Холодильное технологическое оборудование

Различают три вида холодильных объектов: аппарат, туннель и камеру. В аппарате, в отличие от камеры и туннеля, все элементы жестко соединены в единую конструкцию.

Аппараты предназначены для холодильной обработки пищевых продуктов небольшой толщины и в наибольшей степени отвечают современным производственным и технологическим требованиям. Холодильные аппараты применяют в основном для замораживания продуктов, поэтому их принято называть морозильными.

Аппараты различаются средой, непосредственно воспринимающей теплоту от продукта (воздух, углекислота, кипящие и некипящие жидкости), устройствами для транспортирования продукта в процессе холодильной обработки (механический конвейер, воздушный поток) и др.

Аппараты, поддерживающие в заданных пределах несколько параметров воздуха (температура, влажность, скорость движения и т.д.) при холодильной обработке и хранении пищевых продуктов, относят к технологическим кондиционерам. Консервирование пищевых продуктов сублимационным методом производится в сублимационных установках.

Воздушные морозильные аппараты. Воздух можно использовать для холодильной обработки всех пищевых продуктов. Недостатком его является относительно низкая способность аккумулировать теплоту и влажность.

Воздушный аппарат представляет собой устройство, имеющее теплоизоляционное ограждение, внутри которого располагаются испарители (воздухоохладители), системы подачи воздуха, транспортирования продукта, автоматического управления и регулирования.

Испаритель выполняют из оребренных труб с переменным расстоянием между пластинами оребрения, уменьшающимся по ходу движения воздуха от 20-30 до 10-15 мм. Переменное расстояние между пластинами оребрения обеспечивает сохранение номинальной площади живого сечения воздухоохладителя по глубине, так как иней, осаждающийся на поверхности испарителя при отборе влаги из воздуха, осаждается в основном на первых по ходу движения воздуха рядах труб.

Система подачи воздуха включает вентиляторы (осевой, центробежный) и воздухораспределители (канал, жалюзи, отражатели).

Продукт располагают в этажерках. Или продукт перемещают в аппарате с помощью конвейера непрерывного и периодического действия. Во флюидизационных скороморозильных аппаратах продукт перемещается непосредственно самим потоком теплоотводящего воздуха.

Тележечные аппараты. Внутри теплоизоляционного ограждения этих аппаратов находятся воздухоохладители, тележки, канал в верхней части аппарата для поперечного движения воздуха. Воздух из канала всасывается вентиляторами, проходит через воздухоохладители, обдувает продукты и вновь поступает в канал.

Флюидизационные аппараты. В таких аппаратах продукт замораживается в восходящем потоке воздуха, находясь во взвешенном состоянии. Для получения флюидизационного слоя продукт должен иметь небольшие размеры: толщину до 40 мм и длину до 125 мм, а его форма должна приближаться к сферической. Продукт в аппарате может располагаться и транспортироваться только в потоке воздуха в лотках с перфорированным дном и на сетчатой ленте конвейера.

Флюидизационные аппараты используют для замораживания овощей (зеленый горошек, кубики моркови), фруктов (ломтики яблок), ягод (клубника, смородина) и других продуктов.

Продукт моют и подают в загрузочный механизм, имеющий вибрирующую решетку для удаления воды. Здесь продукт подсушивается, Что предотвращает его смерзание, и попадает в первую зону аппарата, где подмораживается во флюидизационном слое. Имея достаточную механическую прочность, продукт поступает во вторую зону, в которой домораживается на сетчатой ленте конвейера.

Каждая зона имеет автономную систему подачи воздуха. В зоне подмораживания осевые вентиляторы подают воздух через секции испарителя снизу на продукт.

Контактные морозильные аппараты. В этих аппаратах продукты замораживаются, находясь в непосредственном контакте с охлаждаемой металлической поверхностью или жидкостью (хладоносителем, холодильным агентом).

При этом продукт омывается практически неподвижным воздухом только с одной стороны, что уменьшает его усушку. Площадь соприкосновения охлаждающей поверхности с продуктом должна быть максимальной, а термическое сопротивление зоны их контакта — минимальным. Поэтому продукт должен иметь правильную геометрическую форму и быть подпрессован давлением 15-70 кПа. Для интенсификации теплоотдачи от стенки к холодильному агенту предпочтительно использовать непосредственное охлаждение кипящим холодильным агентом, а не рассольное охлаждение. Продукт может примерзать к по­верхности металла, поэтому приходится нагревать металлическую поверхность до положительной температуры для извлечения продуктов. Для уменьшения сил сцепления продукта с металлом можно использовать антиадгезионное покрытие поверхности металла (полиэтилен, фторопласт) или упаковку продукта.

Плиточные аппараты. В таких аппаратах в теплообмене участвуют две стороны продукта и плиты. Плиты при этом можно располагать горизонтально, вертикально и радиально на вращающемся валу.

Плиточный аппарат с горизонтальными плитами периодического действия предназначен для замораживания продукта, в том числе и упакованного в коробки, высотой 15-75 мм.

Он имеет несущий металлический каркас, теплоизоляционное ограждение с двумя створками. Внутри расположены плиты из алюминиевого сплава, ограниченно перемещающиеся с помощью гидравлического привода. Продукт в блоках и коробках помещают между плитами, которые сближают, несколько уменьшая первоначальную высоту продукта. Величину зазора между плитами можно регулировать.

Дверные створки аппарата закрывают, после чего включается система охлаждения. После окончания процесса замораживания система охлаждения отключается, открываются дверные створки, раздвигаются плиты и продукт удаляется. Такие аппараты применяют в основном в рыбной промышленности.

Для замораживания упакованных блоков мяса применяют аппараты с вертикальными плитами.

Роторные аппараты. Продукт в таких аппаратах замораживается практически непрерывно, что повышает производительность и обеспечивает постоянство тепловой нагрузки на холодильную установку.

Роторный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, внутри которого находятся ротор с морозильными секциями, системы охлаждения, дозирования, загрузки и разгрузки, автоматическое управление. Секция имеет три плиты из алюминиевого сплава с прямоугольными каналами для циркуляции холодильного агента.

Холодильный агент из циркуляционного ресивера подается насосом через торец полого вала ротора, распределяется по плитам, отводится через другой торец и поступает в циркуляционный ресивер. Две окантовки с продуктом размещаются в ячейках между средней (неподвижной) и боковыми (подпрессовывающими) плитами. Окантовка представляет собой рамку из алюминиевого профиля, в которую укладывают упаковочный материал, загружают продукт и формируют и упаковывают в ней четыре блока продукта. Окантовка одновременно является боковой гранью плиты. Плиты в секции соединены пружинами, которые обеспечивают подпрессовку продукта. После замораживания секция устанавливается в положение для разгрузки, раскрывается и окантовка с продуктом удаляется. Окантовка с продуктом, подготовленная для замораживания, поступает в секцию, которая закрывается, Механизм поворота переводит ротор в положение для разгрузки (загрузки) следующей ячейки. Таким образом, каждая секция последовательно — сначала верхняя ячейка, а затем нижняя — разгружается и загружается за один оборот ротора.

Барабанные аппараты. Применяют их для замораживания полуфабрикатов с влажной поверхностью и пастообразных продуктов. Такие продукты замораживают на поверхности вращающегося барабана. Барабанный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, полый барабан, нож для скалывания продукта, электрический привод, загрузочный и разгрузочный контейнеры. Полый барабан выполнен из нержавеющей стали и имеет каналы для циркуляции холодильного агента, расположенными по цилиндрической образующей.

Продукт подается в аппарат загрузочным конвейером. Там он падает на поверхность вращающегося барабана, прижимается к ней лентой конвейера и примораживается. За оборот барабана продукт замораживается, скалывается ножом в верхней точке и поступает на разгрузочный конвейер.

Ленточные аппараты. В таких аппаратах продукт замораживается на конвейерной гладкой ленте из нержавеющей стали во время прохождения теплоизолированной охлаждаемой части аппарата.

В охлаждаемой части аппарата под лентой располагаются емкости, заполненные хладоносителем настолько, что движущаяся лента конвейера "плавает" на поверхности хладоносителя. Заполнение емкостей обеспечивается непрерывной подачей охлажденного в испарителе хладоносителя. Охлажденный хладоноситель подается в емкости форсунками, расположенными ниже его уровня в емкости, благодаря чему достигается постоянство температуры хладоносителя. Избыток хладоносителя отводится в испаритель.

Погружные (иммерсионные) аппараты. В таких аппаратах продукты замораживают в жидкости (хладоносителе). Обычно это продукты большой толщины и неправильной формы (крупнокусковое мясо, тушки птицы), упакованные в термоусадочную полимерную пленку, плотно прилегающую к поверхности продукта и непроницаемую для хладоносителей. В качестве хладоносителей используют вещества, разрешенные к применению органами здравоохранения. Они должны быть нетоксичны и инертны, иметь температуру не менее чем на 10К, так как вблизи температуры замерзания резко увеличивается вязкость вещества. Таким требованиям соответствуют водные растворы хлорида натрия, пропиленгликоля и хлорида кальция, нижним пределом использования которых является температура соответственно -15, -40 и -45°С.

Конструктивно погружные аппараты представляют собой теплоизолированный корпус, внутри которого находится емкость, заполненная хладоносителем. В емкости размещается испаритель холодильной машины с мешалкой. Над испарителем ниже уровня хладоносителя находятся две сетчатые перегородки, образующие канал, по которому движется замораживаемый продукт. В верхней части аппарата, над емкостью, монтируется конвейер, тяговые цепи которого оборудованы поперечно расположенными вертикальными решетчатыми пластинами, которые, перемещаясь между сетчатыми перегородками, транспортируют продукт через емкость с хладоносителем.

Замораживают продукт в определенной последовательности. Упакованный в пленку под вакуумом продукт подается из упаковочного автомата к загрузочному окну и сбрасывается в аппарат. Продукт падает в канал, образованный двумя сетчатыми перегородками, захватывается пластинами конвейера и транспортируется под уровнем хладоносителя, так как верхняя перегородка препятствует его всплытию. Продукт, не доходя до края емкости, выводится из хладоносителя для удаления его с поверхности. Далее продукт поступает на моечный конвейер, где орошается водой.

Особый интерес представляют аппараты, в которых замораживание продуктов осуществляется в веществах, изменяющих фазовое состояние (кипение, сублимация), так как интенсивность теплоотвода от продукта при этом резко возрастает. В этих аппаратах в качестве охлаждающих веществ обычно применяют жидкости: азот, углекислоту и хладоны.

Преимущественно используют азот как более дешевый и доступный. При атмосферном давлении он кипит при температуре -195,8°С и имеет скрытую теплоту парообразования 199,8 кДж/кг. Азот инертен по отношению к продуктам и конструкционным материалам.

Азотные аппараты. Они имеют легкий несущий каркас, теплоизоляционное ограждение, системы транспортирования продукта, подачи и удаления газа, охлаждения, автоматического управления и регулирования. Система охлаждения состоит из емкостей для хранения жидкого азота, распределительных форсунок, емкости для сбора неиспарившегося жидкого азота, насоса, контрольно-измерительных и регулирующих приборов. Продукт в аппарате может замораживаться погружением в жидкий азот, орошением им и в потоке газообразного азота либо при их комбинации. Замораживать продукт с положительной температурой в объеме жидкого азота нецелесообразно из-за большой разности температур, так как в зоне контакта образуется газовая прослойка, в результате чего коэффициент теплоотдачи резко уменьшается.

Кроме того, велика вероятность растрескивания и деформации продукта вследствие внутренних напряжений, возникающих из-за неравномерного по объему льдообразования.

Поэтому экономичнее замораживать продукт в аппарате с двумя зонами: предварительного замораживания газообразным азотом и домораживания в жидком азоте.

Продукт конвейером подается в первую зону, в которой 30-40% теплоты отводится потоком газообразного азота. Пройдя через емкость с жидким азотом, продукт домораживается и выводится из аппарата. Газообразный азот удаляется из аппарата с помощью вентилятора и нагнетается в область загрузочного окна аппарата, создавая завесу на пути теплого воздуха.

Аппараты, в которых продукт орошается жидким азотом, имеют 3-4 зоны, что обеспечивает эффективный теплоотвод и снижение расхода жидкого азота на замораживание.

Сублимационные установки. В этих установках осуществляется метод консервирования пищевых продуктов сублимационной сушкой, которая заключается а замораживании продукта, а затем его обезвоживании в результате сублимации кристаллов льда, образующихся в продукте. Сублимированный продукт можно хранить длительное время (год и более в герметичной упаковке) при обычной температуре без охлаждения. При увлажнении перед потреблением продукт легко поглощает воду и его питательные свойства, внешний вид и объем практически полностью восстанавливаются.

Технологический процесс производства продуктов сублимационной сушки проводится в определенной последовательности. Продукт подготавливают к сушке: сортируют, моют, подсушивают, обрабатывают теплом, холодом, измельчают и укладывают в противни.

Тепловой обработке (варке, жарке, бланшированию) подвергают значительную часть продуктов животного и растительного происхождения. Продукты, имеющие жидкую консистенцию (молочные, фруктово-ягодные), разливают в сплошные противни, а кусковые помещают в сетчатые противни. Противни с продуктом устанавливают на консольно расположенные полки тележек. Перед сушкой продукты замораживают.

Продукт может быть предварительно заморожен в морозильных аппаратах, но его можно замораживать и непосредственно в сублиматоре. При этом скорость замораживания должна быть такой, чтобы образующиеся в продукте кристаллы льда были не крупными, поскольку они нарушают структуру продукта, но и не мелкими, так как в этом случае затрудняется сублимация льда из ткани продукта и увеличивается продолжительность сушки. Оптимальная кристаллическая структура льда образуется при замораживании продукта в воздушном морозильном аппарате при температуре воздуха -30…-35°С.

Если продукт замораживается в сублиматоре, то сублиматор сначала работает как морозильный аппарат с отводом теплоты от продукта конвекцией при атмосферном давлении, а затем как сушилка. Можно замораживать продукт в сублиматоре путем испарения влаги в вакууме. Но в этом случае значительно изменяются физико-химические и структурные свойства продукта. Сублиматор представляет собой камеру цилиндрической или прямоугольной формы, выполненную из нержавеющей стали. В центре камеры размещаются тележки с продуктом. В непосредственной близости от продукта находятся нагревательные элементы. Теплота должна подводиться к продукту в количестве, достаточном для компенсации отнимаемой от продукта теплоты сублимации, что обеспечивает поддержание температуры продукта на определенном уровне.

Внутри камеры располагаются секции десублиматора, являющиеся испарителем холодильной машины предназначенные либо только для отвода влаги, либо для замораживания продукта и последующего отвода водяного пара. Температура кипения холодильного агента в секции десублиматора составляет минус 40…минус 60°С. Для уменьшения сопротивления переносу влаги от продукта к десублиматору, давление в сублимационной установке поддерживают ниже атмосферного (от 300 до 1Па).

 

Вопросы для самопроверки

1. Дайте краткую характеристику известным скороморозильным аппаратам.

2. Чем отличается охлаждение продуктов в иммерсионном аппарате от воздушного?

3. Способы хранения продуктов растительного происхождения?

4. Принцип действия флюидизационного аппарата?

5. Преимущества и недостатки аппаратов непрерывного и периодического действия?

 

Тесты

1 В какой среде целесообразнее охлаждать рыбу?

а) в холодном воздухе; б) в холодной воде; в) во льду.

2 Как изменяется теплоемкость воды с понижением температуры?

а) увеличивается; б) остается постоянной; в) понижается.

3 Какой фактор оказывает наибольшее влияние на усушку продуктов при хранении в замороженном состоянии?

а) резкое колебание температур; б)отсутствие упаковки; в) низкая влажность в камере.

4 Что характеризует критерий Био?

а) условия теплообмена между твердым телом и средой; б) условия движения охлаждающей среды; в) условия передачи теплоты в охлаждаемом теле.

5 Какие микроорганизмы вызывают при холодильной обработке гниение?

а) дрожжи; б) бациллы; в) споры.