. Замороженный продукт подаётся на транспортёр загрузки, который направляет его в загрузочный туннель 1 и далее на лоток 8. Из орошающего устройства 5 в лоток 8 поступает жидкий фреон, который испаряется, подмораживая продукт. Подмороженный продукт ссыпается на ленту грузового конвейера 4, обильно орошаемую жидким фреоном, в результате чего продукт быстро замораживается. Продукт удаляется из грузового отсека транспортёром разгрузки через разгрузочный туннель 3. Пар фреона, образовавшийся в грузовом отсеке, конденсируется на поверхности конденсатора-испарителя 2, а образующаяся жидкость вновь стекает в орошающее устройство, куда также насосом 7 подаётся жидкость из поддона 6.

Продолжительность замораживания продуктов до температуры минус 20˚С составляет от 5 до 20 минут. Аппарат компактен, прост, замороженные продукты имеют хороший вид, вкус, минимальную усушку. Однако следует следить за герметичностью аппарата и добавлять жидкий фреон, который теряется при замораживании продуктов. Аппараты для замораживания продуктов хладоносителями. Такие аппараты отличаются простотой конструкция, малой энерго- и металлоёмкостью, интенсивностью процесса замораживания. Отсутствие летучей среды исключает необходимость в герметизации грузового отсека, что упрощает загрузку и разгрузку аппарата. Схема аппарата представлена на рисунке 35. В грузовом отсеке аппарата находится ванна 6 с хладоносителем (раствором хлористого натрия), который подаётся через пустотелый вал 2 с закреплёнными вращающимся перфорированными лопастями 3. Продукт попадает в ванну через загрузочную воронку 1, перемещается и удаляется из аппарата вращающимися лопастями. Продукт замораживается, отепляя хладоноситель. Хладоноситель удаляется из ванны через сливной патрубок и подаётся в испаритель. Циркуляция хладоносителя производится насосом. Замороженный продукт поступает на вибрирующее сито 5, где орошается из оросителя 4 водой для удаления плёнки хладоносителя. После вибрирующего сита замороженный продукт попадает на транспортёр разгрузки, который направляет его на расфасовку и упаковку. Контур 7 аппарата теплоизолирован.