Холодильное технологическое оборудование

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

Аппараты различаются в зависимости от среды, непосредствен­но воспринимающей теплоту от продукта (воздух, диоксид угле­рода, кипящие и некипящие жидкости), устройств для транспор­тирования продукта в процессе холодильной обработки 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 производят в сублимационных установках.

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

Воздушный морозильный 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 дли­не, так как иней, осаждающийся на поверхности испарителя при отборе влаги из продукта, оказывается в основном на первых по ходу движения воздухорядах труб.

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

В систему транспортирования продукта входят тележки (эта­жерки), конвейер непрерывного и периодического действия, по­ток воздуха (флюидизационный слой).

К воздушным морозильным аппаратам относятся тележечные и флюидизационные аппараты.

Внутри теплоизоляционных ограждений тележечных 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.

Во флюидизационных аппаратах продукты замораживаются в восходящем потоке воздуха, находясь во взвешенном состоянии (псевдокипящий слой). Для получения флюидизационного слоя про­дукты должны иметь небольшие размеры: толщину до 40 мм и длину до 125 мм, а их форма должна приближаться к сферической. Продукты в аппарате могут 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.

Продукты моют и подают в загрузочный механизм, имеющий вибрирующую решетку для удаления воды. Здесь их подсушивают, что предотвращает смерзание, и они попадают в первую зону ап­парата, где подмораживаются во флюидизационном слое. Имея достаточную механическую прочность, продукты поступают во вторую зону, в которой домораживаются на сетчатой ленте кон­вейера, после чего покидают аппарат.

Каждая зона имеет автономную систему подачи воздуха. В зоне подмораживания осевые вентиляторы подают воздух через сек­ции испарителя снизу под 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 прикосновения охлаждающей поверхности к продукту 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. Продукт может примерзать к поверхности металла, поэтому приходится нагревать металлическую поверх­ность до положительной температуры для его извлечения. Для уменьшения сил сцепления продукта с металлом можно исполь­зовать антиадгезионное покрытие поверхности металла (полиэти­лен, фторопласт) или упаковку продукта.

К контактным морозильным аппаратам относятся плиточные, роторные, барабанные, ленточные, погружные и азотные аппа­раты.

В плиточных аппаратах в теплообмене участвуют по 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 мясной и молочной промышленности.

Для замораживания блоков рыбы применяют аппараты с вер­тикальными плитами.

В роторных аппаратах продукт 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 продукты, формируют их 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, 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 — загружается и разгружается за один оборот ротора. В проме­жутке между этими процессами осуществляется непосредственно замораживание продукта в виде блока.

Барабанные аппараты применяют для замораживания полуфаб­рикатов с влажной поверхностью и пастообразных продуктов. Такие продукты замораживают на поверхности вращающегося барабана.

Барабанный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, полый барабан из нержавеющей стали с каналами для циркуля­ции холодильного агента, расположенными по цилиндрической образующей, нож для скалывания продукта, электрический при­вод, загрузочный и разгрузочный конвейеры.

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.

В ленточных аппаратах продукт замораживается на конвейер­ной гладкой ленте из нержавеющей стали во время прохождения через теплоизолированную охлаждаемую часть аппарата.

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

В погружных (иммерсионных) аппаратах замораживаемые про­дукты находятся 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 замерзания не менее чем на 10 К ниже рабочей темпера­туры, 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, он 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. Не доходя до края емкости, он выводится из хладоносителя для удаления. Далее продукт поступает на моечный конвейер, где орошается водой.

Недостаток этих скороморозильных аппаратов — вероятность перекрестного заражения продукта, что исключается при ороси­тельном или комбинированном способе охлаждения.

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 наиболее дешевый и доступный. В условиях атмосферного давле­ния 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 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 ирегулирующих приборов. Продукт в ап­парате может замораживаться погружением в жидкий азот, оро­шением им и в потоке газообразного азота либо при комбинации этих способов.

Замораживать продукт с положительной температурой в жид­ком азоте 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.

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, он 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 три-четыре зоны, что обеспечивает эффективный теплоотвод и снижение расхода жидкого азота на замораживание.

Сублимационные сушильные установки.В этих установках кон­сервирование пищевых продуктов осуществляется методом суб­лимационной сушки, которая заключается в замораживании про­дукта, а затем обезвоживании в результате сублимации образую­щихся в нем кристаллов льда. Продукт сублимационной сушки можно хранить длительный срок (год и более в герметичной упа­ковке) при обычной температуре без охлаждения. При увлажне­нии перед употреблением продукт легко поглощает воду и его пищевые свойства, внешний вид и объем практически полностью восстанавливаются.

Технологический процесс производства продуктов сублимаци­онной сушки проводится в несколько этапов. Продукты 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, разливают в сплошные, а кусковые помещают в сетчатые противни, которые устанавливают на консольно расположенные полки тележек. Пе­ред сушкой продукты замораживают или предварительно в моро­зильных аппаратах, или непосредственно в сублиматоре. При этом скорость замораживания должна быть такой, чтобы образующие­ся кристаллы льда были не крупными, поскольку они нарушают структуру продукта, но и не мелкими, так как в этом случае за­трудняется сублимация льда из ткани и увеличивается продолжи­тельность сушки. Оптимальная кристаллическая структура льда образуется при замораживании в воздушном морозильном аппа­рате при температуре воздуха -30...-35 °С.

Если замораживание происходит в сублиматоре, то он 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 его физико-химические и структурные свойства. Сублиматор представляет со­бой камеру цилиндрической или прямоугольной формы, выпол­ненную из нержавеющей стали. В ее центре размещаются тележки с продуктом, а в непосредственной близости от продукта нахо­дятся нагревательные элементы системы теплоотвода, в которых циркулирует жидкий теплоноситель температурой -120...-170 °С. Теплота должна подводиться к продукту в количестве, достаточ­ном для компенсации отнимаемой от него теплоты сублимации, что обеспечивает поддержание его температуры 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 -40...-60 °С. Для уменьшения сопротивления переносу влаги от продукта к десублиматору давление в сублимационной установке поддержи­вают ниже атмосферного (от 300 до 1 Па). Вакуумная система ап­паратов удаляет неконденсирующиеся газы и частично водяной пар посредством механических вакуумных насосов: пусковых и рабочих.

После окончания сушки (через 2 —9 ч при сушке фарша и ломтиков мяса) тележки с продуктом выкатывают в отделение раз­грузки, продукт упаковывают. Противни и тележки перед очеред­ной загрузкой проходят санитарную обработку.

Технологические кондиционеры.При производстве, холодиль­ной обработке и холодильном хранении некоторых мясных, мо­лочных и растительных продуктов, например сыров, необходимо поддерживать с большой точностью параметры воздуха: темпера­туру, влажность, скорость движения и чистоту.

Обработка воздуха, связанная с охлаждением, осушением, нагреванием, увлажнением, а иногда и очищением от пыли и плесени, производится кондиционерами, которые представляют собой тепломассообменные аппараты. Охлаждение и осушение воздуха осуществляют в теплообменнике кондиционера (воздухо­охладителе), в который подается холодильный агент или хладоноситель из автономной или централизованной системы хладоснабжения.

Нагревается воздух в другом теплообменнике (калорифере), в который подается пар из системы пароснабжения предприятия. Иногда для нагревания воздуха используют электронагреватели (ТЭНы). Воздухоохладители и калориферы выполняют из ребрис­то-трубных элементов с шагом оребрения 3 — 6 мм.

Увлажняет воздух пар, подаваемый через форсунки в нагнета­тельный воздуховод кондиционера. Кондиционеры могут иметь фильтрующее устройство, состоящее из нескольких слоев специальной фильтрующей ткани.

Кондиционеры располагают в самом кондиционируемом помещении или вне его. Они могут быть напольные и подвесные и, как правило, способны работать в режиме рециркуляции.