14.2. Аппараты контактного замораживания пищевых продуктов

В аппаратах контактного замораживания пищевых продуктов (контактные аппараты) происходит непосредственный интенсивный отвод тепла от замораживаемого продукта к теплоотводящей среде (жидкий азот и воздух – жидкая углекислота, R12, прошедший специальную химическую очистку, а также хладоносители – водные растворы хлоридов). При непосредственном контакте пищевого продукта с теплоотводящей средой она не должна вызывать ухудшение качества замороженного продукта.

Сравнительные показатели дают основание полагать, что стоимость замораживания пищевых продуктов в контактных аппаратах с криогенной жидкостью выше, чем в воздушных и плиточных морозильных аппаратах.

В зависимости от вида теплоотводящей среды, которую применяют для холодильной обработки пищевых продуктов, аппараты контактного замораживания бывают криогенные, углекислотные, фреоновые, а также аппараты для замораживания продуктов хладоносителями.

В криогенных аппаратах в качестве теплоотводящей среды обычно применяют жидкий азот, а иногда и жидкий воздух. При замораживании в этих аппаратах продукт погружается в жидкий азот или орошается им. По этому признаку криогенные аппараты можно классифицировать на иммерсионные аппараты (погружение продуктов в ванну с жидким азотом), а также на аппараты с распылением жидкого агента в грузовом отсеке.

Иммерсионные аппараты.Эти аппараты состоят из изолированной ванны, в которой находится жидкий азот, и конвейера для перемещения замораживаемого продукта в аппарате. Достоинства иммерсионных аппаратов – высокая интенсивность замораживания, компактность и простота устройства.

При погружении теплого продукта в ванну с жидким азотом вследствие высокой скорости замораживания и большой неравномерности температур по объему возникают значительные внутренние напряжения, которые нарушают структуру продукта, вызывая его растрескивание и расслоение.

В таких аппаратах удельный расход жидкого азота достигает 2 кг и более на 1 кг замороженного продукта. Возрастание удельного расхода азота приводит к увеличению стоимости замораживания продукта.

Уменьшение расхода жидкого азота с одновременным сокращением деформации замороженного продукта достигается в иммерсионном аппарате с зоной предварительного охлаждения продукта (рис. 14.8), состоящем из грузового конвейера, ванны с жидким азотом, вытяжного вентилятора, привода грузового, конвейера и изолированного контура.

Рис. 14.8.  Иммерсионный аппарат с зоной предварительного охлаждения продукта:

1 – грузовой конвейер; 2 – вытяжной вентилятор; 3 – изолированный контур; 4 – барабан; 5 – цепная передача; 6 – направляющие ролики; 7 – ванна с жидким азотом

Продукт, который необходимо заморозить, грузовым конвейером направляется в грузовой отсек, состоящий из зоны предварительного охлаждения продукта (длина 5000 мм) и иммерсионной зоны (длина 2500 мм).

В зоне предварительного охлаждения продукт обдувается газообразным азотом, охлаждается и подмораживается. Затем он медленно погружается в ванну с жидким азотом, глубина которой 550 мм, а поддерживаемый поплавковым регулятором уровень жидкого азота в ней 300...400 мм. Из ванны замороженный продукт направляется к разгрузочному окну, через которое он удаляется из аппарата.

Движение газообразного азота в зоне предварительного охлаждения продукта производится вытяжным вентилятором, установленным на входном конце аппарата. Выходящий из вентилятора газообразный азот создает газовую завесу у загрузочного окна аппарата, что уменьшает теплоприток в грузовой отсек аппарата. Применение зоны предварительного охлаждения позволяет несколько улучшить энергетические характеристики аппарата.

Достоинства аппарата: при замораживании упакованного продукта уменьшается вредное влияние на него низких температур; азот, сорбированный упаковочным материалом, позволит некоторое время транспортировать замороженный продукт в изотермическом транспорте без охлаждения. Недостатком является повышенный расход жидкого азота и сложность транспортной системы, предназначенной для перемещения продукта в грузовом отсеке.

В промышленной практике криогенного замораживания пищевых продуктов наибольшее распространение получили аппараты, в которых происходит распыление жидкого азота в грузовом отсеке. Жидкий азот может непосредственно распыляться над продуктом, орошая его (аппараты с орошением продукта) или впрыскиваться в поток газообразного азота, понижая его температуру (аппараты с замораживанием продукта в газообразном азоте).

Аппараты с орошением продуктов жидким азотом могут иметь от двух до трех зон. В первой зоне происходит предварительное охлаждение и подмораживание продукта газообразным азотом, во второй – замораживание продукта при орошении его жидким азотом, и в третьей (если она предусматривается) – выравнивание температуры в замороженном продукте. Первая и третья зоны составляют газовую часть аппарата.

В аппаратах с распылением жидкого азота в грузовом отсеке устранены многие недостатки, свойственные аппаратам с погружением продукта в ванну с жидким азотом.

Целесообразность использования аппаратов с распылением жидкого азота в грузовом отсеке обусловливается пониженным расходом жидкого азота 1...1,2 кг на 1 кг продукта, низкими капитальными затратами, отсутствием металлоемких ванн с жидким азотом, небольшими габаритными размерами и несложностью конструкции, возможностью организации непрерывности процесса, простотой автоматизации процесса, возможностью регулирования режимов работы аппарата.

Конструкция передвижного аппарата такого типа с интенсивным движением газообразного азота приведена на рис. 14.9.

Он состоит из изолированного контура, металлической рамы, грузового конвейера, коллекторов с форсунками, циркуляционных вентиляторов для движения газообразного азота, бака с жидким азотом, шиберов для регулирования

скорости движения газообразного азота, поддона для сбора жидкого азота, насоса, электродвигателей привода грузового конвейера.

Изолированный контур морозильного аппарата выполняют из нержавеющей стали и пенополиуретана толщиной 100 мм. В торцовых стенах аппарата расположены окна для входа продукта в аппарат и выхода из него. Ширина окон соответствует ширине грузового конвейера, а высота – толщине замораживаемого продукта.

Конвейер аппарата приводится в движение электродвигателем, снабженным вариатором скоростей. Скорость движения ленты конвейера может меняться от 2 до 12 м/мин.

Аппарат оснащен циркуляционными вентиляторами для продольного и поперечного движения газообразного азота. Вытяжной вентилятор для отвода газообразного азота расположен с наружной стороны аппарата у загрузочного окна. С помощью вытяжного вентилятора у загрузочного окна создается газовая завеса.

Жидкий азот из бака, давление в котором составляет 200...240 кПа, направляется к регулирующему вентилю и далее – к коллекторам с форсунками. Часть жидкого азота, которая не успела испариться при замораживании продукта, собирается в поддоне, из которого насосом перекачивается в коллектор с форсунками для повторного орошения продукта.

Продукт, подлежащий замораживанию, с помощью загрузочного конвейера попадает на ленту грузового конвейера. В зоне предварительного охлаждения скорость газообразного азота равна 20-80 м/с. Продукт в этой зоне охлаждается и частично подмораживается. В зоне орошения продукта жидким азотом происходит его окончательное замораживание, после чего он подаётся на расфасовку и упаковку. Описанный выше принцип работы положен в основу серийно выпускаемого в России параметрического ряда аппаратов типа АСТА.

Показатели	АСТА-30	АСТА-250	АСТА-800
Производительность, кг/ч (пельмени)	150	500	800
Начальная температура, С	30	30	30
Конечная среднеобъемная температура, С	минус 18	минус 18	минус 18
Расход жидкого азота, кг/кг прод.	1,2	1,2	1,2
Конвейер из нержавеющей стали	сетчатый	сетчатый	ровный ленточный
Скорость движения ленты конвейера, м/мин	0,04...0,2	0,6...1,15	1,0...1,5
Рабочая ширина конвейера, мм	600	650	760
Установочная мощность, кВт	5,0	6,5	6,5
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	5000 1200 2100	8200 1500 2500	8600 1400 2250

Они предназначены для быстрого поштучного замораживания широкого ассортимента пищевых продуктов растительного и животного происхождения. Продолжительность замораживания, например, пельменей составляет 8 минут. Такая продолжительность процесса обеспечивает практически полное сохранение вкусовых качеств, аромата, внешнего вида продукта (пельмени при этом отбеливаются за счет мелкой кристаллизации льда на поверхности продукта), а также позволяет включить процесс замораживания в поточную линию производства продукта.

К преимуществам скороморозильных аппаратов АСТА по сравнению с воздушными скороморозильными аппаратами, использующими машинную систему хладоснабжения на базе экологически безопасных хладагентов (аммиака, хладонов), следует отнести:

а) универсальность, позволяющую без значительных изменений в конструкции аппарата замораживать широкий ассортимент пищевых продуктов различных геометрических размеров;

б) незначительную стоимость основных фондов, затрат на техническое обслуживание и ремонт;

в) высокую надежность;

г) высокую скорость замораживания, обеспечивающую практически полное сохранение качества продукта и внешнего вида;

д)  минимальные потери массы продукта за счет усушки;

е)  экологическую безопасность (в атмосфере Земли содержится до 78 % газообразного азота).

Основной недостаток проточных криогенных систем – одноразовое использование жидкого азота, высокая стоимость которого требует повышенного внимания к конструкции оборудования, позволяющего практически полностью использовать холодильный потенциал жидкого и образующегося при его испарении газообразного хладагента.

На сегодняшний день ценовая составляющая жидкого азота при замораживании может составлять 5...12 % (в зависимости от стоимости замораживаемого продукта), что весьма существенно. Однако многие специалисты утверждают, что в ближайшие годы эта составляющая может значительно сократиться в связи с открытием в ряде стран больших запасов подземных высокоазотных газов. Оказалось, что себестоимость полученного из них жидкого азота на порядок ниже, чем извлечённого из воздуха.