Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановського
advertisement
Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановського Кафедра холодильной и торговой техники А. Б. Кудрин, Р. В. Брюшков ХОЛОДИЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Конспект лекций для студентов направления подготовки 050503 «Машиностроение» специализации «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств» дневной и заочной форм обучения Утверждено на заседании кафедры холодильной и торговой техники Протокол № 40 от 26.06.2014г. Донецк 2014 1 ББК 31.39я73 К 88 УДК 621.5(076.5) Кудрин А.Б. К 88 Холодильное технологическое оборудование: конспект лекций для студентов направления подготовки 050503 «Машиностроение» специализации “Оборудование перерабатывающих и пищевых производств” днев. и заоч. форм обучения/ А.Б. Кудрин, Р.В. Брюшков – Донецк: ДонНУЭТ, 2014. - 127с. Лекции составлены на основании опыта преподавания учебной дисциплины «Холодильное технологическое оборудование» и включают теоретические вопросы, которые студент должен усвоить для овладения методикой расчета и основ проектирования холодильного технологического оборудования, более глубокого понимания процессов, происходящих в его элементах. ББК 31.39я73 Кудрин А.Б., 2014 Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановського, 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………….. 4 Модуль 1. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения. Лекция 1.1. ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ……………………………………………………….. 5 Лекция 1.2. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ……………………………………………………………………….. 20 Модуль 2. Холодильники. Лекция 2.1. ХОЛОДИЛЬНИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВЫХ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ ……………………………….. 26 Модуль 3 . Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых продуктов. Лекция 3.1. ВОЗДУШНЫЕ МОРОЗИЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ………………. 46 Лекция 3.2. АППАРАТЫ БЕСКОНТАКТНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ……………………………………………………... Лекция 3.3. АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО 75 ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ……………………………………………………... 94 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………….. 115 Тести з дисципліни «Холодильне технологічне обладнання» .......... 117 3 Введение Курс «Холодильное технологическое оборудование» является одним из основных специальных курсов в подготовке инженера-механика по специальности «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств». В условиях рыночных отношений особенно важной задачей является производство на предприятиях пищевой промышленности широкого ассортимента высококачественных, конкурентоспособных продовольственных товаров. Применение холода во всех областях пищевой промышленности дает возможность обеспечивать ритмичность производства, рациональное использование основных фондов, сохранять необходимое качество пищевого сырья и продуктов. На первый план выдвигается задача создания и внедрения в производство современных высокопроизводительных и автоматизированных холодильных машин, технологических аппаратов, которые обеспечивают оптимальные режимы обработки и хранения скоропортящихся сырья и продуктов. Курс «Холодильное технологическое оснащение» базируется на основных положениях и законах физики, гидравлики, технической термодинамики, теории машин и механизмов др. Цель изучения курса «Холодильное технологическое оборудование» ознакомления будущих инженеров-механиков с холодильным технологическим оборудованием, которые используют в пищевой промышленности при холодильной обработке и производстве мяса и мясопродуктов, рыбы, плодов, овощей, кулинарной продукции и готовых блюд, упакованных и не упакованных продуктов. В результате изучения дисциплины «Холодильное технологическое оснащение» студент должен уметь: - осуществлять рациональный подбор и оценку холодильного технологического оборудования, обеспечивать вывод его на оптимальные режимы работы; - выполнять расчеты и проектирование устройств, аппаратов для холодильной обработки продуктов и сырья, а также холодильного оборудования, применяемого в камерах холодильников при хранении, замораживании и размораживании пищевых продуктов. Курс „Холодильное технологическое оборудование” состоит из трех модулей. Модуль 1. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения. Изучению подлежат следующие вопросы. Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения в камерах холодильной обработки и в камерах хранения пищевых продуктов. Модуль 2. Холодильники. Изучению подлежат следующие вопросы. Общие сведения о холодильниках предприятий перерабатывающих и пищевых производств. Расчет теплоизолируемых конструкций и оборудования холодильников. Модуль 3. Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых продуктов. Изучению подлежат следующие вопросы. Конструкция и принцип действия воздушных морозильных аппаратов. Конструкция и принцип действия морозильных аппаратов бесконтактного и контактного принципа действия. Оборудование для размораживания пищевых продуктов. 4 Модуль 1 . Основы холодильной технологии. Системы воздухораспределения. Лекция 1.1. ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 1. Принципы сохранения пищевых продуктов с использованием холода. 2. Охлаждение и хранение продуктов в охлажденном состоянии. 3. Замораживание и хранение продуктов в замороженном состоянии. 4. Размораживание и хранение продуктов в размороженном состоянии В обычных условиях органические вещества пищевых продуктов под влиянием микроорганизмов подвержены изменениям, причинами которых могут быть биохимические процессы, протекающие под влиянием разнообразных ферментов. В целях сохранения качества пищевых продуктов необходимо регулировать биохимические процессы. Очень часто приемы и методы, направленные на борьбу с микроорганизмами, одновременно предохраняют продукт от вредителей и практически останавливают или замедляют разнообразные биохимические процессы. Микроорганизмы в своем развитии и во всех жизненных проявлениях находятся в тесной зависимости от состояния и условий окружающей среды. Изменяя условия среды и оказывая то или иное действие на продукт, можно регулировать состав и деятельность микрофлоры продукта или добиваться полного ее уничтожения. Все методы консервирования по биологическим принципам отличаются друг от друга тем, что достигается различная степень отмирания микроорганизмов и инактивация ферментов, вызывающих нежелательные изменения в продуктах. При консервировании используют физические, химические и микробиологические методы, а также комбинированные с применением главным образом физических и химических. ПРИНЦИПЫ СОХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХОЛОДА Существует четыре основных принципа консервирования: биоз, анабиоз, ценобиоз, абиоз. Принцип биоза — поддержание жизненных процессов в продуктах и использование для этой цели иммунитета. Так, при хранении плодов и овощей используется естественная устойчивость плодов к деятельности сапрофитных микроорганизмов и развитию физиологических заболеваний. При выдерживании рыбы в садках, предубойном содержании скота, птицы, а также при их транспортировании приходится заботиться о поддержании жизнедеятельности организма и о борьбе с распространением различных заболеваний. Принцип анабиоза — торможение жизнедеятельности микроорганизмов и приостановка ферментативных процессов, протекающих в продуктах. На этом принципе основаны многочисленные методы промышленного сохранения продуктов. К ним относят холодильную обработку и хранение, сушение и вяление, посол, консервирование в сахарных сиропах, маринование и т. д. Сушение само по себе не убивает микроорганизмов, хотя одни их формы, будучи высушенными вместе с продуктами, сравнительно быстро отмирают. Другие формы, напротив, сохраняются в продуктах сравнительно долго. Особенно устойчивы против высушивания споры бактерий и некоторые формы плесневых грибов. Длительное 5 время могут сохраняться в продуктах патогенные бактерии. Количество микроорганизмов в сухих продуктах зависит от их особенностей, условий переработки и хранения. В пищевых концентратах обнаруживается незначительное количество микроорганизмов, что объясняется совершенством технологических процессов и высоким уровнем санитарно-гигиенических условий производства. При увлажнении сухих продуктов находящиеся в них различные микроорганизмы быстро развиваются, что приводит к микробиологической порче продуктов. При этом часто наблюдается плесневение продуктов и реже — развитие бактериальных процессов. Плесневые грибы, развивающиеся на сухих продуктах, могут распространяться по всей поверхности. Вследствие их жизнедеятельности образуется вода, и тем самым увлажняется продукт, а отсюда вызываются нежелательные изменения. Посол занимает большое место в производстве мясных и рыбных продуктов. Гнилостные бактерии весьма чувствительны к повышению осмотического давления. Развитие большинства гнилостных бактерий прекращается при концентрации соли 10—15%. Однако солевой раствор только приостанавливает жизнедеятельность бактерий, но не разрушает их. Высокие санитарно-гигиенические требования при производстве гарантируют получение соленых продуктов с наименьшим микробиальным заражением их. Одновременно недопустимо осуществлять посол продуктов, имеющих признак порчи или зараженных патогенными микроорганизмами. Соленые продукты могут портиться под влиянием галлофильных бактерий, в связи с чем рекомендуется хранить их при пониженных температурах. В соленой рыбе в некоторых случаях могут накапливаться токсины, вырабатываемые бактериями. В результате повышения концентрации соли в тканях достигается лучшая сохранность продукта, но при этом в значительной степени ухудшаются его вкус и питательная ценность. При рациональном посоле мяса стремятся к получению наименьшей концентрации соли, обеспечивающей такую продолжительность хранения продукта, которая является достаточной для доставки его потребителю в доброкачественном состоянии. Ценные сорта мясопродуктов и красной рыбы малосоленые, и они относительно стойки к хранению только при пониженных температурах. В некоторых случаях, например при посоле сельди и производстве ряда мясопродуктов, в целях придания им высоких пищевых и вкусовых качеств продукты выдерживаются для созревания, и в них обильно развивается специфическая микрофлора. Созревание в этих случаях протекает при регулируемых температурных условиях. Эффект угнетающего действия высокого осмотического давления на развитие микроорганизмов широко используется при переработке продуктов растительного происхождения. Концентрация сахара подавляет развитие микроорганизмов, но при высокой концентрации его могут развиваться приспособительные формы микроорганизмов, вызывающие брожение, плесне-вение и другие виды порчи продукта. Даже и при этих методах консервирования желательно при хранении варенья, повидла и фруктов применять пониженные температуры хранения, Для консервирования рыбы, дичи, плодов, овощей и грибов применяют маринование, так как большинство гнилостных микроорганизмов не развивается в кислой среде. Уксусная кислота препятствует развитию сапрофитных бактерий, а при более высоких концентрациях вызывает отмирание бесспоровых форм. Споры бактерий сохраняют жизнеспособность даже в 6 %-ном растворе уксусной кислоты, но при добавлении хлористого натрия рост их прекращается. Многие грибы, микодерма и 6 уксуснокислые бактерии используют уксусную кислоту в качестве питательной среды. Поскольку потребители уксусной кислоты являются строгими аэробами, то отсутствие доступа кислорода воздуха способствует лучшему сохранению маринованных продуктов. Принцип ценобиоза основан на подавлении вредной микрофлоры, которая может развиваться на сохраняемом продукте, путем создания условий для развития иной микрофлоры, способствующей сохранению продукта. Этот принцип лежит в основе технологических процессов по сохранению продуктов растительного и животного происхождения. Квашение получило широкое применение при массовой переработке овощей, плодов и ягод. При квашении молочнокислые бактерии сбраживают сахар, содержащийся в продуктах, в результате чего образуется молочная кислота, действующая как консервант. Брожение под влиянием эпифитной микрофлоры перерабатываемого продукта обычно возникает самопроизвольно. Сок, выделяемый из продуктов, является источником брожения сахаров, способствующих созданию анаэробных условий, благоприятных для развития процесса брожения. Молочнокислые бактерии хорошо уживаются с дрожжами и легко переносят присутствие образующегося при брожении спирта. В свою очередь дрожжи способны развиваться при наличии в среде молочной кислоты. Развитие гнилостных и других нежелательных видов бактерий подавляется кислотой при квашении. Содержание соли оказывает положительное влияние на ход брожения, особенно в начальный его период, когда солью угнетается гнилостная микрофлора. Для начального и основного периодов брожения благоприятна температура 20— 25 °С. При более высокой температуре происходит образование кислот, но в то же время возникает опасность маслянокислого брожения. В конце основного периода брожения температуру резко понижают для того, чтобы воспрепятствовать энергичному развитию микроорганизмов, являющихся потребителями молочной кислоты. Понижение температуры является одним из главных факторов удлинения продолжительности хранения продуктов в доброкачественном состоянии. Получение кисломолочных продуктов также основано на кисломолочном брожении или комбинированном —кисломолочном и спиртовом. Комбинированным брожением пользуются при производстве кефира и кумыса. При производстве указанных продуктов широко пользуются чистыми культурами. Качество и вид сыров в значительной степени зависят от характера и направленности микробиологических процессов. Как и в предыдущем случае, основную роль при этом играют кисломолочные бактерии. Принцип абиоза представляет собой прекращение жизнедеятельности микроорганизмов в продукте. На этом принципе основаны такие способы консервирования, как высокотемпературная обработка, обеспложивание жидких пищевых продуктов методом фильтрования, воздействие различных антисептиков и антибиотиков, губительно влияющих на микроорганизмы, действие лучистой и ядерной энергии. Высокие температуры используют при пастеризации и стерилизации. Цель пастеризации — уничтожение вегетативных форм микроорганизмов. Одно- и многократной пастеризации подвергаются молоко, плодово-ягодные соки, вино и другие продукты. Вследствие того что большинство патогенных бактерий не образуют 7 спор, пастеризация является эффективным способом удлинения продолжительности хранения продуктов. В процессе стерилизации уничтожаются как вегетативные формы микроорганизмов, так и их споры. Стерилизации подвергаются консервы в герметической упаковке. Фильтрование в целях консервирования применяется для предохранения некоторых жидких продуктов от порчи. Обеспложиванием жидких пищевых продуктов не всегда достигается стерильность, так как некоторые бактерии имеют ультрамикроскопические формы, проходящие сквозь фильтр. Наиболее старой формой применения антисептиков является копчение, при котором уменьшается содержание воды. Копчение улучшает вкусовые и питательные свойства сырья и придает ему стойкость при хранении. Патогенные бактерии чистой культуры чувствительны к копчению, а в пищевых продуктах они более устойчивы. На поверхности копченых продуктов обнаруживаются различные микрококки, плесневые грибы и дрожжи, которые, очевидно, являются результатом вторичного заражения. В глубине продукта микрофлора более однообразна и бедна, и в ней чаще всего встречаются солеустойчивые микрококки. Для успешного сохранения копченых продуктов их следует хранить при пониженных температурах и соответствующей относительной влажности воздуха. Консервирование продуктов, как правило, снижает их качество. Лучшим способом консервирования следует признать тот, при котором возможно более длительное хранение продукта при наименьших потерях его и наилучшем сохранении всех вкусовых и питательных свойств. Этим требованиям удовлетворяет применение искусственного холода. В ряде производств применение искусственного холода позволяет получить особый самостоятельный вид продукта. Так, в производстве мороженого без быстрого фризерования смеси и закалки с применением низких отрицательных температур невозможно получить необходимую продукцию. Осуществление концентрирования и осветление фруктово-ягодных соков и вин позволяют получить продукт нового качества при максимальном сохранении отдельных компонентов химического состава и биологически активных веществ, входящих в состав исходного сырья. ОХЛАЖДЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ В ОХЛАЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ Продукты в охлажденном или переохлажденном состоянии сохраняют высокие вкусовые свойства и пищевые достоинства. Поэтому необходимо снабжать население и перерабатывающие предприятия главным образом охлажденными скоропортящимися продуктами. Базой для полного обеспечения населения охлажденными продуктами служат широко развитая есть заготовительных, производственных и распределительных холодильных предприятий, наличие автомобильного, железнодорожного, речного и морского холодильного транспорта, а также широкое обеспечение торговой сети холодильными установками. Охлаждение пищевых продуктов преследует одну общую цель — понижение их температуры до заданной конечной, вследствие чего задерживаются биохимические процессы и развитие микроорганизмов. Конечная температура и скорость охлаждения играют немаловажную роль в успешном достижении указанной цели. Хранение при низких положительных температурах обеспечивает сохранение 8 продуктов в доброкачественном состоянии. Такие продукты, как мясо, рыба, птица, могут сохраняться в течение 1—2 недель, яйца — несколько месяцев. Отдельные виды плодов и овощей в рациональных условиях храпения могут храниться до нового урожая. Незащищенная поверхность мяса и рыбы является достаточно хорошей средой для развития микроорганизмов, в то время как скорлупа яиц с внешним естественным покрытием и лодскорлупной оболочкой является хорошей защитой от проникновения микроорганизмов внутрь содержимого яйца. Восковое поверхностное покрытие и защитные свойства живого организма предохраняют плоды и овощи от микробпальной порчи и физиологических заболеваний. На допустимую продолжительность хранения решающее влияние оказывают не только технологические, но и санитарно-гигиенические условия производства, транспортировки и хранения, а также исходное состояние и качество сырья до его охлаждения. При большом разнообразии способов охлаждения все они могут быть подразделены па три группы по физическому принципу отвода тепла: теплопроводностью, конвекцией и радиацией; вследствие фазового превращения; охлаждение в результате конвекции и фазового превращения воды. Способы охлаждения, в основе которых лежит конвективный п радиационный теплообмен, характеризуются отсутствием или незначительными потерями влаги продуктом во время охлаждения. К этим способам можно отнести охлаждение в воздухе продуктов, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также в жидкой среде. Способы охлаждения продуктов в оболочках и неупакованных в жидких средах являются перспективными, так как вследствие интенсификации теплообмена сокращается продолжительность процесса и отсутствуют потери массы от испарения воды из продукта. Охлаждение в жидкой среде при отсутствии покрытий (контактное) имеет недостатки: частичное экстрагирование составных частей продукта, поглощение поверхностными слоями некоторого количества охлаждающей среды. При охлаждении во влагонепроницаемой упаковке исключается непосредственный контакт продукта с охлаждающей средой и тем самым предотвращаются отмеченные недостатки. При этом требуются дополнительные затраты на упаковку продукта. Охлаждению в жидкой среде подвергаются рыба, птица и некоторые овощи. Зачастую этим способом пользуются для частичного понижения температуры. Способы охлаждения, в которых отвод тепла осуществляется только вследствие фазовых превращений, в промышленности применяют для охлаждения овощей, плодов и рыбы. Сущность этих способов заключается в том, что при вакууми-ровании происходит испарение части воды, содержащейся в продукте. Они являются наиболее эффективными и при сочетании с предварительной промывкой или частичным охлаждением в воде с последующим вакуумированием. При охлаждении вода, поглощенная поверхностным слоем продукта, испаряется. Естественно, что требуется сложное оборудование особенно тогда, когда такому охлаждению подвергаются продукты, находящиеся в железнодорожных вагонах. В промышленности наиболее распространены те способы охлаждения, которые осуществляются передачей тепла продуктом конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении. Охлаждающей средой является воздух, который движется с различной скоростью. Аппаратурное оформление этого способа 9 охлаждения весьма разнообразно. Успешно осуществляется охлаждение в обычных камерах, снабженных устройством для распределения охлажденного воздуха по объему, в котором размещается продукт в различной таре (сливочное масло, жиры, птица, яйца и др.) или без тары в подвешенном вертикальном положении (мясные полутуши и тушки мелкого рогатого скота, колбасные изделия, расположенные на этажерках и др.). Лучший технологический эффект достигается в камерах охлаждения туннельного типа с продольной или поперечной побудительной циркуляцией охлаждающей воздушной среды. В последнем случае удается получить более равномерное распределение температуры и скорости движения воздуха и тем самым по всему объему равномерно охладить продукцию. Относительно новым способом охлаждения является охлаждение мяса в перенасыщенном влагой воздухе. Воздух, выходящий из турбодетандера, расширяется. При этом температура и давление воздуха понижаются, он переходит в состояние перенасыщенности влагой и поступает в камеру для охлаждения продуктов. Степень перенасыщения, скорость и температуру воздуха можно изменять. Регулирование позволяет получить температуры от положительных до отрицательных значений, а степень перенасыщения достигать 1,25. Вследствие хорошей теплоотдачи продолжительность охлаждения мясных полутуш сокращается. Так, за 9 ч охлаждения температура в центре бедра от 28 °С была снижена до 2°С при температуре воздуха — 0,6-;—1 °С и степени перенасыщения 1,25. Продукты животного происхождения. Мясо в виде полутуш или туш мелкого рогатого скота после первичной обработки охлаждается в камерах, специально оборудованных подвесными путями и системой охлаждения. Охлаждение мяса в воздухе можно осуществить при постоянном режиме в течение всего процесса охлаждения. В этом случае температуру воздуха стремятся поддерживать около 0 °С, а относительная влажность в зависимости от системы охлаждения саморегулируется и составляет 87—97 %. Для сокращения продолжительности увеличивают скорость движения охлаждающей среды, а также понижают ее температуру. Хороший эффект достигается при скорости движения воздуха у поверхности бедра в зависимости от его толщины 1 —2 м/с. Продолжительность охлаждения снижается более чем в 2 раза. Если при охлаждении применяют отрицательные температуры, то продолжительность процесса сокращается. Так, при температуре воздуха -8…-12°С вместо 0°С и указанной скорости движения воздуха продолжительность охлаждения до средней конечной температуры по объему бедра 3…4°С составляет 6—8 ч. При таком интенсивном охлаждении наблюдается значительная разность между температурами поверхности мяса и центра толстой части бедра. Охлажденное таким образом мясо необходимо выдерживать в камерах хранения при средней температуре 2°С до достижения одинаковой температуры по всему объему. Выравнивание температуры происходит довольно быстро. Полутуши после охлаждения хранятся в подвешенном состоянии на подвесных путях в камерах хранения, где строго поддерживаются заданная температура и относительная влажность воздуха. При хранении охлажденного мяса не должно быть интенсивной циркуляции воздуха, так как усиливается испарение влаги, что приводит к увеличению потерь массы. Охлажденное мясо хранится при температуре около 0°С и относительной влажности 85—90%. В зависимости от упитанности мясо без снижения качества и каких-либо пороков может сохраняться в течение 7—11 сут. 10 Исследованиями было установлено, что мясо в полутушах можно охладить до температуры -2°С при отсутствии кристаллизации содержащейся в мясе воды. Переохлажденное мясо может храниться 14—20 сут. Таким образом, при хранении охлажденного мяса на холодильниках температуру камер хранения следует поддерживать -2 ±0,5°С, а относительную влажность воздуха - до 95—97%, что способствует сокращению усушки. Для охлаждения битой птицы применяют воздух, тающий лед и ледяную воду. Воздушное охлаждение является самым длительным способом. Продолжительность охлаждения в камерах с естественной циркуляцией воздуха при температуре 0…1°С может составлять 24ч и более, а в специальных интенсифицированных камерах, в которых поддерживается температура 0…-2°С и осуществляется искусственная циркуляция воздуха со скоростью до 4 м/с, снижается до 3—6 ч в зависимости от массы и упитанности. Воздушное охлаждение применимо только для тушек, подвергнутых сухой ощипке и тепловой обработке при температуре 54,4°С, в противном случае мясо обезвоживается и теряет товарный вид. Охлаждение птицы в тающем льде осуществляется в специальных ваннах или непосредственно в таре, куда птицу укладывают вперемешку с колотым льдом. Продолжительность охлаждения тушек птицы составляет 2…4ч. Большая трудоемкость процесса, неполное использование объема тары существенно ограничивают применение этого способа охлаждения птицы. Наиболее эффективным является метод охлаждения тушек птицы в ледяной воде или в водоледяной смеси температурой 0…2 °С. Продолжительность охлаждения птицы снижается до 20—50 мин. После охлаждения в ваннах с ледяной водой кожа на тушках становится светлой и чистой, исчезают пятна от ушибов и кровоизлияний. Кожа и подкожная ткань поглощают некоторое количество воды, вследствие чего форма тушек округляется и они приобретают лучший товарный вид, при этом масса тушек увеличивается на 5…10%. Для улучшения эффекта очистки и промывки тушек был предложен метод охлаждения тушек орошением водой, характеризующийся явно выраженным снижением микробиальной зараженности. Установлено, что в этом случае количество бактерий на поверхности тушек сокращается на 85—95%, а количество влаги, поглощенной тушками, составляет 2—3%. Кроме описанных методов охлаждения применяются комбинированные, т. с. после орошения тушек или в ледяной воде способом погружения осуществляется дополнительное охлаждение в воздушной среде (в камерах или туннелях). Комбинированное охлаждение является наиболее целесообразным. Так, при воздушном доохлаждении происходит частичное удаление приобретенной при орошении тушками птицы воды, и одновременно в результате ее испарения они охлаждаются. Яйца перед хранением их на холодильниках после определения их качества направляются на охлаждение до температуры около 0°С. Стандартные ящики или коробки с яйцами для ускорения охлаждения укладываются в шахматном порядке. Необходимый режим в камере создается системой воздушного охлаждения. Для ускорения охлаждения яиц температура воздуха может быть на 4…5 °С ниже криоскопической, а скорость движения воздуха 1…2 м/с. На распределительные холодильники с мест заготовок яйца могут поступать в холодильном железнодорожном и автомобильном транспорте. Для сокращения грузовых работ доохлаждение до температуры хранения целесообразно проводить непосредственно в 11 камерах хранения. В связи с тем что содержимое яиц устойчиво к переохлаждению, температура хранения принимается на 1…2°С ниже криоскопической, а относительная влажность – 87…90%. Рыба охлаждается непосредственно в местах лова на судах, оборудованных холодильными устройствами для охлаждения. В качестве охлаждающей среды применяют водный лед, морскую воду и рассол хлористого натрия. Охлаждение в воздухе не применяется, так как в этом случае температура рыбы понижается медленно и товарный вид ее ухудшается. Широкое применение получил способ охлаждения рыбы во льду. На дно подготовленной тары закладывается слой мелкодробленого льда, на который ровным слоем укладывается предварительно отсортированная рыба, затем опять слой льда и т. д. до полного заполнения объема тары. Вода, образующаяся при таянии льда, стекает через неплотности тары. Для охлаждения применяется водный естественный и искусственно приготовленный лед, а также лед, полученный из морской воды. Предпочтительнее пользоваться льдом, изготовленным промышленным способом, он менее заражен микроорганизмами. Следует иметь в виду, что ко льду, применяемому для технологической обработки, предъявляются требования такие же, как и к питьевой воде. В зависимости от времени года, района лова и продолжительности охлаждения и хранения расход льда составляет 40…100% массы рыбы. Для охлаждения рыбы также пользуются жидкими средами, т. е. холодной водой, рассолом хлористого натрия низкой концентрации и просто морской водой. 2%-ная концентрация раствора хлористого натрия является наиболее приемлемой, поскольку она близка к концентрации тканевого сока, и поэтому действие осмотического давления сводится до минимума. Напротив, высокая концентрация охлаждающей среды или охлаждение в пресной воде наносят ущерб качеству рыбы. Охлаждение жидких сред осуществляется льдом или машинным способом. Во всех случаях, когда добытую рыбу промышленного улова можно довести до потребителя в сравнительно короткие сроки (не свыше 10 дней), ее целесообразно хранить в охлажденном состоянии. При переработке молока на различные виды молочных продуктов и сохранении его обязательно пользуются охлаждением. Приемы и способы охлаждения весьма разнообразны. Для сохранения первоначальных свойств молока и продления бактерицидной фазы его охлаждают сразу же после доения. В специальных молочных охладителях для охлаждения молока бесконтактным способом применяют холодную воду или хладоноситель. В этом случае охлаждение осуществляется быстро и продолжительность исчисляется минутами. Быстрое охлаждение молока непосредственно на фермах позволяет доставлять его в доброкачественном состоянии на молочные заводы, на которых по ходу технологических процессов применяют охлаждение не только молока, но и сливок, сметаны, творога, масла, сыров и других, продуктов, изготовленных из молока. Без своевременного охлаждения, которое осуществляется в разнообразных аппаратах с применением машинного охлаждения, невозможно в промышленных масштабах производить высококачественные молочные продукты. При охлаждении плодов затормаживаются процессы созревания, в результате чего обеспечивается их длительное хранение. Не все убранные плоды пригодны для длительного хранения. Из массы убранных плодов необходимо отделить ту часть, 12 которую нецелесообразно хранить в холодильниках, а лучше использовать для промышленной переработки. Поступающие на холодильник плоды должны подвергаться сортировке, калибровке, быть здоровыми, свободными от механических повреждений и каких-либо видимых микробиологических следов поражения. Не рекомендуется хранить в холодильной камере плоды, пораженные «загаром», наливом, горькой ямчатостью. Как правило, после сортировки плоды должны подвергаться охлаждению и дальнейшему хранению в холодильных условиях. Для охлаждения применяются туннели или камеры, в которых можно создать побудительную циркуляцию воздуха. Охлаждение продуктов растительного происхождения можно осуществлять непосредственно в рефрижераторных вагонах при температуре около 0°С, относительной влажности 90…95% и интенсивном движении воздуха. Затаренные плоды следует укладывать с таким расчетом, чтобы воздух свободно омывал их со всех сторон. В некоторых случаях для ускорения охлаждения пользуются передвижными воздухоохладителями. При перевозке плодов на дальние расстояния целесообразно осуществлять охлаждение непосредственно в изотермических вагонах и на станциях предварительного охлаждения. Станция предварительного охлаждения, предназначенная для кратковременного хранения, оснащается воздухоохладителями, которые через воздуховоды и гибкие рукава соединяются с вентиляционными люками изотермического вагона. Для равномерного охлаждения груза и использования воздуха с отрицательной температурой во избежание подмораживания плодов направление воздуха периодически меняется. В вагонах поездов с механическим охлаждением и воздухоохладителями осуществляется интенсивная циркуляция воздуха, что позволяет охлаждать плоды и овощи в пути следования. Относительно новый метод — охлаждение с применением вакуума в специальных установках, где достигается разрежение до 1,33—1,9 кПа. Путем испарения влаги (1— 2 %) плоды охлаждаются за 15—20 мин независимо от объема тары. Таким способом осуществляется охлаждение плодов, овощей и зелени. Для быстрого охлаждения отдельных видов плодов и овощей применяется ледяная вода. Охлаждение осуществляется на конвейере. Использованная вода после доохлаждения' и дезинфекции вновь поступает для охлаждения плодов. Для охлаждения плодов непосредственно в местах выращивания перспективно применять разборные, надувные холодильники, в которых осуществляются охлаждение и краткосрочное хранение собранного урожая. ЗАМОРАЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ В ЗАМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ. Замораживанием называют процесс понижения температуры продукта ниже криоскопической на 10…30°С, сопровождаемый переходом в лед почти всего количества содержащейся в нем воды. Замораживание обычно проводят в целях подготовки продукта к длительному хранению при отрицательных температурах. Замораживание существенно отличается от охлаждения, а также от подмораживания. Оно обеспечивает большую стойкость продукта при хранении по сравнению с охлажденными и подмороженными. Так, большинство скоропортящихся продуктов в замороженном состоянии могут успешно храниться в течение года и более. Основные отличия замораживания от охлаждения следующие: при замораживании превращается 13 вода в лед, что препятствует питанию микроорганизмов, в результате чего создаются неблагоприятные осмотические условия и резко сокращается скорость биохимических реакций в продукте. Превращение воды в лед родственно эффекту обезвоживания. В обоих случаях уменьшается количество воды. Различие состоит в том, что при замораживании влага превращается в лед, не будучи удалена из продукта, тогда как при обезвоживании она удаляется. Понижение температуры, являющееся более значительным, чем при охлаждении и подмораживании, также создает неблагоприятные условия как для жизнедеятельности микрофлоры продукта и среды, в которой они находятся, так и для протекания в продукте биохимических процессов. Замороженный продукт характеризуется такими внешними признаками и физическими свойствами, как твердость (вызвана превращением воды в лед), яркость окраски (результат оптических эффектов, вызываемых кристаллами льда), уменьшение плотности (результат расширения воды при замораживании, значительное изменение тепловых свойств и др.). При замораживании обнаруживаются перемещение влаги по объему продукта, существенные нарушения гистологической структуры и действия ферментативных систем, входящих в состав продукта, а также ряд других процессов, не наблюдаемых обычно при охлаждении и хранении продуктов в охлажденном и подмороженном состояниях. Подвергая продукт замораживанию и хранению в замороженном состоянии, стремятся прежде всего сохранить его питательные и вкусовые свойства, для чего необходимо добиваться максимальной обратимости изменений, происходящих под влиянием отрицательных температур. Решение данной задачи, являющейся одной из важнейших в холодильной технологии, требует знания тех процессов и изменений, которые происходят в продукте. Следует регулировать ход этих изменений в необходимом направлении и создавать такие условия протекания процесса замораживания и хранения в целом, которые позволили бы сделать действие отрицательных температур наиболее обратимым. Продолжительность успешного сохранения замороженных продуктов довольно различна, и она находится в зависимости от химического состава, содержания биологически активных веществ, строения, температуры хранения а также от применяемой упаковки и тары. Развитию применения консервирования с помощью отрицательных температур способствуют непрерывное совершенствование и создание новых методов и способов замораживания, что в значительной степени улучшает качество продукта и создает условия для расширения ассортимента замороженных продуктов. Так, при старых способах замораживания невозможно было консервировать нежные по структуре ягоды. Все способы замораживания можно классифицировать по принципу отвода тепла, так же как и при классификации способов охлаждения. При замораживании в воздухе продукты упаковываются в паронепроницаемые оболочки или замораживаются непосредственно в жидких, практически не испаряющихся (хлористый натрий, хлористый кальций, пропиленгликоль, этиленгликоль и др.) и испаряющихся (углекислота, азот и др.) средах, а также в металлических закрытых формах или между металлическими охлаждаемыми поверхностями. Замораживание при фазовом превращении используется ограниченно, т. е. в тех 14 случаях, когда удаление влаги из продукта способствует проведению последующего применяемого процесса. Так, при сублимационной сушке на первом этапе под вакуумом вследствие бурного испарения воды из продукта происходит быстрое понижение температуры с образованием кристаллов водяного льда, а затем уже из затвердевшего замороженного продукта под глубоким вакуумом осуществляется сублимация водного льда и тем самым обеспечивается обезвоживание продукта. Наиболее распространены способы, основанные на принципе передачи теплоты продуктом теплопроводностью, конвекцией, радиацией и теплообменом при фазовых превращениях. Как правило, охлаждающей средой является воздух с различной скоростью движения и температурой -30…-40°С. Замораживание осуществляется в морозилках камерного типа, в которых воздух движется со скоростью 1—2 м/с. Для ускорения замораживания в таких камерах батареи размещаются поблизости от замораживаемого объекта, вследствие чего достигается ускорение замораживания. В морозилках указанного типа мясные полутуши можно заморозить за 24 ч. Лучший технологический эффект достигается при замораживании фасованных продуктов в различных морозильных аппаратах. В этом случае быстрое замораживание происходит не только вследствие наиболее интенсивного тепло- и влагообмена, но и в результате того, что замораживаемый продукт предварительно фасуется до получения приемлемой оптимальной толщины. Хороший эффект также достигается при замораживании продуктов, обладающих малыми размерами, россыпью на охлаждающих поверхностях и лучше в «кипящем» слое, так называемым методом флюидизации. Способ контактного одностороннего замораживания продукта на металлической охлаждающей пластине использован в конструкциях ряда морозильных аппаратов. Основной недостаток аппаратов заключается в плохом использовании поверхности продукта для активного теплообмена, вследствие чего продолжительность замораживания возрастает. Существует способ замораживания продуктов с помощью жидкого хладоносителя, подаваемого через форсунки или другие распределяющие жидкость устройства. В этом случае граница раздела между замороженными слоями располагается ближе к той поверхности, где менее интенсивен теплообмен. Лучший эффект достигается в том случае, когда жидкий хладоноситель омывает продукт с двух сторон, или в том случае, когда продукт непосредственно погружается в перемешивающийся жидкий хладоноситель. В последнем случае достигается равномерное замораживание и линия раздела проходит по середине объекта. К сверхбыстрому способу относится замораживание в кипящих хладоносителях, таких, как жидкий азот и др. В этом случае вся поверхность продукта участвует в теплообмене, а очень низкие температуры (температура кипения хладоносителя) обеспечивают замораживание за несколько минут. Разработаны аппараты, в которых осуществляется замораживание продуктов погружением, орошением или комбинированно с использованием низкотемпературной газовой среды, создаваемой в результате испарения жидкого хладоносителя. Способ, когда в первой стадии происходят охлаждение и подмораживание газовой средой, а затем замораживание путем орошения и дальнейшее выравнивание температуры по объему продукта, является наиболее совершенным. В 15 этом случае отсутствуют вредные влияния, наблюдаемые при замораживании погружением, т. е. деформация замораживаемого продукта при образовании льда. Способы применения кипящих хладагентов, например азота, вследствие высокой его стоимости и большого расхода пока что экономически не во всех случаях являются выгодными. Продукты животного происхождения. Мясо в тушах и полутушах после охлаждения или в парном состоянии по подвесным путям направляется па замораживание в морозилки камерного типа. Для замораживания субпродуктов, мускульной ткани, снятой с костей, широко пользуются формированием из них блоков правильной формы. При толщине блока не более 10 см замораживание в среднем осуществляется за 3 ч. В этих условиях замораживания естественные потери практически отсутствуют. Замораживание битой птицы обычно осуществляется в воздушной среде. Перед замораживанием снимают крышки с ящиков, в которых находится птица, и подвертывают бумагу так, чтобы воздух свободно омывал тушки. Ящики устанавливают в шахматном порядке в клетку. Режим в морозильной камере аналогичен режиму при замораживании мяса крупного рогаюго скота. Естественно, что лучший эффект при замораживании получается тогда, когда замораживание осуществляется в интенсифицированных морозилках туннельного типа. За последние годы в связи с наличием влаго- и паронепроницаемых искусственных оболочек и освоением операции по вакуумированию воздуха, находящегося между тушкой и оболочкой, представилась широкая возможность вести замораживание битой птицы в жидких охлаждающих средах. Для осуществления этого способа замораживания имеются аппараты, где операции замораживания механизированы и автоматизированы. При таком способе замораживания отсутствуют потери от усушки и продолжительность процесса по сравнению с воздушным сокращается в 7—8 раз. При бесконтактном замораживании в жидкости тушки приобретают равномерную светлую окраску, интенсивность которой повышается с понижением температуры охлаждающей среды. На замораживание может поступать птица как в охлажденном, так и в парном состоянии. Говоря о яичных продуктах, следует отметить, что целые яйца в скорлупе вследствие нарушения скорлупной оболочки из-за расширения содержимого замораживанию не подвергаются. С успехом замораживают и хранят в замороженном состоянии яичные белки и желтки раздельно или смесь их, называемую меланжем. Перед замораживанием рыбы ее осматривают и сортируют. У крупной рыбы обычно удаляют внутренности, а возможные загрязнения и образовавшуюся на поверхности рыбы слизь смывают чистой водой. Допускается замораживать только рыбу высокого качества, не имеющую признаков порчи и внешних дефектов. Замораживание осуществляется преимущественно в воздухе, а в некоторых случаях — в рассоле. Воздушное замораживание рыбы осуществляется в морозильных камерах. В зависимости от размеров и характера оборудования камер замораживание может производиться враскладку, навалом или в формах на стеллажах как стационарных, так и переносных, а также в подвешенном состоянии иа подвесных путях или на 16 вешалах. Температура воздуха при замораживании рыбы —30 °С и ниже. Для ускорения процесса создается побудительная циркуляция воздуха вентиляторамиболтушками. Для жирных пород рыбы, например сельдевых, температуру замораживания следует понижать и стремиться интенсифицировать процесс замораживания. Крупную рыбу ценных пород рекомендуется после замораживания покрывать глазурью (тонкой ледяной корочкой). Для этой цели замороженную рыбу сначала погружают в чистую холодную воду на несколько секунд, затем вынимают из воды и оставляют в холодном воздухе морозилок или камеры хранения. При погружении и извлечении рыбы на ее поверхности образуется тонкий слой льда. Повторные погружения позволяют получить равномерную ледяную корочку толщиной 3—4 мм. При хранении рыбы ледяное покрытие предохраняет продукт от усушки, а содержащийся в ней жир — от окисления. Внешний вид глазированной рыбы по сравнению с неглазированной более привлекателен. Ввиду большой трудоемкости указанной операции в промышленности продолжают создаваться специальные механизированные аппараты, предназначенные для глазирования рыбы. В рыбной промышленности, особенно на судах различных типов, широко применяются для замораживания морозильные аппараты. Компактность этих аппаратов, их механизация, быстрое замораживание (2…3ч) , хорошее качество получаемого продукта и высокая экономическая эффективность обусловили замену камерных морозилок на морозильные аппараты на всех действующих предприятиях рыбной промышленности, где проводится холодильная обработка рыбы. Мясо рыбы, отделенное от костей, внутренностей, освобожденное от чешуек, а иногда и от кожи, сформированное в прямоугольные бруски, называют рыбным филе. Все операции по производству рыбного филе на судах, а также па береговых предприятиях осуществляются на специальных механизированных устройствах. Филе крупных рыб, например трески и морского окуня, формируют обычно в виде блоков массой в несколько килограммов. Такие бруски филе толщиной не более 5см, обернутые в пергамент, целлофан или в другой упаковочный материал, замораживают в морозильных аппаратах, преимущественно плиточных, а затем упаковывают в коробки из гофрированного картона. Уложенное в ящики замороженное филе транспортируется обычно при температуре -18…-20°С. Для замораживания мелкой рыбы и рыбы средних размеров практикуется плотная укладка их в металлическую тару с заливкой пресной водой. В результате вытеснения воздуха водой поверхностные слои рыбы лучше сохраняются и создаются хорошие условия для теплообмена. Стремясь к более полному использованию мелкой рыбы для пищевых целей, находят целесообразным перерабатывать ее на фарш. Получаемый по специальной технологии фарш замораживается в фасованном виде в блоки. Блоки замороженного фарша могут поступать в торговую есть для реализации, а также на перерабатывающие предприятия для изготовления полуфабрикатов и готовых рыбных изделий. В современной промышленной практике молоко замораживают сравнительно редко. Опыты показали, что молоко можно заморозить и успешно сохранять в замороженном состоянии. Решающее значение для успеха имеют скорость замораживания и предварительная гомогенизация молока. После замораживания молока в тонком слое или толщиной не более 3 см оно хранится в течение 17 длительного времени и при оттаивании хорошо восстанавливается. Жирный и обезжиренный творог, предназначенный для переработки, успешно сохраняется в замороженном состоянии при -18°С в течение нескольких месяцев. Лучший эффект получают при быстром замораживании в виде брикетов. Сыры вследствие изменения вкусовых свойств замораживать не рекомендуется, но хранить их можно не только при низких положительных, по и при высоких отрицательных температурах (-2…-4°С). Масло, изготовленное с достаточно тонко диспергированной влагой, после упаковки в тару охлаждается до температуры —18°С. Естественно, что при более низкой температуре среды и интенсивной циркуляции воздуха при расположении монолитов масла в шахматном порядке температура понижается быстрее. Однако вследствие низкой теплопроводности масла и большого объема монолита температура понижается медленно. Так, при температуре воздуха —25°С и начальной температуре 10°С температура монолита на глубине 6—8 см понижается до —12°С в течение не менее 2 сут. Продолжительность холодильной обработки монолитов масла, уложенных в грузовые пакеты, возрастает не менее чем в 2 раза. На продолжительность теплоотвода влияет также содержание воды в масле. Тот же фактор оказывает существенное влияние на продолжительность хранения. Так, сладкосливочное несоленое масло при температуре —12 °С может храниться свыше года, в то время как крестьянское масло, содержащее больше воды, при указанной температуре рекомендуется хранить не более года. Для удлинения продолжительности хранения полезным оказывается после определенного срока понизить температуру с -12 до -18°С. Более высокая температура в первый период храпения обеспечивает замедление гидролитических, а во второй период понижение температуры способствует задержке окислительных процессов. Следует иметь в виду, что вода, содержащаяся в масле, как правило, находится в переохлажденном состоянии. При производстве мороженого зачастую возникает необходимость в создании резервов на случай большого его потребления в более теплое время года. При хранении важно уменьшить укрупнение кристаллов льда. Наименьшие изменения происходят при температуре -20 °С и ниже. В отдельных случаях продолжительность хранения можно допустить до 4 мес. Продукты растительного происхождения. Многие плоды и овощи удается замораживать без существенного нарушения вкусовых свойств. Замороженные плоды и овощи могут употребляться после размораживания как десерт, использоваться при приготовлении салатов и вторых блюд, а также как сырье для производства мороженого, кондитерских изделий, варенья, джемов и других пищевых продуктов. Чтобы избежать большого вымерзания воды и до некоторой степени защитить растительные клетки от разрушительного действия низких температур, придать приятный вкус ягодам, предназначенным для употребления как десерт, к ним до замораживания добавляют сахар или сахарный сироп. Замораживанию подвергается большинство садовых и дикорастущих ягод. Плоды, предназначенные для замораживания, должны быть потребительской зрелости, вполне доброкачественными. Перед замораживанием плоды сортируют, моют, режут, бланшируют, охлаждают и фасуют в тару, в которой они замораживаются и хранятся до употребления. Плоды, фасованные в мелкую тару, следует замораживать в морозильных аппаратах. 18 Режимы замораживания плодов с сахаром или сиропом, а также без сахара могут быть одинаковы. Замораживание осуществляется в морозильных аппаратах при температуре —30 °С и ниже и интенсивном отводе тепла. Хорошие результаты были получены при замораживании и хранении фруктового пюре, смешанного с сахаром. Пюре употребляется главным образом при производстве мороженого и кондитерских изделий. С помощью замораживания концентрирование соков осуществляется более успешно, чем упариванием. Для концентрирования соков применяются специальные аппараты, в которых происходят вымораживание из сока воды и отделение от сока льда методом центрифугирования или прессования. Эти операции обычно повторяются последовательно от 2 до 3 раз. В результате получается концентрированный сок, который отличается от сока, полученного методом выпаривания, лучшим ароматом, вкусом и большим содержанием биологически активных веществ. Техника замораживания овощей после соответствующей сортировки и обработки не отличается от той, которая применяется для замораживания плодов. Практикуется также замораживание смесей, состоящих из отдельных овощей, пригодных без дополнительной обработки для приготовления первых блюд. РАЗМОРАЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ В РАЗМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ Большинство замороженных продуктов перед их употреблением или дальнейшей переработкой подвергается размораживанию. Основные продукты, подвергаемые промышленному размораживанию, это мясо и рыба. Значительное количество замороженного мяса используется в течение года для промышленной переработки главным образом в колбасном и консервном производствах. Поскольку основное количество рыбы поступает на рыбоперерабатывающие предприятия в замороженном виде, то особое внимание уделяется процессу размораживания. К процессу размораживания в зависимости от назначения продукта и его вида предъявляются различные требования. Продукты перед поступлением в торговую сеть размораживать не рекомендуется, так как дальнейшее даже непродолжительное хранение ухудшает их товарный вид. Размораживание быстрозамороженных продуктов в мелкой фасовке часто совмещают с их кулинарной обработкой. Существующие способы размораживания группируются в зависимости от способа подвода тепла. Тепло продукту сообщается воздухом, паровоздушной смесью, жидкостью, электрическим полем, инфракрасными лучами. Размораживание пищевых продуктов в воздухе осуществляется в специальных камерах или аппаратах. Для нагрева воздуха они оборудуются кондиционерами или калориферами. Продукты в упаковке укладывают в штабель в шахматном порядке с прокладкой реек между рядами, без упаковки — подвешивают на подвесных путях или размещают на стеллажах. Температуру и влажность циркулирующего воздуха во время размораживания постепенно повышают и об окончании процесса судят по температуре в толще продукта. 19 Лекция 1.2. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 1. Системы воздухораспределения в камерах холодильной обработки пищевых продуктов 2. Системы воздухораспределения в камерах хранения пищевых продуктов Для организации движения воздуха в охлаждаемых помещениях их оснащают специальным оборудованием или устройствами, представляющими собой систему воздухораспределения. В холодильных камерах применяют туннельную систему воздухораспределения; ложный потолок; системы воздушного душирования; воздуховоды с продольными или поперечными (радиальными) соплами; двухканальную, одноканальную и бесканальную системы. Параметры воздушных струй, формируемых системами воздухораспределения, зависят от их вида (свободные и стесненные струи). Специфические особенности работы и анализ систем воздухораспределения применительно к условиям камер холодильной обработки или хранения продуктов будут рассмотрены при изучении оборудования этих устройств. Системы воздухораспределения, формирующие свободные струи, получили широкое распространение в камерах, предназначенных для холодильной обработки мяса в тушах и полутушах. В этих камерах следует создавать направленный обдув бедренных частей, толщина которых определяет продолжительность холодильной обработки полутуши. Системы воздухораспределения оцениваются и сравниваются по технологическим, экономическим и эксплуатационным показателям. К технологическим показателям относят равномерность параметров воздушной среды (температура, влажность, скорость) в грузовом объеме камер хранения или у поверхности охлаждаемых (замораживаемых) продуктов в камерах холодильной обработки; постоянство этих параметров во времени, усушка продуктов и интенсивность охлаждения (замораживания); к экономическим - удельные капитальные и эксплуатационные затраты, а к эксплуатационным — удобство монтажа, эксплуатации и ремонта, а также возможность регулирования системы при изменении условий работы охлаждаемого помещения. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КАМЕРАХ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Туннельная система Туннельная система состоит из туннеля, в котором находится пищевой продукт, подвергающийся холодильной обработке, и перегородок, организующих движение воздушного потока в системе. Воздух может перемещаться вдоль короткой (поперечное движение) и длинной (продольное движение) сторон помещения или же в вертикальной плоскости туннеля (рис. 1). 20 Охлажденный в воздухоохладителе воздух вентиляторами направляется в туннель, где он омывает продукт, который может располагаться на подвесных путях, этажерках, а также находиться в формах, ящиках или в коробках. Туннели с поперечным движением воздуха из-за значительного живого сечения оснащаются несколькими осевыми вентиляторами, а туннели с продольным движением — центробежными. Для туннелей с продольным движением воздуха характерно значительное аэродинамическое сопротивление в циркуляционном кольце и меньший, по сравнению с туннелями с поперечным движением, расход воздуха. Туннельную систему воздухораспределення применяют в камерах холодильной обработки продуктов. Рисунок 1. Туннельная система воздухораспределения с движением воздуха в вертикальной плоскости: 1 - воздухоохладлтель; 2 - перегородки; 3 - туннель. Ложный потолок Ложный потолок изготовляют из асбошиферных или из пластиковых листов, установленных в виде щитов между балками подвесных путей. В щитах, уложенных аад рельсами подвесных путей, предусматриваются щели шириной 30—40 мм. Высота пространства, образующегося между ложным потолком и перекрытием, в многоэтажных холодильниках составляет 800 мм; высота этого пространства в одноэтажных холодильниках определяется величиной наклона кровли. Элемент конструкции камеры, оборудованной ложным потолком, представлен на рис. 2. Ширина щелей ложного потолка 30—40 мм, а длина 300—700 мм при расстоянии между щелями 200—300 мм. При указанных конструктивных размерах щелей ложного потолка система воздухораспределения обеспечивает расчетные скорости движения воздуха. 21 Рисунок 2. Элемент конструкции камеры, потолком: 1 — ложный потоок, 2—подвесной путь. оборудованной ложным Система воздушного душирования Система воздушного душирования состоит из металлических воздуховодов прямоугольного или фасонного сечения, находящихся над подвесными путями. В воздуховоды вмонтированы цилиндрические сопла диаметром 50 мм, расположенные в шахматном порядке (5—6 сопел на 1 м длины воздуховода). При воздушном душировании полутуш мяса бедренные части обдуваются воздушными струями, выходящими из сопел. Элемент конструкции камеры, оборудованной системой воздушного душирования, показан на рис. 3, а характер развития воздушных струй у полутуш мяса — на рис. 4. "Выходя из сопел и расширяясь за счет эжекции окружающего воздуха, струи воздуха сливаются и движутся одним потоком, обдувая вначале с наибольшей скоростью бедренные части полутуш, а затем с меньшей — лопаточные. При движении струй их пограничные слои складываются, в результате чего средняя скорость движения воздуха в зоне бедра полутуши становится выше средней скорости струи, выходящей из отдельного сопла. Рисунок 3. Элемент конструкции камеры, оборудованной системой воздушного душирования: 1 — воздуховод; 2 — сопло; 3 — подвесной путь; 4 — полутуша мяса. 22 Воздуховоды с продольными или с поперечными щелями Система воздухораспределения состоит из воздуховодов, расположенных между подвесными путями (рис. 4). Холодный воздух, выходящий из сопел, обдувает толстые бедренные части полутуш. В отличие от системы воздушного душирования изготовление воздуховодов со щелями значительно проще и дешевле. При подаче воздуха в камеру через продольные щели с оптимальной скоростью обдувается лишь часть поверхности бедренной части полутуши, что приводит к возрастанию продолжительности холодильной обработки мяса. Более совершенной является система подачи воздуха через поперечные щели воздуховодов, которые целесообразно размещать между подвесными путями (это позволяет приблизить воздуховод к продукту и значительно снизить скорость выхода воздуха из сопла). Для нормального обдува бедренных частей полутуши необходимо предусмотреть восемь щелей на 1 м воздуховода. Рисунок 4. Элемент конструкции камеры, оборудованной воздуховодами: а — с продольными щелями; б —с поперечными щелями; 1 — полутуша мяса; 2 — сопло; 3 — подвесной путь; 4 — воздуховод. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КАМЕРАХ ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Двухканальная система В камерах хранения движение воздуха целесообразно организовать с помощью систем воздухораспределения таким образом, чтобы создать равномерные поля (температурное и влажностное) в грузовом объеме камеры; экранировать наружные ограждения охлаждаемых помещений воздушными струями. Двухканальная система воздухораспределения (рис. 5) состоит из всасывающего и нагнетательного каналов с окнами, вентилятора и воздухоохладителя. Из помещения воздух засасывается через всасывающий какал и вентилятором 23 подается в воздухоохладитель, в котором воздух охлаждается и осушается. После воздухоохладителя холодный воздух направляется по нагнетательному каналу в помещение, где он нагревается и увлажняется. Равномерность воздухораспределения достигается устройством большого количества окон (два-три на шестиметровый пролет), из которых воздух подается в охлаждаемое помещение со скоростью 1—2 м/с. Для частичного экранирования теплового потока через наружные ограждения нагнетательные каналы располагают ближе к потолку, а окна для подачи воздуха — на нижней поверхности канала. В этом случае холодный воздух, выходящий из окон, создает воздушную завесу у наружных стен. При двухканальной системе наблюдается заметная скорость движения воздуха только вблизи окон нагнетательных каналов. Поскольку часть помещения занимают каналы, уменьшается его грузовой объем. Рисунок 5. Двухканальная система воздухораспределения: 1- всасывающий канал; 2 — вентилятор; 3 — воздухоохладитель; 4 — нагнетательный канал. (Стрелки покалывают направление движения воздуха.) Одноканальная система При одноканальной системе в охлаждаемом помещении располагаются только нагнетательные каналы. Одноканальная система воздухораспределения (рис. 6) выполняется с эжекторной подачей воздуха и подачей его через окна. При эжекторной подаче холодный воздух направляется в помещение через сопла различной конструкции, вмонтированные в воздуховоды. В камерах хранения пищевых продуктов воздуховоды размещаются в верхней зоне камеры над грузовым проходом. В одноканальной системе с подачей воздуха через окна холодный воздух направляется в камеру хранения фруктов через отверстия с небольшой скоростью. Температура холодного воздуха на 2—3°С ниже температуры воздуха помещения. Равномерная скорость движения воздуха в грузовом объеме камер хранения с одноканальной системой воздухораспределения достигается размещением разветвленной системы воздуховодов с большим количеством окон. Специальные автоматические заслонки окон регулируют количество подаваемого воздуха. 24 Рисунок 6. Одноканальная система воздухораспределения: 1 нагнетательный канал, 2 — штабель груза. (Стрелки показывают направление движения воздуха.) Бесканальная При бесканальной системе холодный воздух подается в помещение через цилиндрические, конические или прямоугольные сопла (насадки). Воздух обычно охлаждается в постаментных воздухоохладителях (рис. 7,а), которые вытесняются подвесными. Такие воздухоохладители не занимают строительную площадь охлаждаемых помещений и располагаются на расстоянии 3—6 м друг от друга. Воздух, охлажденный в подвесном воздухоохладителе (рис. 7,б), подается в камеру с помощью направляющего аппарата. Конструктивное оформление направляющего аппарата, обеспечивающего рациональное движение холодного воздуха, зависит от назначения охлаждаемого помещения. Рисунок. 7. Бесканальная система воздухораспределения: а — с постаментными воздухоохладителями: 1— постамеитный воздухоохладитель; 2 — всасывающее окно; 3 — охлаждающие секции; 4 — центробежный вентилятор; 5 — сопло; б — с подвесными воздухоохладителями: 1—подвесной воздухоохладитель; 2 — поддон воздухоохладителя; 3 — вентилятор; 4 — направляющий аппарат. Стрелки показывают направление движения воздуха. 25 Модуль 2. Холодильники. Лекция 2.1. ХОЛОДИЛЬНИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВЫХ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ 1. Типы холодильников и их особенности 2. Свойства теплоизоляционных материалов 3. Свойства паро- и гидроизоляционых материалов 4. Примеры конструкций ограждений холодильников 5. Основы расчета холодильных камер 6. Расчет теплопритоков в охлаждаемые помещения Холодильник — это промышленное предприятие, предназначенное для охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся продуктов. Холодильники имеют характерные особенности, 1. В них обрабатываются и хранятся ценные и довольно быстропортящиеся продукты, требующие для своего сохранения поддержания температур ниже температуры наружной окружающей среды и определенной относительной влажности, а в некоторых случаях — циркуляции воздуха и определенного воздухообмена или даже определенного состава газовой среды (например, при хранении фруктов в среде с повышенным содержанием двуокиси углерода или другого газа). 2. Теплота и влага наружного воздуха стремятся проникнуть в холодильник, что требует создания специальных конструкций ограждений для уменьшения проникновения теплоты и влаги внутрь помещений. 3. Большой объем перемещаемых грузов и необходимость быстрой их разгрузки требуют широкого применения транспортных устройств. 4. К ним предъявляются высокие санитарные требования. Холодильники можно классифицировать по различным признакам. Каждый тип холодильника имеет свои особенности, которые приходится учитывать при проектировании и эксплуатации. Различают следующие типы холодильников. Производственные холодильники, которые предназначены для первичной термической обработки (охлаждения и замораживания) пищевых продуктов и находятся в районах производства или заготовки продуктов. Они могут быть цехом какого-либо пищевого предприятия (мясокомбината, молочного комбината и т. п.) или самостоятельным предприятием в месте заготовки, например, рыбы (рыбные заготовительные) или птицы, яиц (птично-яичные) и другой продукции сельского хозяйства. Холодильники этого типа характеризуются большой производительностью устройств для охлаждения и замораживания при относительно небольшом объеме помещений для хранения продуктов. Базисные холодильники предназначены для долгосрочного хранения продуктов, поступающих из производственных холодильников, с целью создания резервов. Эти холодильники обычно имеют большую емкость помещений для хранения продуктов и малую производительность устройств для охлаждения и замораживания. На таких холодильниках предъявляются повышенные требования к 26 поддержанию постоянства температурного и влажностного режимов в охлаждаемых помещениях. Портовые холодильники служат для краткосрочного хранения грузов при их перегрузке с одного вида транспорта на другой, например с водного на железнодорожный транспорт и т, п. Строятся такие холодильники в речных или морвких портах. Для них характерны большие объемы грузовых операций, операций по осмотру и сортировке продуктов, для чего предусматриваются специальные помещения. Особенно высока должна быть степень механизации грузовых работ, в частности для погрузки и разгрузки судов. Распределительные холодильники предназначены для равномерного обеспечения городов и промышленных центров сезонными продуктами питания в течение всего года. Так же, как и базисные холодильники, характеризуются относительно большой вместимостью помещений для хранения продуктов. Торговые холодильники служат для кратковременного хранения продуктов на торговых базах, в магазинах, столовых, ресторанах и т. п. Характерными для этого типа холодильников являются повышенные температуры хранения и менее строгие требования в отношении поддержания постоянных условий хранения. К этой же группе холодильных установок относятся также устройства для текущего хранения продуктов в торговой сети. Транспортные холодильники предназначены для создания необходимых низкотемпературных условий перевозки продуктов на разнообразных средствах транспорта. Различают железнодорожный, водный, автомобильный и авиационный холодильный транспорт, а также холодильные контейнеры. Все эти виды холодильных устройств являются связующими элементами между отдельными звеньями непрерывной холодильной цепи. Транспортные холодильники могут предназначаться и для производственных или заготовительных целей. Так, например, имеются промысловые суда, на которых производится замораживание рыбы, передвижные устройства на автомобилях для замораживания ягод и т. п. Домашние (бытовые) холодильники служат для кратковременного хранения продуктов в домашних условия и для производства небольшого количества льда. Они являются последним звеном непрерывной холодильной цепи. Приведенная классификация холодильников в определенной степени условна, так как иногда функции холодильников могут меняться или сочетаться. Различные холодильники могут сравниваться друг с другом по объему или емкости камер хранения, а также по производительности помещений или устройств для термической обработки (охлаждения или замораживания). В зарубежной практике размер холодильников обычно характеризуют объемом камер хранения в кубических метрах. В странах СНГ размер холодильников принято оценивать емкостью в тоннах (кроме домашних холодильников, размер которых определяют по полезному объему в кубических дециметрах, а также торгового холодильного оборудования и других малых установок, объем которых измеряют в кубических метрах). Емкость холодильника определяется количеством груза в тоннах, которое может одновременно храниться в грузовом объеме холодильника. Так как в одном и том же объеме помещения можно разместить неодинаковое количество различных продуктов (в соответствии с их объемной массой), то для сравнения холодильников между 27 собой приходится вводить понятие об условной емкости помещений (или емкости по условному грузу), под которой понимают емкость холодильника при загрузке его мороженым мясом. По величине условной емкости холодильники подразделяются на малые, имеющие емкость до 500 т, средние — до 5000 т и крупные — свыше 5000т. Другой характеристикой величины холодильника является производительность оборудования для осуществления основных технологических процессов: охлаждения и замораживания (а иногда и размораживания). Холодильные установки любой отрасли промышленности в зависимости от характера технологического процесса могут быть двух видов: 1) технологический процесс предусматривает непрерывное понижение температуры охлаждаемого объекта от начальной температуры до необходимой конечной; 2) технологический процесс требует поддержания постоянных параметров охлаждаемой среды, такие установки работают в условиях стационарного теплового состояния. Так, в охлаждаемых помещениях холодильных установок второго вида должны устанавливаться и длительное время поддерживаться определенные параметры воздушной среды. К таким параметрам состояния воздуха внутри охлаждаемого помещения относятся прежде всего температура и влажность воздуха. Третьим параметром воздушной среды является скорость движения воздуха. Кроме этого, в ряде случаев приходится очищать воздух помещения от механических и бактериальных загрязнений, запаха, а также поддерживать определенный состав газовой среды. Холодильные установки работают при переменных внешних условиях, т. е. неизменно выводятся из состояния равновесия. Если теплоприток QT становится больше теплоотвода Q0, то это вызывает повышение температуры. Если же теплоприток оказывается меньше теплоотвода, то результатом такого неравенства будет понижение температуры в помещении. 2. СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Изоляция ограждений холодильных сооружений оказывается в трудных условиях прежде всего из-за непрерывных изменений температуры и влажности наружного воздуха, переменного воздействия солнечной радиации и ветра. Потоки теплоты и влаги не только меняются по величине, но иногда (при относительно высоких температурах в помещениях) и по направлению. Особенностью работы холодильной изоляции является возможность конденсации водяного пара на поверхностях ограждения или внутри изоляции, а в некоторых случаях и замерзания выпавшей влаги. В этих условиях необходимо, чтобы теплоизоляционные материалы не только имели хорошие первоначальные свойства, но и по возможности сохраняли их в условиях длительной эксплуатации. По этой причине теплоизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, позволяющими изолированным ограждениям успешно выполнять свои функции в течение значительного срока. 1. Основное свойство, которым должен обладать теплоизоляционный материал, — это низкая способность проводить теплоту, характеризуемая соответственно малой величиной коэффициента теплопроводности λ [Вт/(мК). В определенной степени указанное свойство предполагает малую объемную массу 28 материала (кг/м3). Связь между двумя этими величинами объясняется тем, что характерной особенностью структуры теплоизоляционных материалов является высокая пористость. Можно сказать, что каждый теплоизоляционный материал состоит из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор (ячеек, капилляров), и воздуха (или другого газа), заполняющего объем пор. В связи с такой неоднородностью структуры теплоизоляционных материалов характеристикой их массы является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема системы. Благодаря пористой структуре изоляционных материалов их коэффициент теплопроводности определяется соотношением между количеством воздуха (или газа) внутри пор, обладающего весьма низким коэффициентом теплопроводности, и вещества в твердой оболочке. Так, сухой неподвижный воздух при 0°С имеет коэффициент теплопроводности λ= 0,023 Вт/(мК), У газообразной двуокиси углерода λ = 0,014 Вт/(мК), у перегретого пара хладона-11 λ = 0,008 Вт/(м-К), а хладона-12 λ = 0,009 Вт/(мК); коэффициент теплопроводности оболочек пор находится в интервале от 2,3—5,8 Вт/(мК) для естественных минералов и растительных волокон до 10,5— 419Вт/(мК) для металлов. Коэффициент теплопроводности материалов, применяемых для тепловой изоляции, в зависимости от вышеуказанного соотношения находится в пределах 0,015—0,35 Вт/(мК). 2. Теплоизоляционные материалы должны обладать малой гигроскопичностью и малым водопоглощением. Гигроскопичностью называется свойство материалов поглощать (сорбировать) водяной пар, а водопоглощением — поглощать капельножидкую воду. Этими свойствами различные материалы обладают в разной степени, но в результате их проявления влажность материалов возрастает. Влажность материала характеризуется содержанием в нем свободной, т. е. химически не связанной воды. Численное значение влажности зависит от выбора количественной единицы измерения. Различают массовую и объемную влажность материала. Массовая влажность может быть отнесена к массе сухого или к массе влажного материала. Объемной влажностью материала называется отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему самого образца. В этом определении вся влага независимо от того, в каком агрегатном состоянии она находится в материале, считается по объему капельной водой. Кроме того, предполагается, что при, поглощении воды объем материала не изменяется. Содержащий влагу изоляционный материал может подвергаться гниению, в нем могут образовываться грибки и плесени, что приводит к разрушению материала и сокращению срока его службы. 3. Теплоизоляционные материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими. Это значит, что материалы не должны становиться хрупкими при низких температурах и, кроме того, должны сохранять прочность и эластичность каркаса, подвергаясь многократному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии, т. е. при наличии воды в порах. Увеличение объема воды при ее замерзании в порах материала не должно вызывать образования трещин в материале или его разрушения. 4. Теплоизоляционные материалы должны быть негорючими или обладать возможно меньшей горючестью. 29 5. Теплоизоляционные материалы должны быть химически инертными по отношению к материалам, с которыми они могут контактировать в изоляционной конструкции, например не вызывать коррозию стальных стенок аппарата, на наружную поверхность которого наложен теплоизоляционный слой данного материала. 6. Теплоизоляционные материалы не должны иметь запаха или воспринимать запахи. Это качество существенно для пищевых предприятий, поскольку многие скоропортящиеся пищевые продукты легко воспринимают различные запахи, что ухудшает их потребительское качество. Некоторые же продукты (например, рыба) сами обладают запахом, который может быть воспринят теплоизоляционным материалом и передан другим продуктам, которые будут затем храниться в охлаждаемом помещении. 7. Теплоизоляционные материалы должны обладать способностью противостоять грызунам и не должны привлекать их. 8. Теплоизоляционные материалы должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать воздействия, неизбежные во время транспортировки, укладки и в процессе эксплуатации (нагрузка от продуктов, удары, вибрации). 9. Теплоизоляционные материалы должны легко обрабатываться (разрезаться, пилиться и т. д.) обычными режущими инструментами. 10. Теплоизоляционные материалы должны обладать удовлетворительными экономическими показателями. При прочих удовлетворительных свойствах высокая стоимость материала или его малые ресурсы ограничивают возможности применения такого материала. Материалов, обладающих в равной и полной степени всеми перечисленными свойствами, пока не существует. Поэтому выбор теплоизоляционных материалов производится не только с учетом их положительных и отрицательных качеств, но иногда и реальной возможности получения материала на месте строительства, а также в зависимости от значения и назначения объекта. По внешнему виду или способу применения в изоляционной конструкции теплоизоляционные материалы классифицируются на такие группы. 1. Штучные жесткие изделия, имеющие определенные размеры и форму; при выполнении изоляционных работ форму таких изделий обычно не изменяют. Для изоляции плоских поверхностей они могут быть в виде плит, блоков и кирпичей. Для изоляции криволинейных поверхностей (сосудов цилиндрической формы, трубопроводов) штучные жесткие изделия изготовляют в виде сегментов, брусков с трапециевидным сечением, скорлуп (полуцилиндрических оболочек). Производятся и изделия сложной конфигурации, предназначенные для изоляции фасонных частей трубопроводов (вентилей, тройников, угольников и т. п.). 2. Штучные гибкие изделия, имеющие определенные размеры, но форму этих изделий можно в некоторой степени изменять. Они производятся в виде матов, листов, рулонов и шнура. Такие изделия используются для изоляции как плоских, так и криволинейных поверхностей. 3. Сыпучие или засыпные материалы, представляющие собой рыхлую бесформенную массу с произвольным расположением частиц. Материалы могут быть зернистого строения (зерна, опилки), порошкообразного и волокнистого (нити, 30 волокна). 4. Материалы, которые в конечном виде получают в самом процессе выполнения теплоизоляционных работ, например напылением на изолируемую поверхность или заливкой исходной смеси в изолируемое пространство. Благодаря такой технологии получения теплоизоляционного слоя они могут применяться для изоляции поверхностей любой конфигурации, даже очень сложной. Большинство высокоэффективных материалов имеет малую механическую прочность. Материалы данной группы можно разделить на несколько подгрупп. 1. Органические естественные материалы. К ним относятся различные породы растительных волосков или растительного пуха, находившие ранее применение, но теперь редко используемые. 2. Органические искусственные материалы. Очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов — тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся (незамкнутые) поры и потому не используемых в качестве теплоизоляционных материалов. Теплоизоляционные материалы низкой эффективности включают такие материалы, которые используются главным образом как строительные, но могут выполнять также функции тепловой изоляции. 1. Органические естественные материалы. К ним относится древесина различной породы. 2. Неорганические естественные материалы. В эту подгруппу включаются естественные легкие камни: известняки, ракушечник, пемза. 3. Неорганические искусственные материалы. К ним относятся легкие, или теплые бетоны. Легкими называются бетоны, в которых в качестве крупного инертного заполнителя применены такие сравнительно легкие материалы, как шлак, пемза и др. В соответствии с видом заполнителя эти бетоны носят название шлакобетон, пемзобетон и т. п. Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в соответствии с назначением холодильной установки, с местными условиями строительства. В настоящее время получил широкое распространение прогрессивный метод полносборного строительства холодильников из легких металлических конструкций заводского изготовления. Традиционные методы возведения холодильников из сборного железобетона уже не в состоянии удовлетворять современным требованиям сокращения сроков и трудоемкости строительства, снижения расхода строительных материалов и облегчения массы конструкций, улучшения качества строительных работ и обеспечения максимальной заводской готовности зданий. Указанным требованиям в наибольшей степени отвечают полносборные холодильники из легких металлических конструкций заводского изготовления. Широкое внедрение их в практику строительства стало возможно на основе достигнутого технического прогресса в области создания новых строительных и теплоизоляционных материалов, совершенствования и индустриализации методов строительства, разработки технологии и организации заводского изготовления легких металлических конструкций общепромышленных зданий. 31 Здания полносборных холодильников выполняют каркасными с ограждениями из трехслойных панелей типа «сэндвич», представляющих собой два облицовочных алюминиевых или стальных листа толщиной 0,8—1,0 мм, пространство между которыми заполнено теплоизоляцией чаще всего из твердого пенополиуретана, вспененного в процессе изготовления панелей. Масса таких панелей почти в 15—30 раз легче соответствующей стены из традиционных материалов (кирпича, бетона). На рисунке показаны варианты исполнения сендвич-панелей. а) б) в) Варианты исполнения сендвич-панелей с наполнителем из жёсткого пенополиуретана. а) обычный стык серии SC; б) со скрытым стыком; в) обычный стык серии HC; Панели значительно превосходят традиционные строительные материалы по своим теплоизоляционным свойствам и энергосберегающим показателям. Могут использоваться для возведения объектов во всех климатических районах. Высокие теплоизоляционные свойства делают возможным значительное уменьшение толщины стен и перегородок при строительстве, увеличивая этим полезную площадь здания. 32 Технология монтажа панелей сэндвич позволяет собирать здания в кратчайшие сроки. Сравнительно небольшой вес панелей дает возможность снижать затраты за счет использования облегченного фундамента и простого их монтажа, не требующего использование специального подъемного оборудования и инструментов. Высокие эстетические свойства материала, которые заключаются в многообразии цветовых решений, отсутствии необходимости в дополнительной наружной отделке и возможности использовать как вертикальный, так и горизонтальный монтаж, что предоставляет безграничные архитектурные возможности. "Сухая" технология монтажа позволяет производить монтажные работы и в зимний период при любых погодных условиях. Герметичность стыковки панелей исключает возникновение "мостиков холода” и проникновение паров влаги, атмосферных осадков. Долговечность объектов, построенных из панелей (не подвержены разложению и гниению, агрессивной промышленной среды), высокая стойкость их к действующим атмосферным факторам (не разрушаются под воздействием сезонных температурных колебаний, солнечного излучения, дождя, снега, ветра). Как результат – здания длительное время (до 50 лет) не требуют реновации. Гигиеничность поверхности и простота поддержания чистоты, что исключительно важно для пищевой промышленности. Основные преимущества панелей сэндвич с наполнителем из пенополиуретана (ППУ) для холодильных, морозильных и термогазонепроницаемых камер перед другими панелями, имеющими данную область применения, заключаются в основном в наполнителе и конструкции замка сопряжения панелей по всей их длине. Теплосберегающие характеристики ППУ превышают характеристики пенополистирола. Пенополиуретан среди теплоизолирующих материалов обладает наиболее низким коэффициентом теплопроводности и высокими гидроизолирующими свойствами (ППУ не впитывает влагу, что обеспечивается его мелкоячеестой структурой, которая имеет не менее 98% закрытых пор). Пенополиуретан имеет способность сохранять низкую теплопроводность в течении всего срока эксплуатации. Пенополиуретан химически нейтрален к кислотным и щелочным средам. Он обладает высокой стойкостью по отношению к химическим соединениям. Пенополиуретан долговечный материал. Согласно исследованиям в течение 50 лет практически не происходит изменения в структуре материала. Возможно многоразовое использование панелей. Полный срок службы ограничивается только внешним механическим разрушением изоляции. Пенополиуретан имеет более широкий диапазон рабочих температур (-180..+180) чем пенополистирол (-40..+65), что обеспечивает более широкую сферу применения. Механическая прочность пенополиуретана превышает прочность пенополистирола. Это уменьшает потребность в дополнительных конструкциях и соответственно уменьшает стоимость объекта. Высокая адгезионная прочность ППУ к поверхности облицовки и плотность сопряжения панелей обеспечивает прочность конструкции, исключает проникновение влаги и появление конденсата в структуре панели. ППУ не подвержен воздействию грызунов. 33 Каркас здания устраивают из легких стальных конструкций, защищенных от коррозии специальным покрытием. Панели крепят к каркасу с внутренней или внешней стороны здания. В зависимости от этого различают два типа зданий полносборных холодильников: с внешним или внутренним расположением каркаса. Монтаж зданий полносборных холодильников выше уровня пола практически ограничивается установкой и болтовой связью элементов металлоконструкций (сварочные соединения, как правило, отсутствуют), установкой и креплением стеновых и кровельных панелей, подвеской панелей ложного потолка и экранирующих стеновых листов (при внешнем каркасе), заделкой и прикрытием стыков панелей, навеской дверей и ворот. При полносборном методе строительства холодильников из легких металлических конструкций возможное многообразие объемно-планировочных и конструктивных решений зданий должно удовлетворяться ограниченным, минимальным, ассортиментом типовых конструктивных элементов и деталей, с тем чтобы организовать высокоиндустриальнопоточное производство таких элементов в заводских условиях промышленных предприятий. Поэтому в настоящее время в ряде стран разработаны унифицированные габаритные схемы полносборных холодильников, базирующихся на едином планировочно-конструктивном модуле здания, позволяющем использовать одинаковые конструктивные элементы для строительства различных по емкости, габаритным размерам и характеру эксплуатации предприятий. Путем определенного сочетания таких модулей охватывается широкая номенклатура холодильников, начиная от предприятий вместимостью 500 т и заканчивая предприятиями вместимостью в 12 тыс. т и более. При этом принятым модулям соответствует, как правило, унифицированный тип холодильного и другого оборудования. 3. СВОЙСТВА ПАРО- И ГИДРОИЗОЛЯЦИОНЫХ МАТЕРИАЛОВ Как говорилось ранее, наличие градиента упругости водяного пара, содержащегося в окружающей среде и в охлаждаемом помещении, вызывает поток пара через ограждение. Кроме того, в ряде случаев возможно поступление влаги в ограждение при соприкосновении капельной воды с материалами. Так, в ограждение может проникать влага из грунта, влага атмосферных осадков, что требует выполнения гидрозащиты материалов, из которых сделаны ограждения. 'Защита от проникновения парообразной и капельной влаги выполняется материалами, одновременно являющимися паро- и гидроизоляционными. Пароизоляционные материалы должны отвечать следующим требованиям, 1. Иметь высокое сопротивление паропроницанию, что характеризуется малым коэффициентом паропроницаемости материала. 2. Не поглощать влагу, что предупреждает гниение материалов и обеспечивает их долговечность. 3. Быть температуроустойчивыми, т. е. не быть хрупкими при низких температурах и не размягчаться при температурах, соответствующих верхней границе рабочего температурного интервала. 4. Не иметь запаха. Основным пароизоляционным материалом является битум (асфальтовый гудрон), который находит и самостоятельное применение и является важнейшей составляющей многих пароизоляционных материалов. 34 Коэффициент теплопроводности битума 0,30—0,35 Вт/(м-К). По способу производства пароизоляционных работ пароизоляционные материалы могут быть окрасочные (обмазочные) и оклеечные. Битум относится к окрасочным материалам. Его наносят на поверхность в расплавленном состоянии щетками (кистями) вручную, в один или несколько слоев общей толщиной от 1 до 5 мм. Более производительным способом, позволяющим создать пароизоляционный слой более высокого качества, оказывается окраска поверхности битумной эмульсией или битумной мастикой. Битумная эмульсия представляет собой мелкодисперсные частицы битума, находящиеся в воде во взвешенном состоянии. В состав эмульсии входят эмульгаторы (мыло, некоторые сорта глины и др.), обволакивающие поверхности частиц битума тонкой оболочкой и тем самым препятствующие слипанию их в крупные частицы. К оклеенным пароизоляционным материалам относятся различные битумные и не битумные рулонные и листовые материалы,, 1. Битумные материалы с органической основой. Такими материалами являются пергамин и рубероид. Пергамин — это кровельный картон, пропитанный легкоплавким битумом с толщиной листов 0,5—0,7 мм. Рубероид — кровельный картон, пропитанный легкоплавким битумом и с одной или с двух сторон покрытый слоем тугоплавкого битума, в связи с чем рубероид называют покровным рулонным материалом, а пергамин — беспокровным. Недостатком этих материалов является возможность гниения их основы и вследствие этого уменьшение долговечности пароизоляционного слоя. 2. Материалы с неорганической (негниющей) основой. К ним относятся гидроизол, фольгоизол, стеклоизол, стеклорубероид. Гидроизол — это беспокровный рулонный материал, изготовленный путем пропитки асбестового картона битумами. Толщина листов около 1мм. При изготовлении фольгоизола алюминиевая фольга толщиной 0,2—0,3 мм покрывается с одной стороны битумно-резиновым составом. Толщина листов до 4 мм. Стеклорубероид и стеклоизол имеют одинаковую основу — стекловолокнистую ткань, но стеклорубероид получают нанесением на ткань битума, а стеклоизол — битумно-резиновой массы. Толщина листов 2— 3 мм. 3. Безосновные материалы. К ним относятся изол и бризол, которые изготовляют прокатыванием через вальцы смеси нефтяных битумов с наполнителем (асбестовые волокна и тальк)и с дробленой старой резиной. Выпускаются толщиной 2,0 мм, шириной 450 мм (бризол) и 800—1000 мм (изол). Их отличает высокая пластичность при низких температурах. Материалы последних двух групп обладают высокой паронепроницаемостью, водостойкостью, долговечностью и применяются в ответственных сооружениях. Для пароизоляции применяются и небитумные материалы, в частности полимерные пленочные материалы, например полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки (толщиной 0,2 мм). Их недостатком является быстрое старение и трудность наклеивания. Лучшие результаты дает применение дублированных пленок типа пленка—бумага или пленка— фольга—бумага. Хорошим средством защиты изоляции от увлажнения является облицовка поверхности стен глазурованными плитками. Идеальными пароизоляционными материалами являются металлы, которые приходится использовать в низкотемпературных малых установках. Для приклеивания неполимерных теплоизоляционных материалов и 35 пароизоляционных материалов к изолируемым поверхностям применяют расплавленную горячую битумную мастику. Но для приклеивания полимерных материалов она не годится из-за высокой температуры расплавления, при которой происходят необратимые изменения этих материалов. Для приклеивания пенополистирола и синтетических пленок используют битумную мастику с температурой расплавления 70—80°С, или клеи. 4. ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ ОГРАЖДЕНИЙ ХОЛОДИЛЬНИКОВ Технология устройства теплоизоляции ограждений стационарных холодильных камер 1. Стены. Изоляция стен камеры пенополистирольными плитами. На гладкую сухую поверхность капитальной стены из кирпича, бетонных блоков или другого строительного материала наносится слой гидроизоляции (полиэтиленовая пленка, фольгированная пленка, битумная мастика, рубероид и пр.). Используемый в качестве гидроизоляции горячий нефтяной битум, служит также для приклеивания первого слоя плит теплоизоляции. Плиты теплоизоляции плотно прижимаются к поверхности стены, швы между плитами замазываются мастикой, приготовленной из крошки плит на битумной основе, или задуваются монтажной пеной. Швы между плитами теплоизоляции второго слоя не должны совпадать со швами между плитами первого слоя. Суммарная толщина плит теплоизоляции зависит от температуры в камере и в первом приближении может быть принята: — при температуре в камере +5°С 0°С - 100 мм; — при температуре в камере -5°С -10°С - 150 мм; — при температуре в камере -15°С -20°С - 200 мм; — при температуре в камере -20°С -25°С - 250 мм. Поверх последнего слоя плит теплоизоляции наносится пароизоляция (полиэтиленовая пленка, фольгированная пленка, битумная мастика, рубероид и пр.). Отсутствие либо некачественное выполнение паро- или гидроизоляции способствует проникновению влаги в слой теплоизоляции. Это ухудшает свойства теплоизоляции, приводит к теплопотерям, повышенному расходу электроэнергии и моторесурса холодильного оборудования, несоблюдению температурного режима камеры. Облицовка внутренней поверхности камеры выполняется металлическими листами или керамической плиткой на слое штукатурки. Изоляция стен камеры пенополиуретаном (рипором). На сухую поверхность капитальной стены (стена не должна быть побеленной) из кирпича, бетонных блоков или другого строительного материала напыляется пенополиуретан толщиной: — при температуре в камере +5°С 0°С - 25 50 мм; — при температуре в камере -5°С -10°С - 50 75 мм; — при температуре в камере -15°С -20°С - 100 125 мм; — при температуре в камере -20°С -25°С - 125 150 мм. 36 Поверхностный слой пенополиуретана является герметичным и поэтому выполнение паро- и гидроизоляции не обязтельно. При необходимости облицовка внутренней поверхности камеры производится по аналогии с пунктом 1.1. Потолок. Технология устройства изоляции потолка камеры аналогична технологии изоляции стен. Пол. На очищенный бетонный пол укладывается кабель электроподогрева и заливается бетоном толщиной 20 30 мм. Укладывается слой гидроизоляции (полиэтиленовая пленка, фольгированная пленка, битумная мастика, рубероид и пр.), а поверх гидроизоляции — плиты теплоизоляции (пенополистирол) суммарной толщиной: — при температуре в камере 0°С -5°С - 50 мм; — при температуре в камере -10°С -18°С - 100 мм; — при температуре в камере -20°С -25°С - 150 мм. На плиты теплоизоляции стелится пароизоляция, затем устанавливаются и вяжутся подготовительные решетки из арматурной стали (пруток 6 8 мм, размер ячейки 150х150 мм). Укладывается бетон марки не ниже 300, толщиной: а) 50 мм — при транспортировке продуктов в камере роклой или вручную; б) 100 мм — при транспортировке продуктов в камере автопогрузчиком. Полная выдержка бетона — 28 суток. Наиболее доступным и приемлемым теплоизоляционным материалом для холодильных камер является пенопласт. Этот материал сравнительно недорог, достаточно технологичен в работе и безвреден. В зависимости от температурного режима предлагаются следующие толщины теплоизоляции камер, располагаемых внутри помещения: Толщина теплоизоляции в Примечания мм не менее 50 мм Пол можно не изолировать более +5°С пенопласта При температуре в камере не менее 100 мм ниже 0°С необходим +5°С -5°С пенопласта контроль температуры и подогрев пола не менее 150 мм Необходим подогрев пола -5°С -10°С пенопласта под теплоизоляцией не менее 200 мм Необходим подогрев пола ниже -10°С пенопласта под теплоизоляцией Контроль температуры под теплоизоляцией пола и подогрев при необходимости выполняется для предотвращения замерзания влаги в грунте и деформации грунта (вспучивания), если пол камеры опирается на грунт. Если под полами холодильных камер находится подвал или другое помещение, то подогрев пола можно не выполнять. В этом случае нужно быть готовым к тому, что на потолке подвала под местом размещения холодильной камеры будет конденсироваться влага или образовываться изморозь. Температура в камере Разрез элементов камеры представлен на схеме. 37 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Обозначения: 1 – анкер крепления деревянного фахверка (деревянных брусов); 2 – гидроизоляция потолка и стен (слой битума); 3 – пароизоляция потолка и стен (слой полиэтиленовой пленки); 4 – слои теплоизоляции потолка и стен; 5 – металл (пищевой алюминий, нержавейка, оцинковка) или на сетке штукатурка и плитка; 6 – бетонная армированная стяжка: пруток 8 10 мм, клетка армирования 150х150 мм, толщина стяжки – 50 мм для передвижении в камере роклой и 100 мм при перемещении карой; 7 – пароизоляция пола (слой полиэтиленовой пленки); 8 – теплоизоляция пола; 9 – гидроизоляция пола (слой битума или полиэтиленовой пленки); 10 – кабель обогрева пола; 11 - датчик температуры пола под теплоизоляцией. 38 Пример конструкции ограждений стационарной холодильной камеры 39 Пример конструкции ограждений сборно-щитовой холодильной камеры 40 5. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ХОЛОДИЛЬНЫХ КАМЕР Исходными данными для расчета холодильных камер являются: суммарная емкость холодильника, параметры воздушной среды внутри камер (вид продукта, заложенного на хранение), город размещения, вид холодильного агента, система охлаждения. Расчет проводится в следующей последовательности: определяют число и размеры холодильных камер, назначают конструкцию ограждений холодильника, обосновывается используемый тип теплоизоляционного материала, выполняется расчет ограждающих конструкций, калорический расчет, проводится подбор холодильного оборудования. Определение числа и размеров камер Грузовой объем холодильных камер определяют по формуле: v гр Е , м3 , qv где Е –емкость камер холодильника, т; qv – норма загрузки, т/м3. Грузовую площадь камер определяют: Fгр Vгр h гр ,м2 , где hгр – высота штабеля груза. Строительная площадь камер определяется:. Fстр Fгр р , м2, где р - коэффициент использования строительной площади камер. Число строительных прямоугольников определяют: n Fстр , f где f – cтроительная площадь одного прямоугольника, при определенной сетке колонн здания холодильника. Действительная ёмкость камер определяется: Eд E 41 nд , n где nд – принятое число строительных прямоугольников. Расчёт толщины изоляционного слоя ограждения. Перед расчетом толщины слоя теплоизоляционного материала необходимо выбрать тип теплоизоляции и назначить конструкцию ограждений (стена наружная, внутренняя, перекрытие, пол). Толщина изоляционного слоя определяется по формуле: 1 1 1 из из i , м, i в k н где k – нормативный коэффициент теплоотдачи ограждения Вт/(м2 . К). н – коэффициент теплоотдачи внутренней или более холодной поверхности ограждения, Вт/м2 . К, i – толщина отдельных слоёв конструкции, м, i – коэффициент теплопроводности материала соответствующих слоёв, Вт/(м.К), из - расчётное значение толщины изоляционного слоя, м, из –коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, Вт/(м.К). После определения толщины изоляционного слоя ограждения определяется действительное значение коэффициента теплопередачи. kд 1 2. 1 і 1 изст , Вт/(м К), і в изол н где изст – принятая величина изоляционного слоя, м. 6. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ Для определения теплопритоков в охлаждаемых помещениях и подбора холодильного оборудования производится калорический расчёт. Количество теплоты, определяют по формуле: проникающее в холодильную камеру извне Q=Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 , Вт, где Q 1 – количество теплоты, проникающей через ограждения, Q 2 – количество теплоты, поступающей в камеру вместе с продуктами и 42 тарой, Q 3 – количество теплоты, поступающей с наружным воздухом при вентиляции охлаждаемого помещения, Q 4 – эксплуатационные теплопритоки, Q 5 – теплопритоки от фруктов и овощей в результате их «дыхания». Теплопритоки через ограждения определяют: Q 1 = Q 1Т + Q 1С , Вт, где Q 1Т – теплопритоки вследствие разности температуры внутри и снаружи камеры, Q 1С – теплопритоки вследствие действия солнечной радиаци и, Q 1Т =k д . F(t н -t в ), Вт, где k д – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м 2 К), F – теплопередающая поверхность ограждения, м 2 , t н – расчётная наружная температура воздуха, К, t в – расчётная температура воздуха в камере, К, Q 1С =k д . F t с , Вт, где F – поверхность ограждения, облучаемая солнцем, м 2 , t с – избыточная разность температуры, характеризующая действие солнечной радиации в летний период года. Теплопритоки от продуктов определяют: Q 2 =Q 2гр +Q 2т . Q 2 гр G i гр.1 i гр.2 1000 3600 , Вт где G ─ суточное поступление продуктов, т, i гр.1 ─ энтальпия продукта в начале хранения, кДж/кг, i гр.2 ─ энтальпия продукта при температуре хранения, кДж/кг, τ ─ время охлаждения продукта до температуры хранения, ч. Теплопритоки от тары определяют: Q 2 Т G т ct т.1 t т.2 1000 , Вт 3600 где G т ─ суточное поступление тары, т, с ─ удельная теплоёмкость тары, Дж/(кг·К), 43 t Т1 ─ температура поступающей тары, К, t Т2 - температура тары при температуре хранения, К. Количество теплоты, поступающей с наружным воздухом при вентиляции охлаждаемого помещения определяют: Q3 V a B i H i K 1 , Вт 24 3600 где V ─ строительный объём охлаждаемого помещения, м 3 , ρ В ─ плотность воздуха, кг/м 3 , а ─ кратность вентиляции, ί Н ─ энтальпия наружного воздуха, кДж/кг, ί К ─ энтальпия воздуха в камере, кДж/кг. Эксплуатационные теплопритоки определяют как сумму теплопритоков от освещения, от работающих в камерах людей и механизмов, от открывания дверей в камеру. Теплопритоки от освещения определяют: q1 A F , Вт, где А ─ количество теплоты, выделяемое освещением на 1 м 2 площади пола, Вт/м 2 . F ─ площадь пола камеры, м 2 . Теплопритоки от пребывания людей в камере: q 2 = q л h , Вт где q л ─ тепловыделения одного человека, Вт h ─ число людей, работающих в данном камере. Теплопритоки от работающих электродвигателей определяют: q 3 = 1000N э ·η э , Вт где N э – мощность электродвигателя, Вт, η э – к.п.д. электродвигателя. Теплопритоки при открывании дверей в камеру определяют: q 4 = В · F, Вт, где В- удельный теплоприток, приходящийся на 1 м 2 камеры, 44 площади пола F- площадь камеры, м 2 . Теплопритоки от овощей и определяют: фруктов в результате их «дыхания» Q 5 = G (0,1 q пост +0,9 q хр ), Вт, где G - ёмкость камеры, т, q пост – тепловыделения овощей и фруктов при температуре поступления в камеру, о С, q хр - тепловыделения овощей и фруктов при температуре в камере хранения, о С. Определение тепловой нагрузки на камерное оборудования и компрессор холодильной машины Нагрузку на камерное оборудование определяют как сумму всех теплопритоков: Σ Q = Q 1 + Q 2 +Q 3 +Q 4 + Q 5. Нагрузка на компрессор складывается из всех видов теплопритоков, но учитывается не полностью. Тепловую нагрузку холодопроизводительность) на компрессоры автоматизированной холодильной (потребную машины определяют из уравнения: Q0 Q , b где b – коэффициент рабочего времени холодильной машины, φ – коэффициент, учитывающий потери холодопроизводительности компрессора в трубопроводах и других элементах холодильной машины. 45 Модуль 3 . Оборудование для охлаждения и замораживания пищевых продуктов. Лекция 3.1. ВОЗДУШНЫЕ МОРОЗИЛЬНЫЕ АППАРАТЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. Общие сведения о воздушных морозильных аппаратах Тележечные воздушные морозильные аппараты Конвейерные воздушные морозильные аппараты Гравитационные воздушные морозильные аппараты Флюидизационные воздушные морозильные аппараты Основы расчета воздушных морозильных аппаратов Воздушные морозильные аппараты получили широкое распространение для замораживания разнообразных продуктов растительного и животного происхождения. Замораживание продуктов в воздухе позволяет сохранить их высокие питательные и вкусовые свойства, а также хороший товарный вид. Воздушные морозильные аппараты состоят из грузового отсека и отсека воздухоохладителей. Обычно в грузовом отсеке воздушных морозильных аппаратов применяют туннельную систему воздухораспределения. В грузовом отсеке находится замораживаемый продукт, перемещаемый различными транспортными средствами, а в отсеке воздухоохладителей размещают секции, предназначенные для охлаждения воздуха, обогреваемый поддон для сбора талой воды, образующейся при оттаивании, а также вентиляторная установка. В качестве транспортных средств для непрерывного или для периодического перемещения замораживаемых продуктов в грузовом отсеке применяют транспортеры, конвейеры, гравитационные устройства. Транспортные средства приводятся в движение электрическим или гидравлическим приводом с плавным или со ступенчатым регулированием частоты вращения, что позволяет изменять производительность морозильных аппаратов в зависимости от вида поступающего на замораживание продукта. В зависимости от типа транспортных средств и способа замораживания пищевых продуктов в воздухе аппараты можно классифицировать на тележечные, конвейерные, гравитационные (проталкивающие) и флюидизационные. В тележечных, конвейерных и гравитационных воздушных морозильных аппаратах продукты можно замораживать как в мелкой расфасовке массой до 0,5 кг, так и в виде блоков массой до 10—12 кг. В флюидизационных морозильных аппаратах продукты замораживаются россыпью в воздухе или в специальной среде. Некоторые продукты (рыба, мясо, творог) замораживают в специальных формах (блок-форма) или в противнях, которые целесообразно изготовлять из металла с высокой теплопроводностью. Толщина блоков должна быть 40—100 мм. Формы, в которых замораживают упакованные или неупакованные продукты, могут быть с крышками и без них. Отсутствие крышек на блок-формах является причиной повышенной усушки продуктов при замораживании. Кроме того, в блок-формах без крышек не удается получить блоки правильной формы с гладкой площадью поверхности, что затрудняет их затаривание, а также требует повышенной кубатуры охлаждаемых помещений (камер, трюмов) для хранения. Отсек воздухоохладителя находится рядом с грузовым отсеком, над или под 46 ним. Секции воздухоохладителей изготовляют из гладких и оребренных труб. При использовании оребренных труб следует считаться с влиянием снеговой шубы, образующейся на их площади поверхности. Для уменьшения выпадения снеговой шубы при непрерывной работе аппарата (без остановки аппарата на оттаивание) приходится прибегать к различным техническим средствам. Снеговая шуба на площади поверхности оребренных батарей уменьшает холодопроизводительность воздухоохладителя, а также приводит к возрастанию его аэродинамического сопротивления. Чтобы обеспечить непрерывную работу воздушных морозильных аппаратов, батареи воздухоохладителей орошают незамерзающей жидкостью, которая поглощает влагу, а сама деконцентрируется. Влияние снеговой шубы на работу морозильного аппарата можно уменьшить, если охлаждающие секции воздухоохладителя выполнять из труб с переменным шагом оребрения. В этом случае первые по ходу движения воздуха охлаждающие секции монтируются из труб с большим шагом оребрения (20…30 мм), а следующие секции с меньшим (10…15 мм). Воздухоохладители некоторых аппаратов выполняют из нескольких (4—8) охлаждающих секций, находящихся в отдельных отсеках или в отсеках, разделенных изолированными перегородками. При таком расположении любую секцию в необходимое время можно отключить для оттаивания, а морозильный аппарат будет продолжать работать. Последовательное оттаивание секций таких аппаратов обеспечивает их длительную работу. Непрерывная работа аппаратов достигается устройством влагофильтров, которые выполняются в виде охлаждающих секций из гладких труб. Воздух сначала охлаждается и осушается в этой секции, а затем попадает в секции из оребренных труб. Влагофильтры оборудуются отдельными поддонами и системой дренажа талой воды. Вентиляторная установка, создающая вынужденное движение воздуха в аппарате, состоит из одного или из нескольких осевых или центробежных вентиляторов. Если электродвигатели вентиляторов находятся в охлаждаемом контуре аппарата, то они должны быть герметичными. ТЕЛЕЖЕЧНЫЕ АППАРАТЫ Тележечные аппараты бывают с продольным или с поперечным движением воздуха, а также с ручным и механизированным перемещением тележек или этажерок. Кроме того, они могут быть периодического и непрерывного действия. В аппаратах периодического действия тележки с продуктом загружаются и выгружаются периодически, а в аппаратах непрерывного действия — непрерывно. Схема устройства аппарата с продольным движением воздуха показана на рис. 8а. В грузовом отсеке находятся тележки, на полках которых размещены замораживаемые продукты. Направленное движение воздуха в аппарате создается ложным потолком, который является одновременно и поддоном воздухоохладителя. Тележечный аппарат для замораживания блоков мяса с механизированным перемещением тележек (рис.9) представляет собой изолированный контур, в котором охлаждающие секции образуют два туннеля. В туннелях размещается восемь тележек. В верхней части аппарата устанавливают четыре реверсивных вентилятора, 47 создающих усиленное движение воздуха. Тележки передвигаются по рельсам с помощью устройства (короткого конвейера), которое состоит из двух параллельных цепей, связанных между собой штангой. При включении конвейера штанга захватывает тележку и продвигает на расстояние, равное ее длине. Затем в аппарат вводится следующая тележка, которая после повторного включения конвейера проталкивает первую тележку. Таким образом, в каждый туннель загружают четыре тележки. Охлаждающие секции выполнены из оребренных труб диаметром 32х2,25 мм с витыми ребрами высотой 30 мм и шагом навивки ребер 20 и 13,3 мм. После удаления жидкости из охлаждающих секций в дренажный ресивер снеговую шубу оттаивают горячими парами аммиака. Поддоны, установленные под секциями и снабженные электронагревателями, предназначены для сбора талой воды. Достоинством аппарата является простота конструкции, а недостатком — повышенная металлоемкость и необходимость применения ручного труда. Рисунок 9. Тележечный морозильный аппарат с механизированным перемещением тележек: 1 — вентиляторная установка; 2 — охлаждающие секции; 3 48 — изолированная дверь; 4 — рельсовый путь; 5— тележки; 6 —устройство для передвижения тележек. Тележечный аппарат судового типа для замораживания рыбы с механизированным перемещением тележек (рис. 10) представляет собой изолированный контур, расположенный таким образом, что грузовой отсек находится на верхней палубе, а воздухоохладитель и осевой вентилятор — на нижней. Электродвигатель вентилятора вынесен за охлаждаемый контур. Секции воздухоохладителя выполнены из гладких оцинкованных труб. Воздух после вентилятора направляется к воздухоохладителю и, пройдя грузовой отсек, снова засасывается вентилятором. Движение воздуха в грузовом отсеке'— продольное. В верхней части грузового отсека проложен путь с цепным конвейером для передвижения этажерок с полками. По обеим сторонам грузового отсека имеются окна с шиберами, закрывание и открывание которых сблокировано с положением дверей грузового отсека. Цепной конвейер приводится в движение через червячный редуктор электродвигателем. Скорость движения транспортера 0,132 м/с. Высокая степень механизации и автоматизации процесса замораживания рыбы является достоинством тележечных аппаратов судового типа. Недостатки этих аппаратов — неравномерность замораживания рыбы вследствие значительного (10— 13° С) нагрева воздуха в изолированном контуре, повышенная металлоемкость воздухоохладителя, повышенная усушка рыбы, замораживаемой в формах без крышек. Рисунок 10. Тележечный морозильный аппарат судового типа: 1— электродвигатель; 2 — осевой вентилятор; 3 — воздухоохладитель; 4 —окна с шиберами; 5 — подвесные этажерки; 6 — путь с цепным конвейером; 7 — двери; 8 — поворотный круг; 9 —кожух; 10 — изолированный контур. Передвижные тележечные аппараты (рис. 11) обычно размещают в изолированном железнодорожном вагоне, в котором вдоль боковых стен расположено 49 два грузовых отсека. По рельсовому подвесному пути движутся этажерки, на полках которых установлены противни с продуктом. В нижней части аппарата размещены секции воздухоохладителей и вентиляторы. Компактность и универсальность аппарата являются его основными достоинствами, а повышенная металлоемкость и неравномерность замораживания — его недостатками. Рисунок 11. Передвижной тележечный морозильный аппарат с механизированным перемещением тележек: 1 — стол для укладки продуктов; 2 — толкатель; 3 — привод цепного конвейера; 4 — рельсовый подвесной путь; 5 — этажерка; 6 — двери грузового отсека; 7 — передвижная тележка; 8 — вытягивающий механизм; 9 — глазуровочный аппарат; 10 — аммиачный ресивер; 11 — воздухоохладитель; 11 — вентилятор; 13 — электродвигатель вентилятора; 14 — стол для упаковки блоков. КОНВЕЙЕРНЫЕ АППАРАТЫ В зависимости от способа крепления блок-формы к конвейеру, размера замораживаемого продукта и вида конвейера конвейерные морозильные аппараты классифицируют на аппараты с цепным конвейером для замораживания блочных продуктов с параллельной и диагональной подвеской блок-форм, а также зацеплением блок-форм с цепью конвейера; аппараты со спиральным конвейером для замораживания блоков и мелкоштучных продуктов любой формы (полуфабрикаты и готовые блюда); аппараты для замораживания расфасованных продуктов. Аппараты с цепным конвейером При замораживании продуктов применяют цепные конвейеры, которые для сокращения длины аппарата выполняют зигзагообразными. Схема устройства аппарата с таким конвейером показана на рис. 12. В формы, шарнирно подвешенные к 50 конвейеру, укладывают замораживаемые продукты. При многократном изменении направления движения цепи форма остается все время в горизонтальном положении. Обратная ветвь цепи подает свободные от продукта формы к месту их загрузки новой порцией продуктов. В таких аппаратах часто применяют поперечное движение воздуха. Рисунок 12. Схема конвейерного морозильного аппарата с зигзагообразным конвейером: 1 — узел разгрузки; 2 — цепь; 3 — зигзагообразный конвейер; 4 — форма с продуктом; 5 —узел загрузки. Аппарат с параллельной подвеской блок-форм (рис. 13) состоит из изолированного контура, цепного конвейера, образующего 12 горизонтальных ветвей, воздухоохладителя и восьми вентиляторов. Цепи конвейеров через каждые 720 мм соединяют штангами, к которым одним торцовым концом шарнирно крепятся блок-формы. Сохраняя горизонтальное положение, блок-формы перемещаются снизу вверх. Двухъярусные секции воздухоохладителя выполнены из оребренных труб с переменным шагом (20, 13,3 и 10 мм), что уменьшает влияние снеговой шубы на работу аппарата. Движение воздуха в аппарате осуществляется вентиляторами с двусторонним всасыванием. Ленточным транспортером рыба подается в загрузочный бункер. Затем ее загружают в блок-формы, четыре ролика которых движутся по направляющим. Блокформы поступают в изолированный контур, где обдуваются холодным воздухом. При выходе из него блок-форма попадает на направляющие, переворачивается и подводится для оттаивания под нагреватель. Блок замороженной рыбы выпадает из блок-формы на разгрузочный транспортер, который подает его затем к глазуровочной площадке. Блок-форма переворачивается и направляется к месту загрузки. Достоинством аппарата является автоматизация и механизация процесса замораживания продукта. В результате механизации аппарата производительность труда увеличилась в 2—3 раза по сравнению с тележечными аппаратами. Недостатки аппарата — сложность конструкции и ненадежность работы конвейера, отсутствие крышек у форм. 51 Рисунок 13. Конвейерный морозильный аппарат с параллельной подвеской блокформ: 1 — загрузочный бункер; 2 — разгрузочный транспортер; 3 — нагреватель; 4 — цепной конвейер; 5 — направляющие; 6 — воздухоохладитель; 7 — изолированный контур; 8 — блок-форма; 9 — питатель; 10 — ванна с водой; 11— глазуровочная площадка; 12 — проталкивающий транспортер; 13 — вентилятор. В автоматизированных судовых морозильных аппаратах типа АСМА также применена параллельная подвеска блок-форм. Отличительной особенностью этих аппаратов является замораживание продуктов в закрытых блок-формах с крышками, что снижает усушку замораживаемых блоков рыбы. Блок-формы этого аппарата являются неотъемлемой частью конвейера. В состав аппарата типа АСМА (рис. 14) входят грузовой конвейер и секции воздухоохладителя с вентилятором. Грузовой конвейер состоит из двух параллельных конвейерных цепей, направление движения которых меняется с помощью звездочек. Конвейер образует 16 горизонтальных ветвей. Из изолированного контура в теплое помещение через проемы в передней торцовой стенке аппарата выходят верхняя и нижняя ветви конвейера. 52 Верхняя и нижняя ветви конвейера отгорожены сверху и снизу листами. Это предотвращает выход холодного воздуха из изолированного контура в помещение. В этом же помещении блок-формы аппарата загружают продуктом и разгружают их. С помощью пальцев цепи конвейера шарнирно соединены с блок-формами. Каждая блок-форма имеет четыре ролика, на которых она перемещается по направляющим. Перемещение блок-форм с одного яруса на другой происходит сверху вниз. Переход блок-форм с верхних направляющих на нижние происходит гравитационным способом. Привод конвейера осуществляется от электродвигателя через двухступенчатый червячный редуктор и цепную передачу. Между конвейером и бортом судна оставлен проход для обслуживания конвейера и наблюдения за его работой, а также проход между конвейером и воздухоохладителем — для обслуживания последнего. Воздухоохладитель выполнен двухъярусным по высоте. Трубы воздухоохладителя расположены горизонтально, а секции изготовлены из труб с насадными прямоугольными ребрами и переменным шагом оребрения. С торцовой стороны воздухоохладителя находятся распределительные колонки для верхнего и нижнего ярусов батарей. Рисунок 14. Автоматизированный судовой морозильный аппарат типа АСМА: 1 — вентилятор; 2 — электродвигатель вентилятора; 3 — изолированные двери; 4 — воздухоохладитель; 5 — дверь; 6 — разгрузочный транспортер; 7 — опрокидыватель; в —блок форма; .9 — грузовой конвейер; 10 — элеватор; 11— конвейерные цепи; 11 — привод конвейера; 13 — звездочки; 14 — направляющие; 15 53 — изолированный контур; 16— электродвигатель конвейера; 17 — транспортер-питатель; 18 — бункер. Подача жидкости по. ярусам принята раздельной. Регулирование подачи жидкости в батареи воздухоохладителя осуществляется с помощью терморегулирующих вентилей. Пар холодильного агента, из воздухоохладителя отводится с боковых сторон. Это позволяет исключить возникновение жидкостных пробок в батареях при бортовой и килевой качке судна. Движение воздуха создается центробежным вентилятором с двусторонним всасыванием. Электродвигатель вентилятора вынесен за охлаждаемый контур аппарата. Из моечной машины рыба поступает на бункерные весы, а затем в загрузочный бункер, из которого высыпается в блок-формы грузового конвейера. Заполненные блок-формы поступают в грузовой отсек. Скорость движения конвейера можно регулировать в пределах, которые соответствуют времени пребывания блок-формы в грузовом отсеке. По выходе из аппарата блок-формы, шарнирно связанные с цепями конвейера только одной стороной, переворачиваются с помощью специального устройства. Перевернутая блок-форма подводится под нагреватель для оттаивания, после чего оттягивается крышка и подтаявший блок выпадает на разгрузочный транспортер. Снятые крышки переносят вручную к месту загрузки блок-форм, которые вновь переворачиваются и возвращаются к месту загрузки. Достоинством аппарата является его механизация, что уменьшает трудовые затраты на единицу продукции. К недостаткам аппарата следует отнести нестандартные размеры и недостаточную жесткость блок-форм. В модернизированном варианте аппарата типа АСМА осуществлено движение тяговых цепей конвейера и привода глазуровочного устройства с помощью гидравлического привода через двухступенчатый цилиндрический редуктор; размещены узлы загрузки и разгрузки с различных сторон аппарата; усовершенствована конструкция устройства для принудительного перехода блок-форм с одного яруса конвейера на другой; улучшено распределение воздушного потока; предусмотрена специальная камера между конвейером и бортом судна для замораживания крупной рыбы; уплотнены (из морозостойкой резины) места для входа блокформ в изолированный контур и выхода их из него; автоматизировано снятие крышек с блок-форм; применено оттаивание крышек блок-форм с помощью кварцевых ламп. Аппараты со спиральным конвейером Особенностью морозильных аппаратов со спиральным конвейером является то, что для уменьшения габаритных размеров аппарата конвейер в грузовом отсеке аппарата выполняется не в виде одного или нескольких прямолинейных участков, а имеет сложную пространственную конфигурацию. При использовании таких конвейеров не требуется специальных устройств, которые передавали бы продукт или блок-формы с одного яруса на другой. Аппараты со спиральным конвейером эффективны, универсальны и применяются для замораживания продуктов в блоках и мелкоштучных продуктов любой формы. 54 На производственных рефрижераторах установлены морозильные аппараты со спиральным одноцепным конвейером для замораживания рыбы в блоках массой: 10— 12 кг (рис. 15). Конвейер морозильного аппарата состоит из двух спиральных секций бесконечной цепи. На верхнем участке происходит оттаивание блок-форм и съем крышек с них, а на нижнем — оттаивание и выгрузка блоков, а также загрузка блокформ рыбой, надевание и закрепление крышек. Рисунок 15. Конвейерный морозильный аппарат со спиральным конвейером: 1 секции воздухоохладителя; 2 — направляющие щиты; 3 — направляющие звездочки цепи; 4 — люки: 5 — цепи конвейера; 6 - экраны; 7 — блок-форма позиции загрузки; 8 — весовой бункер; 9 — транспортер; 10 — бункер питатель; 11— глазуровочная ванна; 12 — ленточный конвейер; 13 - электродвигатели вентиляторов; 14 — рольганг для глазурованных блоков; 15 — вентиляторы. Рыба, подготовленная к замораживанию, поступает в бункер-питатель, откуда транспортером подается в весовой бункер, из которого порциями по 10 кг высыпается в проходящие блок-формы. Рыбу в блок-формах вручную разравнивают и закрывают крышками с пружинными замками. Блок-форма морозильного аппарата показана на рис. 16. Цепь, на которой закреплены кассеты с вставленными в них блок-формами, наполненными рыбой, проходит в морозильный аппарат через окно. Сделав три витка в аппарате за время, в течение которого блоки приобретают необходимую прочность, вновь выходит за пределы изолированного контура. На этом участке крышки блокформ подогреваются и с помощью специального приспособления освобождаются от замков. Крышки снимаются пневматическим устройством и подаются на ополаскивание. Открытые блок-формы вновь вводятся в изолированный контур аппарата. Пройдя грузовой отсек, блок-формы с мороженой рыбой выводятся из аппарата, переворачиваются и обогреваются со стороны днища горячей водой. Блоки выпадают на транспортер, а затем направляются на глазурование и упаковку в 55 картонную тару. Блок-формы, освобожденные от рыбы, ополаскиваются и подаются к узлу загрузки. Движение конвейера производится с помощью гидравлического привода. Воздухоохладитель, состоящий из четырех секций, расположен рядом с конвейером. Рисунок 16. Блок-форма морозильного аппарата со спиральным конвейером: 1 конвейерная цепь; 2 — каретка; 3 — корпус блок-формы; 4 — крышка блок-формы; 5 — пружинный замок. Секции воздухоохладителя изготовлены из оребренных труб и оттаивают их горячими парами аммиака. Поддоны, предназначенные для сбора талой воды, обогреваются теплым хладоносителем, который циркулирует в змеевиках, уложенных на дне поддона. Для создания направленного движения воздуха в грузовом отсеке установлены щиты и экраны. Доступ к секциям воздухоохладителя обеспечивается через дверь в корпусе аппарата, а к конвейерной системе — через специальные люки. Аппараты производственных рефрижераторов данного типа удобны в эксплуатации. Однако значительная длина рабочей цепи, достигающая 600 м, требует устройства сложной натяжной станции и тщательного наблюдения за работой конвейера. Морозильный аппарат для замораживания мелкоштучных продуктов (котлеты, шницеля, бифштексы, кусковое мясо, рыбные палочки), приведенный на рис. 17, состоит из изолированного контура, воздухоохладителя, вентиляторов, устройства для мойки и сушки ленты, натяжного устройства и узла разгрузки. Спиральный ленточный конвейер может перемещаться вокруг одного или двух барабанов. Лента конвейера по краям снабжена специальными звеньями, которые соединены между собой крестообразно круглыми стержнями. Отверстия в звеньях выполнены так, что лента может сжиматься и растягиваться. Ленту можно навивать на 56 барабан диаметром около 2 м. Характерной особенностью такой ленты является и то, что продукт остается зафиксированным на ней при движении в аппарате. Это позволяет на одной ленте одновременно замораживать различные продукты, продолжительность холодильной обработки которых одинакова. Рисунок 17. Морозильные аппараты: а — с одним барабаном: 1 — барабан; 2 —устройство для мойки ленты; 3 — преобразователь частоты; 4— распределительный щит; 5 — вентилятор; 6 — воздухоохяадитель; б — с двумя барабанами: 1 — устройство для переворачивания ленты; 2 — второй; барабан; 3 – первый барабан; 4 — воздухоохладитель; 5 — вентилятор; 6 — узел 57 разгрузки; 7 —моечное устройство; 8 — вентилятор сушки ленты; 9 — натяжное устройство. Барабан приводится в движение электрическим или гидравлическим приводом. Такой привод исключает необходимость применения промежуточных - валов, подшипников и передач. Вращение барабана регулируют, изменяя количество подаваемой жидкости в гидравлический привод или преобразовывая частоту тока. Скорость движения ленточного конвейера задается такой, чтобы продукт за время перемещения его в аппарате был заморожен. Отсек с оребренными воздухоохладителями и осевыми вентиляторами находится рядом с грузовым отсеком. Охлаждение воздухоохладителей может производиться аммиаком (с применением насосно-циркуляционной схемы) или хладонами. Холодный воздух в аппарате обдувает замораживаемые продукты сверху вниз или снизу вверх. Так как воздух в аппарате последовательно проходит через ярусы и постепенно насыщается влагой, это способствует уменьшению усушки замораживаемых продуктов. В таких аппаратах усушка на 40—50% меньше, чем усушка в воздушных морозильных аппаратах. Аппарат оборудуется автоматическим устройством для мойки и сушки ленты. Лента сначала орошается теплой водой и дезинфицирующим раствором, а затем ополаскивается теплой водой. Вентилятор, установленный по ходу движения ленты за моечным устройством, подсушивает ленту. После мойки и сушки ленты она проходит натяжное устройство, которое компенсирует изменение длины. Лента меняет линейные размеры при изменении температуры и вследствие износа. Для уменьшения износа ленты в аппарате предусмотрено специальное устройство, которое ее переворачивает. Узел разгрузки, оборудованный нейлоновым ножом, снимает продукт с ленты. Простота эксплуатации, максимальная гигиеничность, интенсивность холодильной обработки, малая усушка являются основными достоинствами аппаратов данного типа. Аппараты для замораживания расфасованных продуктов Широкое распространение получают конвейерные морозильные аппараты для замораживания в воздухе готовых блюд или полуфабрикатов, расфасованных на порции или упакованных в тару. В грузовом отсеке таких аппаратов продукт перемещается ленточными конвейерами, на специальных лотках, вмонтированных в цепной конвейер, или на стеллажах. Аппарат для замораживания готовых блюд в упаковке, хлебобулочных изделий и мороженого (рис. 18) состоит из транспортеров загрузки и выгрузки, стеллажей для замораживания продуктов, гидравлического цилиндра, воздухоохладителя с осевыми вентиляторами, пульта автоматического контроля и управления. Транспортером загрузки продукты, которые необходимо замораживать, направляются в аппарат и поступают на стеллажи. С помощью гидравлического цилиндра стеллажи приводятся в непрерывное движение. Продолжительность перемещения стеллажа с продуктом от позиции загрузки до позиции выгрузки 58 составляет один полный цикл замораживания. Из аппарата замороженный продукт удаляется транспортером выгрузки. Загрузка стеллажей продуктами, а также разгрузка их производится одновременно, но на разных уровнях аппарата. Двухсекционный воздухоохладитель изготовлен из оребренных труб и обслуживается осевыми вентиляторами, которые размещают в верхней части грузового отсека. Воздух всасывается вентиляторами и направляется через воздухоохладитель в нижнюю часть грузового отсека. Двигаясь в грузовом отсеке снизу вверх, холодный воздух омывает продукт и замораживает его. Воздухоохладитель оттаивают не чаще одного раза в неделю, так как поступления влаги от упакованных продуктов и через окна загрузки и выгрузки минимальны. Рисунок 18. Конвейерный морозильный аппарат для замораживания готовых блюд в упаковке, хлебобулочных изделий и мороженого: 1 — осевые вентиляторы; 2 — транспортер загрузки; 3 — транспортер выгрузки; 4 — пульт автоматического контроля и управления; 5 — гидравлический цилиндр; 6 — стеллажи; 7 — воздухоохладитель. Технологические процессы в аппарате автоматизированы. Управление работой отдельных узлов морозильного аппарата производится электрическими блоками и электромагнитными гидравлическими клапанами. Достоинствами аппарата являются высокая производительность, возможность замораживания упакованных продуктов, его компактность, механизация и автоматизация технологических процессов, а недостатками — сложная по конструкции и управлению кинематическая схема перемещения стеллажей. Простым и надежным в работе является аппарат, в котором замораживание готовых блюд (рыбные палочки, изделия из картофеля, кусковая рыба или мясо) производится на ленте конвейера. Конвейер аппарата является продолжением 59 технологического конвейера, что исключает промежуточную перегрузку продукта. Аппарат (рис. 19) состоит из трех сетчатых конвейеров с индивидуальным приводом, вентиляторов и оребренных воздухоохладителей. Продукты, подлежащие замораживанию, лентой сетчатого конвейера направляются через окно загрузки в грузовой отсек аппарата. Если продукт, поступающий на холодильную обработку, имеет высокую начальную температуру и нуждается в предварительной холодильной обработке, то в аппарате предусматривают зону предварительного охлаждения. Рисунок 19. Конвейерный морозильный аппарат для замораживания готовых блюд на ленте конвейера: 1 — воздухоохладитель; 2 — вентилятор; 3 — нижний конвейер; 4 — средний конвейер; 5 — желоб; 6 — верхний конвейер. Верхним конвейером продукт, обдуваемый холодным воздухом, транспортируется вдоль грузового отсека. Движение воздуха в отсеке направлено сверху вниз. В конце отсека подмороженный продукт с верхней ленты конвейера по специальному желобу, выполненному из нержавеющей стали, передается на ленту среднего конвейера, который перемещает продукт в направлении окна загрузки. На нижнем конвейере продукт окончательно замораживается и удаляется из аппарата через окно разгрузки, которое находится в торцовой стене аппарата напротив окна загрузки, что обеспечивает надежность движения продукта в аппарате. Скорость движения конвейера аппарата регулируется сменными приводными звездочками. Секции воздухоохладителей, расположенных под грузовым отсеком, выполнены из труб с переменным шагом оребрения. Оттаивание воздухоохладителей производится горячим паром холодильного агента или теплой водой. Для обслуживания аппарат оборудован тремя дверцами, через которые можно попасть в охлаждаемый контур. Достоинствами аппарата являются компактность, гигиеничность, надежность в работе, удобство и простота эксплуатации, а недостатками — поступление тепла и 60 влаги через окна загрузки и выгрузки. Конвейерные аппараты для замораживания продуктов (птица, масло, хлебобулочные изделия, уложенные в картонные перфорированные ящики), упакованных в крупногабаритную тару, могут выполняться с сетчатым или с ленточным конвейером, с поперечным или с продольным движением воздуха. Аппарат с сетчатым конвейером и поперечным движением воздуха (рис. 20). Он состоит из конвейера, двухсекционного воздухоохладителя, вентиляторной установки, скомпонованной на базе центробежных вентиляторов, приводов конвейера и вентиляторов. Рисунок 20. Конвейерные морозильные аппараты для замораживания упакованных продуктов: а — с сетчатым конвейером и поперечным движением воздуха: 1 — воздухоохладитель; 2 — привод вентиляторов; 3 — центробежный вентилятор; 4— упакованный продукт; 5 — сетчатый конвейер; б — с ленточным конвейером и продольным движением воздуха: 1 — центробежный вентилятор; 2 — воздухоохладитель; 3 — упакованный продукт; 4 —ленточный конвейер. Продукт, находящийся в таре, с загрузочного стола через окно специальными толкателями передается на ленту сетчатого конвейера, движение которого в грузовом отсеке аппарата шаговое (прерывистое). Управление движением конвейера, загрузочного стола и толкателей осуществляет реле времени, настройка которого зависит от вида замораживаемого продукта. 61 Последовательно проходя путь от окна загрузки до окна выгрузки, продукт обдувается холодным воздухом, замораживается и с ленты сетчатого конвейера через окно передается на разгрузочный транспортер. Воздухоохладители, которые выполнены из оребренных труб, расположены под грузовым отсеком. Для оттаивания воздухоохладителей конвейер из грузового отсека аппарата должен быть эвакуирован через съемную торцовую стенку. В этом случае перемещение конвейера вместе с приводом производится на специальных роликах. Так как продукт замораживается затаренным, усушка невелика. Для оттаивания аппарат останавливают не чаще одного раза в неделю. Конструкция аппарата проста. В аппарате механизированы и автоматизированы технологические процессы. Сложность оттаивания, а также значительное аэродинамическое сопротивление циркуляционного кольца, требующее применения центробежных вентиляторов и повышенных энергетических затрат на их привод, снижают эффективность и экономичность его работы. Аппарат с ленточным конвейером и продольным движением воздуха (рис. 20, б) состоит из конвейера, воздухоохладителя, центробежного вентилятора, приводов конвейера и вентилятора. Упакованные продукты укладываются вручную на ленту конвейера, а затем через окно загрузки поступают в грузовой отсек аппарата. Непрерывно перемещаясь на конвейере, упакованный продукт обдувается холодным воздухом, движение которого производится центробежным вентилятором, Замороженный продукт через окно разгрузки, совмещенное с грузовым проемом камеры, попадает в нее для длительного хранения. Воздух охлаждается в воздухоохладителе, выполненном из труб с переменным шагом оребрения и расположенном над грузовым отсеком аппарата. Талая вода, образующаяся при оттаивании секций, собирается в обогреваемый поддон, который расположен непосредственно под воздухоохладителем. Конструкция аппарата проста, он удобен в эксплуатации. Продольное движение воздуха и применение ручного труда снижают эффективность его работы. ГРАВИТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ Отличительная особенность гравитационных аппаратов состоит в том, что перемещение кареток с блок-формами в грузовом отсеке происходит путем их проталкивания (гидравлическим или электрическим приводом) по специальным направляющим полкам (рельсам). В конце каждого ряда направляющих полок каретки выдвигаются на специальные механизмы. Формы с продуктом перемещаются вертикально сверху вниз с помощью этих механизмов, используя массу, т. е. гравитационно. Вертикальное перемещение кареток с блок-формами осуществляется с помощью гребенок или опускающих лифтов. Поэтому в этих аппаратах нет конвейерных цепей, поворотных и направляющих звездочек, люлек и натяжных устройств. Это позволило уменьшить габаритные размеры аппарата, снизить затраты металла на его изготовление, сократить расход электроэнергии на эксплуатацию, а также удачно решить вопрос загрузки аппарата продуктом и выгрузки продукта из него. К гравитационным аппаратам относят аппараты марок ГКА, которые предназначены для замораживания пищевых продуктов: мяса и субпродуктов в 62 блоках, рыбы в блоках и поштучно, творога в пачках и блоках, пельменей, готовых кулинарных изделий в блоках и порционно, кукурузы в початках, зеленого горошка и ягод в коробках и россыпью, перца и томатов. Аппарат ГКА-2 (рис. 21) представляет собой изолированный контур, выполненный из сборных щитов с тепловой изоляцией из пенополистирола. В верхней части аппарата расположены грузовой отсек и вентиляторная установка, а в нижней — отсек воздухоохладителя. Для входа в грузовой отсек и осмотра внутренних узлов аппарата предусмотрены двери и люки. Загрузка аппарата продуктом, перемещение блок-форм, удаление замороженных блоков полностью автоматизированы. Рисунок 21. Гравитационный морозильный аппарат ГКА-2: 1— вентиляторвая установка; 2 — грузовой отсек; 3 — гребенка; 4— нулевая полка; 5 — стол; 6 — рычаг ввода каретки; 7 — пюпитр; 8 — приемное устройство; 9 — заслонка нижнего окна; 10 — каретка; 11 — блок-форма; 12 — отсек воздухоохладителя. По направляющим полкам перемещаются каретки с блок-формами. Число полок по высоте изменяется от 8 до 14. Каретка представляет собой сварную рамку из углового железа с четырьмя роликами для ее движения по направляющим полкам каркаса. Каретка вмещает две сдвоенные блок-формы стандартного размера. Около передней торцовой стенки аппарата установлен агрегат привода загрузочно-разгрузочного стола и гребенок. Блок-формы с продуктом поступают к аппарату на ленточном транспортере. Подача блок-форм в аппарат и удаление их из аппарата производится укрепленным на шарнирах столом, который непрерывно движется вверх и вниз по двум вертикальным винтам с правой и левой резьбой, обеспечивающей автоматическое изменение направления движения при постоянно работающем электродвигателе. Когда стол движется снизу вверх, рабочий вводит две блок-формы в каретку. В верхнем положении стола каретка с блок-формами подается рычагами через приоткрытую заслонку верхнего окна на нулевую полку морозильного аппарата, сдвигая предыдущую каретку на верхние толкатели передних гребенок. После этого 63 стол начинает опускаться, а заслонка верхнего окна закрывается. Затем каретка с блокформами проходит последовательно по всем направляющим полкам зигзагообразный путь сверху вниз, опускаясь в конце каждой из них на следующую полку с помощью гребенок. Схема перемещения кареток аппарата ГКА-2 представлена на рис. 22. Две гребенки отходят назад и плавно опускают находящиеся на зубьях каретки с четных полок на нечетные, а затем продвигают их по нечетным полкам назад. В это время две другие гребенки (со стороны вентилятора) принимают крайние каретки с этих полок на свои зубья. При следующем полуцикле неподвижны первые гребенки, а вторые движутся, перемещая каретки по четным полкам вперед. При опускании стол открывает заслонку нижнего окна и принимает выкатившуюся с последней полки каретку с блок-формами. При дальнейшем опускании стола наклонный неподвижный пюпитр входит в рамку каретки. Блокформы с замороженным продуктом задерживаются на пюпитре и соскальзывают на приемную площадку. Пустая каретка остается на платформе опускающегося стола для повторной загрузки блок-формами. Рисунок 22. Схема перемещения кареток гравитационного морозильного аппарата ГКА-2: а — прием каретки рычагом гребенок; б — переход каретки с полки каркаса на гребенки; в — полный переход каретки на гребенки и момент отхода гребенок; г — отход гребенок и начало опускания рычагов; д — полное опускание рычагов и переход каретки на нижележащую полку; е — сход каретки на нижележащую полку; ж — полный переход каретки на нижележащую полку. Недостатки аппарата ГКА следующие: большие размеры аппарата не позволяют транспортировать его полностью собранным и отлаженным на заводе; механизм конвейера работает в сложных температурно-влажностных условиях; при оттаивании воздухоохладителя температура воздуха в аппарате повышается и детали механизма покрываются водой; при включении аппарата температура воздуха в нем понижается до —40°С и вода замерзает, что затрудняет работу конвейера. ФЛЮИДИЗАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ 64 Флюидизационные морозильные аппараты предназначены для замораживания мелкоштучных пищевых продуктов (зеленый горошек, бобы, фасоль, крупные овощи и фрукты, нарезанные в виде ломтиков или кубиков, а также ягоды, рыбные палочки и др.), которые имеют одинаковую форму и незначительно различаются размерами и массой отдельных частиц (кусков). В таких аппаратах продукты замораживают в потоке холодного воздуха, который подается снизу через специальную решетку (перфорированный поддон) в грузовой отсек. Движущийся воздух создает воздушную подушку и перемещает мелкоштучный продукт вдоль грузового отсека аппарата. При замораживании продуктов в флюидизационных аппаратах энергетические затраты на привод вентиляторов зависят от скорости движения воздуха, продуваемого через решетку. Если размеры и масса единичного продукта увеличиваются, то возрастает скорость движения воздуха, его объем и масса. Для снижения энергетических затрат крупнокусковые продукты (размером более 40—50 мм) замораживают в плотном слое с механическим перемещением продукта через грузовой отсек. Замораживание крупнокусковых продуктов может производиться также и в промежуточной мелкодисперсной среде, взвешенной (флюидизированной) в движущемся потоке воздуха. Флюидизационные морозильные аппараты бывают малой, средней и большой производительности. Аппарат малой производительности Такой аппарат (рис. 23) состоит из изолированного контура, воздухоохладителя, под которым расположен поддон с перфорированным дном, вибрационной решетки и центробежных вентиляторов. Рисунок 23. Флюидизационный морозильный аппарат малой производительности: 1 — изолированный контур; 2 —поддон с перфорированным дном; 3 — продукт; 4 — воздухоохладитель; 5 — вибрационная решетка; 6 — центробежные вентиляторы. Из технологического цеха влажный продукт транспортером через окно 65 подается к загрузочному устройству аппарата, которое оборудовано вибрационной решеткой для подсушивания продукта. Подсушивание предотвращает примерзание влажного продукта к поддону с перфорированным дном. Попадая на поддон, продукт обдувается холодным воздухом и во взвешенном состоянии быстро замораживается. Образовавшаяся ледяная корочка сокращает усушку. Из аппарата замороженный продукт удаляется через разгрузочное окно и направляется для расфасовки и упаковки. Движение воздуха в аппарате производится центробежными вентиляторами. Воздух нагнетается вентиляторами в грузовой отсек. Из воздухоохладителя воздух направляется к поддону с перфорированным дном. Воздухоохладитель аппарата оттаивается горячими парами аммиака. В аппарате быстро замораживается мелкоштучный продукт, аппарат прост в эксплуатации и надежен в работе. Недостатком аппарата является необходимость периодических остановок для удаления снеговой шубы с площади поверхности воздухоохладителя. Аппарат средней производительности. В этом аппарате (рис. 24) воздухоохладитель состоит из четырех секций, отделенных друг от друга теплоизолированными перегородками. Секции воздухоохладителя имеют независимое питание жидким холодильным агентом. Такая компоновка воздухоохладителя позволяет оттаивать снеговую шубу горячим паром холодильного агента с каждой секции, не останавливая аппарат. Специальное командное устройство отключает секцию для оттаивания. При этом автоматически закрывается щит (шибер) и прекращается движение холодного воздуха через секцию. Для ускорения оттаивания секция орошается теплой водой. Рисунок 24. Флюидизационный морозильный аппарат средней производительности: 1—теплоизолированный контур аппарата; 2 — дверь; 3 — поддон с перфорированным дном; 4 — секция воздухоохладителя; 5 — щиты для закрытия секций воздухоохладителя; 6 — теплоизолирующая перегородка; 7 — вибрационная решетка; 8 — щит; 9 — вентилятор; 10 — площадка для установки вентиляторов. 66 Аппараты большой производительности Флюидизационные аппараты большой производительности могут быть с орошаемым воздухоохладителем, многоярусными решетками, механическим приводом решеток, а также с промежуточной средой. Аппарат с орошаемым воздухоохладителем (рис. 25) представляет собой изолированный контур с поддоном, воздухоохладителем, вентиляторами, каплеотделителями, теплообменником и реконцентратором этиленгликоля. Орошение воздухоохладителя этиленгликолем исключает образование снеговой шубы на его площади теплопередающей поверхности и создает условия для длительной и эффективной работы аппарата. Рисунок 25. Флюидизациокный морозильный аппарат большой производительности с орошаемым воздухоохладителем: 1 — теплоизолированный контур; 2 — поддоны с перфорированным дном; 3 — воздухоохладители; 4 — вентиляторы; 5 — каплеотделители; 6 — реконцентратор этиленгликоля; 7 — паровой змеевик для выпаривания воды из этиленгликоля; 8 — трубопровод для возврата этиленгликоля в поддон; 9 — теплообменник; 10 - вентиль; 11 — трубопровод для подачи этиленгликоля в концентратор; 12 — поддон с раствором этиленгликоля; 13 — циркуляционный насос; 14 — оросительная гребенка. Раствор этиленгликоля для орошения воздухоохладителя циркуляционным насосом забирается из поддона под перфорированным дном и направляется к оросительной гребенке. Поглощая из циркулирующего через воздухоохладитель воздуха влагу, раствор этиленгликоля деконцентрируется и для восстановления концентрации часть его направляется в реконцентратор. Пройдя через теплообменник, концентрированный раствор вновь сливается в поддон. Проходящий с большой скоростью воздух захватывает капельки этиленгликоля. Попадание капелек ядовитого раствора в грузовой отсек аппарата предотвращается каплеотделителями, установленными после воздухоохладителя. Орошение воздухоохладителя раствором этиленгликоля, хотя и упрощает конструкцию аппарата и его автоматизацию, однако связано с необходимостью расхода энергии на работу реконцентратора и циркуляционного насоса. Флюидизационный аппарат с многоярусными решетками (рис. 26) включает изолированный контур, состоящий из двух отсеков, устройство предварительного охлаждения и жалюзийные шторки, предназначенные для изменения количества 67 воздуха и направления его движения, центробежные вентиляторы и воздухоохладитель. В первом отсеке изолированного контура замораживаются мелкоштучные продукты, а во втором — крупнокусковые. Продукт, подлежащий замораживанию, попадает в устройство предварительного охлаждения и подсушки. Это устройство оборудовано вибрационной решеткой и индивидуальным центробежным вентилятором, интенсивно обдувающим вибрационную решетку. Устройство предварительного охлаждения исключает намораживание и нагромождение теплого и влажного продукта в начальной части аппарата. Рисунок 26. Флюидизационный морозильный аппарат большой производительности с многоярусными решетками: 1 — туннельный отсек; 2— теплоизолированный контур; 3 — нижняя неподвижная решетка; 4 — средняя неподвижная решетка; 5 —верхняя неподвижная решетка; 6 — воздухоохладитель; 7 — центробежный вентилятор с электродвигателем; 8—диффузор; 9 — воздухораспределительный канал; 10 — двухскоростной электродвигатель центробежного вентилятора; 12 — воздухоохладитель; 13 — устройство предварительного охлаждения и подсушки продукта; 14 — транспортер подачи продукта в аппарат. 68 Если в аппарате замораживаются продукты небольших размеров (горошек, малина, резаная стручковая фасоль и др.), продолжительность замораживания которых мала, то используют только одну верхнюю решетку. При этом замороженный продукт выгружается через верхнее выпускное окно. Крупнокусковые продукты, время замораживания которых относительно велико, замораживаются на трех решетках, последовательно ссыпаясь с решетки на решетку. В этом случае замороженный продукт удаляется через нижнее выпускное окно. Регулирование направления движения потока продукта производится с помощью шиберов. Скорость движения потока продукта зависит от скорости и направления движения воздуха у решетки. Под каждой решеткой расположены шторки в виде жалюзи, предназначенные для регулирования движения воздуха. Двухскоростные электродвигатели центробежных вентиляторов воздухоохладителей позволяют регулировать производительность вентилятора и скорость движения воздушного потока. Для точной регулировки скорости движения воздушного потока в аппарате имеются задвижки с дистанционным управлением. Воздух, нагнетаемый вентиляторами, проходит через диффузоры в воздухораспределительный канал и далее направляется к решеткам с продуктом, где он нагревается. Теплый воздух охлаждается в воздухоохладителе. Воздухоохладитель состоит из восьми секций, расположенных в изолированном контуре. Секции оттаиваются водопроводной водой последовательно и независимо друг от друга. При оттаивании секции она автоматически изолируется от грузового отсека аппарата передвижными закрывающимися шторками. Достоинства аппарата — высокая универсальность, позволяющая замораживать в аппарате мелкоштучные и крупнокусковые продукты, непрерывность работы, компактность. ОСНОВЫ РАСЧЕТА КОНВЕЙЕРНЫХ АППАРАТОВ Если заданы производительность аппарата, вид продукта, и размеры замораживаемого блока, средняя температура воздуха, начальная и конечная температуры продукта, направление и скорость движения воздуха в аппаратах, то при расчете конвейерных морозильных аппаратов необходимо определить объем и массу замораживаемого блока; продолжительность замораживания; емкость аппарата и количество блоков в нем; длину цепи и скорость движения грузового конвейера аппарата; число ветвей конвейера аппарата; количество движущегося воздуха; тепловую нагрузку; изменение температуры воздуха в аппарате и среднюю логарифмическую разность температур; необходимую площадь поверхности воздухоохладителя и его конструктивные размеры; аэродинамическое сопротивление циркуляционного кольца аппарата; мощность электродвигателей вентиляторов. Так как в конвейерных морозильных аппаратах продукты обычно замораживаются в блок-формах, объем замороженного блока составит: Vбл = lбл bбл δ6л, где Vбл - объем замороженного блока, м3; lбл , bбл, δ6л — длина, ширина, толщина блока, м. Массу замораживаемого блока определяют по формуле: 69 g1 = Vблρ. Продолжительность замораживания находят по формуле Планка: 1 q з бл R бл Р i t кр t c i где ∑ і - сумма тепловых сопротивлений стенок , , блок-формы і и слоев упаковки, (м2К)/Вт; qз – удельное количество теплоты, отводимое при замораживании, кДж/кг; tкр, tс – температура криоскопическая и охлаждающей среды, оС; ρ – плотность продукта, кг/м3; R, Р – постоянные Планка. Коэффициент теплоотдачи от блок-формы при вынужденном движении воздуха можно подсчитать по формуле: 0,032 0,8 в l x0,2 0,8 , где ω — скорость движения воздуха у блок-форм, м/с; lx — линейный размер блок-формы в направлении движения воздуха, м; λв – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/ (м2/К); ν – кинематическая вязкость воздуха, м2/с. Емкость аппарата, т. е. массу продукта, находящегося на конвейере аппарата, определяют по формуле: G=G/τ, где G/- производительность аппарата, кг/сутки. Количество блоков в аппарате рассчитывают по уравнению: zб G . g1 Длину цепи грузового конвейера аппарата находят по формуле: Lц=bфzб, где bф — расстояние между осями блок-форм, м. Скорость движения грузового конвейера определяют по уравнению: к Lц . Число ветвей конвейера рассчитывают по формуле: zв где Lц , Lк ZB —число ветвей конвейера, шт.; LK — длина ветвей конвейера, м. По конструктивным соображениям длину ветви конвейера LK принимают равной 5—8 м, для того чтобы морозильные аппараты могли размещаться в холодильниках с сеткой колонн 6X6 м и 6X12 м. 70 Если предусмотрена загрузка аппарата продуктом и выгрузка замороженных блоков из аппарата с торцовой стены, то число ветвей должно быть четным. Количество движущегося воздуха определяют по уравнению: Vв=Fжω, где VB — количество движущегося воздуха, м3/с; Fж — площадь живого сечения для прохода воздуха, м2. Площадь живого сечения равна при поперечном движении воздуха: Fж Lк 2b1 l1 z в 1, где b1— зазор между звездочкой грузового конвейера и изолированной торцовой стенкой аппарата, м; l1 — зазор между блок-формами по высоте, предусмотренный для прохода воздуха, м; при продольном движении воздуха: Fж l 2b2 l1 z в 1, где b2 - зазор между блок-формой и боковыми изолированными стенками аппарата, м. Тепловую нагрузку на оборудование определяют по формуле: Qo = Q1+Q2+Qст+ Qф +Q4, где Q1 - теплоприток через ограждения, Вт; Q2 – теплоприток от замораживаемого продукта, Вт; Qст - тепловая нагрузка от стальных деталей конвейера, Вт; Qф – теплоприток от блок-форм, Вт; Q4 – эксплуатационный теплоприток (от работы вентиляторов), который можно ориентировочно принять (0,1…0,2) Q2, Вт. Qст=mстcстωк(t1-t2), где mст — масса 1 м грузового конвейера, кг; cст— удельная теплоемкость стали, Дж/(кгК); t1 — температура стальных элементов грузового конвейера, нагретых вне грузового отсека, оС; t2— температура стальных элементов грузового конвейера после их охлаждения в грузовом отсеке аппарата, °С. Qф=mфcбωк(t1-t2), mф — масса блок-форм, приходящаяся на 1м грузового конвейера, кг; cб — удельная теплоемкость материала блок-форм, Дж/(кгК). Изменение температуры воздуха в аппарате рассчитывают по уравнению: Qo . Vв в c в Среднюю логарифмическую разность температуры между воздухом и кипящим холодильным агентом определяют по формуле: t m , t c to 2,3 lg t c to 71 где t/c — температура воздуха перед воздухоохладителем, °С; t//c—температура воздуха после воздухоохладителя, °С. Площадь поверхности воздухоохладителя. находят по формуле : Fво Qo . k o t m Если не предусмотрено никаких других технических решений, то для уменьшения вредного влияния инея воздухоохладитель должен выполняться из нескольких секций, количество которых обычно не превышает трех. Длину труб в каждой секции рассчитывают по уравнению: Lсх П х Fво , fх где Lcx— -длина труб в секции воздухоохладителя, м; Пх — доля общей площади поверхности воздухоохладителя, приходящаяся на секцию; fx - площадь поверхности 1 м оребренной трубы с принятым, шагом оребрения, характерным для данной секции, м2. Конструктивные размеры воздухоохладителя определяются площадью живого сечения канала, в котором размещаются секции. Площадь живого сечения этого канала составляет: V Fк в , к где FK — площадь живого сечения канала, м2; ωк— скорость набегающего потока или скорость в канале при отсутствии секций, м/с (2,5 — 3 м/с). Секции воздухоохладителей компонуются из отрезков труб, соединенных коллекторами или калачами. Длиной отрезка трубы lтр задаются, исходя из конструктивных соображений. Аэродинамическое сопротивление в циркуляционном кольце аппарата определяют по формуле: Δр=( Δрво + Δргр + Δрпов + Δрдиф + Δрконф + Δрвх)1,1, где Δрво, Δргр , Δрпов , Δрдиф , Δрконф , Δрвх — аэродинамическое сопротивление секций воздухоохладителя, в грузовом отсеке аппарата, поворотов, диффузора, конфузора при входе воздуха в вентилятор, Па; 1,1 — коэффициент, учитывающий аэродинамическое сопротивление трения воздуха в каналах. Аэродинамическое сопротивление секций воздухоохладителя определяется из предположения, что на их площади поверхности находится снеговая шуба. Толщину снеговой шубы можно принять на первой секции 3 мм, на второй 2 мм, на третьей 1 мм. Мощность электродвигателей вентиляторов определяют по формуле: V p Nе o , где η – КПД вентилятора. 72 ОСНОВЫ РАСЧЕТА ФЛЮИДИЗАЦИОННЫХ АППАРАТОВ Рассчитывая флюидизационный, морозильный аппарат, если задана его производительность, температура воздуха, а также начальная и конечная температура продукта, необходимо определить оптимальную скорость воздуха в грузовом отсеке аппарата; коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта; теплоприток от продукта; площадь решетки и ориентировочные размеры аппарата; объем и массу движущегося воздуха, продолжительность замораживания продукта в аппарате; аэродинамическое сопротивление флюидизационного слоя продукта и решетки. Оптимальную скорость движения воздуха в грузовом отсеке флюидизационного аппарата определяют по формуле: ωопт=2,25+1,95lgGед, где Gед — масса единичного продукта, г. Для устойчивой работы флюидизационного аппарата должно быть выполнено условие: ω/кр<ωопт<ω//кр, где ω/кр - начальная скорость флюидизации, м/с; в кр Ar d э 1400 5,22 Ar где Ar - критерий Архимеда; Ar gd э пр 2в в ; где g — ускорение свободного падения, м/с2; ρпр — плотность продукта, кг/м3; dэ – эквивалентный диаметр, м; ω//кр - критическая скорость флюидизации или скорость, при которой возможен унос частиц продукта из слоя, м/с; Ar в кр . d э 18 0,6 Ar Если в аппарате предполагается замораживание продуктов и в плотном слое, то скорость движения воздуха в грузовом отсеке аппарата обычно принимают равной оптимальной скорости флюидизации, т. е. ωопт. Коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта находят по формуле: 0,62 d э0,5 0,5 опт в0,5 Теплоприток от продукта составит: Q2=G/qз. Площадь решетки можно найти по формуле: 73 . Fр Q2 опт в cв t в , где Δtв — температура нагрева воздуха во флюидизационном слое, °С (1…3° С). Высоту слоя продукта на решетке определяют по формуле: Н0 G . пр F р Действительную температуру воздуха на выходе из слоя замораживаемого продукта находят из соотношения: tв2=tк+(tв1-tк)e-n. где tк – конечная температура продукта, оС; tв1 — температура воздуха, входящего в флюидизационный слой, °С; n / пр Fпр G c пр ; где спр - удельная теплоемкость продукта, Дж/(кгК) F/пр - площадь поверхности продукта, находящегося на решетке, м2. Продолжительность замораживания определяют из выражения: продуктов сферической формы в аппарате q з пр d э d э 1 , 6 t кр t с 4 м где λм — теплопроводность замороженного продукта, Вт/(мК). Емкость аппарата находится по формуле: G=G/τ. Аэродинамическое сопротивление флюидизационного слоя находится из зависимости: H p сл 1,67 Re д d э 0,2 G пр Fр , где Reд – действительное значение критерия Рейнольдса. d Re д опт э . В дальнейшем производится тепловой расчет аппарата, находится площадь теплопередающей поверхности воздухоохладителя, определяется суммарное аэродинамическое сопротивление циркуляционного кольца, производится подбор вентиляторов с уточнением тепловой нагрузки на воздухоохладитель и при необходимости корректируется площадь его теплопередающей поверхности. 74 Лекция 3.2. АППАРАТЫ БЕСКОНТАКТНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 1. 2. 3. 4. Плиточные морозильные аппараты Основы расчета плиточных аппаратов Аппараты для замораживания продуктов жидкими хладоносителями Аппараты для замораживания продуктов жидкими хладоносителями Аппараты бесконтактного замораживания предназначены для замораживания блочных и мелкоштучных продуктов как упакованных в тару, так и неупакованных. Такие аппараты компактны, интенсивны и обладают лучшими по сравнению с воздушными морозильными аппаратами сравнительными показателями. К аппаратам с бесконтактным замораживанием относят плиточные аппараты и аппараты для замораживания упакованных продуктов жидкими хладоносителями. ПЛИТОЧНЫЕ АППАРАТЫ Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания различных пищевых продуктов в блоках: мяса, субпродуктов, промысловых рыб, рыбного филе и фарша, творога в блоках и брикетах мелкой расфасовки, овощных и фруктовых пюре. Продукты, замороженные в плиточных морозильных аппаратах, имеют правильную форму и легко упаковываются. При транспортировке и хранении таких продуктов эффективно используется грузовой объем транспортных средств и камер хранения стационарных холодильников. В плиточных морозильных аппаратах упакованный или неупакованный продукт замораживается, находясь в контакте с подвижными морозильными плитами или с вращающимися барабанами. Морозильные плиты, перемещаемые гидравлическим или электрическим приводом, а также энергией жидкости, плотно (с давлением 10— 100кПа) прижимаются к продукту, что обеспечивает формовку и подпрессовку продукта, его хороший тепловой контакт с площадью поверхности морозильных плит. Плиты и барабаны аппарата охлаждаются кипящим холодильным агентом (испарительная система) или хладоносителем, охлажденным в испарителе. В испарительную систему плиточного морозильного аппарата холодильный агент может подаваться под разностью давлений конденсации и кипения или циркуляционными насосами. Аппараты могут обслуживаться индивидуальными или центральными холодильными установками. Отсутствие промежуточной воздушной среды в плиточных морозильных аппаратах позволяет уменьшить перепад температур и интенсифицировать теплообмен между замораживаемым продуктом и холодильным агентом (хладоносителем), а также отказаться от громоздких и металлоемких воздухоохладителей и энергоемких вентиляторов. Поэтому плиточные морозильные аппараты интенсивны, компактны и экономичны. По сравнению с воздушными морозильными аппаратами съем замороженного продукта с 1 м2 площади пола, занимаемой плиточными морозильными аппаратами, примерно в 1,5—2 раза больше, а энергетические затраты и масса этих аппаратов на 30—40% меньше. В зависимости от расположения морозильных плит и их конструкции аппараты бывают горизонтально-плиточные (аппараты с горизонтальным расположением плит), 75 вертикально-плиточные (аппараты с вертикальным расположением плит), роторные (аппараты с радиальным расположением плит), а также аппараты барабанного типа. Горизонтально-плиточные аппараты Эти аппараты применяют для замораживания филе. В таких аппаратах продукт, находящийся между плитами, замораживается в противнях. Большинство горизонтально-плиточных морозильных аппаратов — устройства периодического действия с ручной и механизированной загрузкой и выгрузкой продукта. Некоторые аппараты выполняются с периодическим перемещением блок-форм с продуктом по морозильным плитам. Горизонтально-плиточные морозильные аппараты выпускаются с числом плит от 6 до 21 шт. Горизонтально-плиточные морозильные аппараты состоят из изолированного контура (шкафа) с дверьми, рамы (каркаса), морозильных плит, гидравлического или механического привода, предназначенного для перемещения морозильных плит. Привод может размещаться в верхней или в нижней части аппарата. В некоторых аппаратах гидравлический привод (гидравлические цилиндры) размещают сбоку (рядом с морозильными плитами), что позволяет выполнять аппарат компактным. Давление подпрессовки на продукт поддерживается постоянным с помощью специального клапана, который автоматически перепускает масло из гидравлических цилиндров в емкость. Такой клапан не допускает увеличения давления на продукт при возрастании его объема в процессе замораживания. Горизонтально-плиточный аппарат с периодическим перемещением блок-форм с продуктом (рис. 27) состоит из изолированного контура, гидравлических цилиндров, транспортера загрузки, автоматических дозирующих весов, подъемного лифта, автоматического толкателя. Стенки изолированного контура обшиты листами из нержавеющей стали. В изолированном контуре для удобства обслуживания имеются двери с уплотненными прокладками. Аппарат имеет три гидравлических цилиндра двойного действия. Два цилиндра предназначены для автоматического подъема и опускания морозильных плит, а третий служит приводом загрузочного механизма. Последовательность работы гидравлических цилиндров осуществляется с помощью соленоидных вентилей, Импульс на срабатывание соленоидных вентилей подается конечными микровыключателями. Продукт с помощью транспортера загрузки подается на автоматические дозирующие весы, а затем в блок-формы, которые могут быть с крышками и без них. Если продукт упакован, то он, минуя автоматические дозирующие весы, с помощью автоматического устройства и проталкивающего механизма сразу же укладывается в блок-формы. Заполненная блок-форма с помощью подъемного лифта поднимается на уровень верхних направляющих. На пути движения блок-формы с продуктом находится устройство для ее осушки — осушающие плиты. Когда блокформы зафиксированы в положении загрузки, чувствительный элемент подает сигнал, и автоматический толкатель передвигает блок-форму в проем между верхними морозильными плитами. Загрузка аппарата блок-формами продолжается до тех пор, пока проем не будет полностью заполнен. 76 Рисунок 27. Горизонтально-плиточный аппарат с периодическим перемещением блок-форм с продуктом: 1 — транспортер загрузки; 2 — блок-форма; 3 —подъемный лифт; 4, 15 — автоматические толкатели; 5 — автоматические дозирующие весы; 6 — осушающие плиты; 7 —толкающие устройства; 8 — гидравлические опускающееся лифты; 9 — оттаивательные плиты; 10 — виброустройство; 11 — приемный транспортер; 12 — автоматическое устройство для подачи упакованного продукта в блок-форму; 13 — моечное устройство; 14 —желоб; 16 — устройство для перемещения блок-формы к месту разгрузки; 17 — опоры для морозильных плит; 18—морозильные плиты; 19 — рельсы; 20 — роли блок-формы; 21 —изолированный контур. После каждого цикла перемещения блок-форм морозильные плиты опускаются с помощью подъемных траверс. Морозильные плиты устанавливаются на опоры таким образом, что положение каждой плиты точно зафиксировано. К нижним стенкам морозильных плит приварены рельсы, по которым на роликах перемещается блокформа. При перемещении блок-формы не соприкасаются с морозильными плитами. После каждого цикла перемещения подъемная траверса движется вверх до тех пор, пока морозильные плиты плотно не прижмутся к блок-формам. Контакт между морозильными плитами и блок-формами сохраняется до следующего цикла. Перемещение блок-формы с одного ряда морозильных плит на другой осуществляется с помощью гидравлических опускающихся лифтов, а продольное движение блок-форм с продуктом по рельсам — с помощью толкающих устройств. Таким образом, блок-форма с продуктом совершает зигзагообразный путь сверху вниз. После замораживания продукта блок-формы направляются к оттаивательным плитам, откуда с помощью специального устройства блок-форма подается к месту 77 разгрузки. При этом блок-форма поворачивается на 180° и блок замороженного продукта выпадает из нее на приемный транспортер. Затем пустая блок-форма поступает к моечному устройству и возвращается оттуда снова к месту загрузки. Морозильный аппарат снабжен электронным регулирующим устройством, управляющим всей работой аппарата. Полная механизация и автоматизация аппарата является его достоинством. Четкая работа всех узлов аппарата требует применения большого количества автоматических средств. Вертикально-плиточные аппараты Продукты, которые замораживаются в вертикально-плиточных аппаратах, загружаются специальным дозирующим бункером или транспортером в пространство между плитами. Отдельные куски продуктов занимают произвольное положение, а поэтому замороженные блоки имеют ухудшенный товарный вид и воздушные прослойки. Плохая укладка продуктов приводит к уменьшению контакта их с морозильными плитами, что удлиняет продолжительность замораживания блока. Вертикально-плиточные аппараты бывают с нижней, верхней или с боковой выгрузкой. При нижней выгрузке аппарат оборудуется отодвигающейся платформой или раскрывающимся створчатым дном, при верхней — поднимающимися пластинами, а при боковой разгрузке — открывающейся стенкой. Вертикально-плиточный аппарат состоит из рамы, вертикальных морозильных плит, их привода, а также узла разгрузки. Обычно у вертикально-плиточных аппаратов отсутствует изолированный контур, что увеличивает тепловую нагрузку на холодильное оборудование, обслуживающее такие аппараты. В вертикально-плиточных аппаратах морозильные плиты могут перемещаться гидравлическим приводом или хладоносителем. Конструктивно вертикально-плиточные аппараты могут выполняться со всеми подвижными морозильными плитами или с неподвижными и подвижными. Вертикально-плиточный аппарат с подвижными плитами представлен на рис.28. Рисунок 28. Вертикально-плиточный аппарат с подвижными плитами: 1 — стальная рама; 2 —вертикальные морозильные плиты; 3 — гидравлический цилиндр; 4 — замораживаемые блоки; 5 — боковые стенки; 6 —- приборы управления гидравлическим приводом; 7 — коллекторы холодильного агента; 8 — вертикальные направляющие. 78 На раме аппарата монтируются вертикальные морозильные плиты, охлаждаемые холодильным агентом, который подается к морозильным плитам и отводится от них с помощью гибких шлангов. После загрузки аппарата продуктом морозильные плиты сдвигаются на определенное расстояние, которое фиксируется кассетами, заранее вставленными между плитами. Это расстояние и определяет толщину блока. Давление замораживаемого продукта на морозильные плиты компенсируется гидравлическим устройством. Несколько таких аппаратов обслуживается специальными разгрузочными тележками, имеющими перегородки по числу замороженных блоков в аппарате. После оттаивания замороженных блоков морозильные плиты раздвигаются и подтаявшие блоки выпадают на разгрузочную тележку, на которой они и транспортируются в камеру хранения. Мембранный морозильный аппарат (рис. 29) выполняется в виде прямоугольной коробки с подвижным дном и съемной легкой крышкой, изготовленной из резины. Продольные стенки коробки служат каркасом, а поперечные — коллекторами. Во внутренней полости коробки установлены вертикальные морозильные плиты, которые состоят из двух стальных мембран, соединенных между собой и с коллекторами резиновыми манжетами. Рисунок 29. Мембранный морозильный аппарат: 1 — резиновая манжета; 2 — мембранная камера; 3 — ограничитель; 4— блок мяса; 5 — стальная мембрана; 6 — подвижное дно; 7 —коллектор; 8 —патрубок для хладоносителя. В пространство между плитами (мембранные камеры) насосом подается охлажденный хладоноситель, под давлением которого стальные мембраны раздвигаются. Для ограничения перемещения стальных мембран в аппарате имеются специальные вертикальные перегородки (ограничители), расположенные перпендикулярно стальным мембранам. Ограничители опираются цапфами на кромки стальных мембран и не мешают их свободному перемещению. Стальные мембраны и ограничители являются стенками для 48 форм, в которых происходит формирование и замораживание мясных блоков. Толщина замороженного блока, которая зависит от расстояния между мембранными камерами, составляет 100 мм. В процессе загрузки 79 аппарата мясом и выгрузки замороженного блока расстояние между мембранными камерами увеличивается до 120 мм. Для уменьшения теплопритоков корпус аппарата изолирован снаружи и облицован алюминиевыми листами. Специальное устройство, состоящее из электродвигателя с редуктором и блоков с тросами, служит для открытия и закрытия подвижного дна аппарата. Взвешенная порция продукта по специальному желобу ссыпается в ковш загрузочного устройства. Загрузка аппарата производится с помощью питателя, который выполнен в виде прямоугольной чаши с патрубками. Когда питатель находится над аппаратом и патрубки с мешками вошли в формы, из ковша мясо ссыпается в чашу питателя и далее в формы. После окончания загрузки аппарата в мембранные камеры подается хладоноситель, охлажденный в испарителе. Стальные мембраны плотно прижимаются к упакованному продукту, формуя и замораживая мясные блоки. Когда замораживание мясных блоков закончено, насос откачивает хладоноситель из мембранных камер, создавая в них разрежение. Под действием разности давлений (в мембранных камерах и вне их) стальные мембраны отодвигаются от продукта, освобождая замороженные блоки, которые удаляются из аппарата при открывании подвижного дна. Замороженные блоки ленточным транспортером направляются в камеры хранения. В модернизированном мембранном морозильном аппарате мембранные камеры заменены полыми цельнометаллическими сварными морозильными плитами, изготовленными из нержавеющей стали. Морозильные плиты связаны между собой шарнирными звеньями цепи. Для циркуляции хладоносителя морозильные плиты последовательно соединены резиновыми патрубками-компенсаторами, которые заменили резиновые манжеты. Морозильные плиты перемещаются с помощью пневматического цилиндра. Роторные аппараты Аппараты с радиальным расположением плит получили название роторных морозильных аппаратов. В них удачно сочетаются преимущества воздушных и плиточных: морозильных аппаратов: процесс замораживания непрерывен, загрузка и выгрузка механизированы, замораживание интенсивное, блоки хорошо подпрессованы. Роторные морозильные аппараты предназначены для замораживания пищевых продуктов, упакованных в тару (жилованного мяса, субпродуктов, промысловых рыб, рыбного филе и фарша, творога в блоках и брикетах в мелкой расфасовке, а также овощей, фруктов и других продуктов в виде блока). При замораживании продукт находится в непосредственном контакте с морозильными плитами, которые соединены в секции, укрепленные на валу ротора. Такое расположение секций позволяет устанавливать их в любой позиции, а также механизировать и автоматизировать загрузку и выгрузку продуктов в условиях непрерывности замораживания. В роторных морозильных аппаратах продукт замораживается в кассетах, рассчитанных на несколько блоков. Упакованные продукты не примерзают к кассетам и плитам, что исключает оттаивание блоков при их выгрузке из аппарата. 80 В зависимости от производительности аппарата ротор собирают из самостоятельных секций, что позволяет загружать и разгружать одну из секций продуктом, в то время как в остальных секциях процесс замораживания может продолжаться. Вал ротора предназначен для крепления секций, приведения их в движение и является одним из основных узлов аппарата. Вал ротора выполнен пустотелым и используется для подачи холодильного агента или хладоносителя в морозильные плиты и отвода его из них. Внутренняя полость вала разделена заглушкой на правую и левую части. В правую часть подается холодильный агент, а из левой он отводится. В торцах вала установлены сальники, обеспечивающие уплотнение системы. Роторные морозильные аппараты (МАР), состоящие из 23 автономных двухплиточных секций, предназначены для замораживания рыбы. Морозильные секции первых роторных аппаратов типа МАР были изготовлены из нержавеющей стали и охлаждались хладоносителем. В последующих конструкциях этих аппаратов морозильные секции были переведены на непосредственное охлаждение кипящим аммиаком, что позволило интенсифицировать процесс замораживания блоков и сократить продолжительность их холодильной обработки по сравнению с аппаратами, плиты которых охлаждались хладоносителем, на 20— 25%. В морозильные секции роторных аппаратов холодильный агент обычно подается циркуляционным насосом. Применение насосно-циркуляционного способа подачи позволяет повысить коэффициент теплоотдачи кипящего жидкого аммиака к морозильным секциям и сократить продолжительность замораживания продуктов в аппарате. Морозильные аппараты типа МАР могут выпускаться как в одинарном, так и в спаренном варианте. В одинарном варианте каждый аппарат имеет индивидуальную насосную станцию, транспортер выгрузки и площадку обслуживания. При спаренном варианте аппараты имеют одну насосную станцию, общий транспортер выгрузки замороженных блоков и общую площадку обслуживания. На базе аппаратов типа МАР для замораживания мясных продуктов был разработан автоматизированный роторный аппарат типа АРСА-10, а для замораживания рыбы —АРСА-3-15Р. Аппарат АРСА-10 состоит из 27 автономных двухплиточных секций, охлаждаемых жидким аммиаком. В аппарате АРСА-3-15Р блоки рыбы замораживаются в автономных трехплиточных секциях, применение которых позволило рационально использовать их охлаждающую площадь поверхности, так как количество плит в секции возросло на одну, а масса продукта, загружаемого в секцию, увеличилась в 2 раза. Производительность аппарата возросла на 30% при незначительном изменении габаритных размеров по сравнению с аппаратами, морозильные секции которых состоят из двух плит. Морозильные секции аппарата АРСА-3-15Р могут охлаждаться кипящим аммиаком или хладоном. Все роторные морозильные аппараты являются устройствами пульсирующего действия. Автоматизированный роторный аппарат типа АРСА-3-15Р показан на рис. 30. Основными рабочими элементами аппарата являются радиально расположенные относительно вала трехплиточные секции, в которых замораживается продукт, механизмы открытия секций и поворота ротора, загрузочное устройство, механизмы 81 отсекателей и срыва блоков, транспортер выгрузки блоков, кантователь и насосная станция. Рис. 30. Автоматизированный роторный морозильный аппарат типа АРСА-315Р: 1 — механизм открытия морозильной секции; 2 — дозирующее устройство; 3 — загрузочное устройство; 4 — приборы управления электрической системы; 5 — приборы управления гидравлической системой; 6 — транспортер выгрузки блоков; 7 — механизм срыва блоков; 8 — механизм поворота блоков. Каждая секция аппарата состоит из средней, верхней и нижней морозильных плит. Морозильные плиты изготовляются из специального алюминиевого профиля. По каналам морозильных плит циркулирует холодильный агент, подача которого в каждую морозильную плиту и отвод из нее производится через специальные штуцеры, приваренные к морозильным плитам. Для равномерной подачи холодильного агента установлена дроссельная шайба с калиброванным отверстием диаметром 4 мм. Средняя морозильная плита является неподвижной относительно вала ротора и жестко крепится на кронштейнах, которые находятся на дисках вала ротора. Верхняя и нижняя морозильные плиты притягиваются к средней пружинами, установленными с двух сторон секции. Фиксирование верхней и нижней морозильных плит относительно средней морозильной плиты производится с помощью штырей, входящих в валики, которые закреплены на средней морозильной плите. При работе аппарата подлежащий замораживанию продукт загружается в пространство между плитами. Механизм открытия состоит из валиков с кулачками. Поворот валиков осуществляется под действием штока гидравлических цилиндров, предназначенных для открытия секций. Кулачки, закрепленные на кольцах валика, передают усилие на верхнюю (или нижнюю) морозильную плиту через специальные пальцы, приваренные к плите и, поднимая (или опуская) морозильную плиту, увеличивают расстояние 82 между ними. Условный проход в момент раскрытия секций составляет 100 мм. Рабочие пружины секции растягиваются, что позволяет при обжатии блоков создать необходимое давление на продукт для подпрессовки. Механизм поворота ротора состоит из водила и диска, гидравлического цилиндра и фиксатора. Водило с помощью втулки насажено на обечайку левого коллектора вала ротора. От осевых перемещений водило предохраняют два полукольца, вставленных в кольцевой паз стакана коллектора вала и соединенных между собой винтами. К фланцу левого коллектора болтовыми соединениями прикреплен диск, в котором имеются отверстия (по числу секций). Движущим элементом механизма поворота ротора является гидравлический цилиндр, хвостовик которого с помощью пальца шарнирно закреплен между двумя кронштейнами, приваренными к раме аппарата. На шток гидравлического цилиндра навернута вилка, зафиксированная штифтом. С помощью пальца вилка соединена с рычагом водила. На нем шарнирно сидит собачка, зафиксированная в определенном положении пружиной. При движении штока гидравлического цилиндра вверх водило, вращаясь вместе с обечайкой, поворачивается на валу ротора таким образом, что собачка упирается в палец, поворачивает ротор аппарата, устанавливая следующие секции в позицию загрузки. При обратном движении штока цилиндра собачка выходит из зацепления с пальцем диска и скользит по нижерасположенным пальцам, возвращаясь пружиной в первоначальное положение. Поскольку собачка не зацепляется с пальцем диска, ротор не вращается, оставаясь в том положении, в котором он оказался после поворота. Фиксатор представляет собой рычаг, сидящий с помощью втулки на пальце, который прикреплен к раме аппарата. Один конец рычага удерживается пружиной, соединенной винтом и гайкой с рамой. Загрузочное устройство представляет собой подвижной стол, который может перемещаться по вертикали, обеспечивая загрузку верхних и нижних секций. Горизонтальное перемещение подвижного стола осуществляется гидравлическим приводом через реечное зацепление. Механизмы автоматики (конечные выключатели) обеспечивают периодическое движение подвижного стола вперед для загрузки и назад в исходное положение. Механизм отсекателей удерживает блоки в секции при загрузке подвижного стола и его возвращении в исходное положение. Механизм состоит из валиков с флажками и гидравлических цилиндров. По окончании загрузки секции гидравлический цилиндр поворачивает валик так, что флажки упираются в кассету и удерживают блок в секции. После этого механизм отсекателей возвращается в исходное положение. Механизм срыва блоков, расположенный в нижней части аппарата, состоит из вала с рычагами, которые при повороте вала сдвигают замороженные блоки к центру ротора и удерживают их от произвольного вы-падания. Когда секция находится на позиции выгрузки, рычаги механизма срыва блоков быстро возвращаются в исходное положение. Замороженные блоки соскальзывают на лоток транспортера выгрузки блоков. Выпавшие блоки сдвигаются в кантователь. Внизу лотка установлены контрольные устройства, фиксирующие выпадение блока. Транспортер выгрузки блоков состоит из винта, ходовой гайки и скребка. Вращение винта осуществляется гидравлическим приводом. С транспортера выгрузки блоки попадают в кантователь, который, 83 поворачиваясь вокруг оси, подает блоки на упаковочный стол. Кантователь приводится в движение гидравлическим цилиндром. Насосная станция аппарата является автономной. Производительность насоса 18 л/мин при рабочем давлении 400—500 кПа. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПЛИТОЧНЫХ АППАРАТОВ При расчете плиточных морозильных аппаратов периодического действия должны быть заданы: производительность аппарата, расположение плит, размеры замораживаемого блока, вид и температура теплоотводящей среды, вид замораживаемого продукта, а также его начальная и конечная температуры. Основы расчета плиточных морозильных аппаратов приведены для случая охлаждения горизонтальных плит кипящим холодильным агентом и хладоносителем. При охлаждении морозильных плит горизонтально-плиточного аппарата кипящим холодильным агентом, подаваемым в аппарат насосом, необходимо определить объем и массу замораживаемого блока; продолжительность замораживания блока и количество циклов работы аппарата в течение суток; емкость аппарата; и количество блоков, находящихся в нем; количество морозильных плит; тепловую нагрузку; емкость испарительной системы аппарата; количество холодильного агента, циркулирующего в морозильных плитах аппарата; гидравлическое сопротивление испарительной системы морозильного аппарата; диаметр дроссельной шайбы, установленной при входе холодильного агента в морозильную плиту; производительность циркуляционного насоса; падение давления в испарительной системе. Объем замораживаемого блока находят по формуле: Vбл = lбл bбл δ6л. Массу замораживаемого блока определяют по формуле: g1 = Vблρ. Продолжительность замораживания блока рассчитывают по формуле Планка. Значение коэффициента теплоотдачи от кипящего холодильного агента к морозильной плите, входящее в формулу Планка, в зависимости от его вида можно найти из уравнения вида: f qср , где qср — средний тепловой поток от замораживаемого блока к площади поверхности морозильной плиты, Вт/м2; Q qср бл , 2 Fбл Qбл - количество тепла, отводимое от блока при его замораживании в аппарате, Дж; 84 Qбл=qзg1, Fбл - площадь соприкосновения блока с морозильной плитой аппарата, м2; Fбл=lB. В уравнение Планка входит неизвестное значение продолжительности замораживания блока, зависящее от коэффициента теплоотдачи. Задаваясь продолжительностью замораживания блока, вычисляют по известному уравнению (qср) средний тепловой поток от замораживаемого блока к площади поверхности морозильной плиты, а затем и коэффициент теплоотдачи от кипящего холодильного агента к морозильной плите. Подставляя найденное значение коэффициента теплоотдачи от кипящего холодильного агента к морозильной плите в формулу Планка, определяют продолжительность замораживания блока. Если вычисленная до формуле Планка продолжительность замораживания блока хорошо согласуется (±5%) с принятой, то задача решена. Если же расхождение более 5%, то необходимо принять новое значение продолжительности замораживания, повторяя решение до тех пор, пока не будет достигнуто хорошее совпадение принятий и вычисленной величин. Так как между блоком и морозильной плитой могут находиться воздушные прослойки, которые удлиняют продолжительность холодильной обработки продукта в аппарате, действительная продолжительность замораживания составит: д , 0 где τ д—действительная продолжительность замораживания блока, с; φо — коэффициент, учитывающий возрастание продолжительности замораживания блока, вследствие неплотного контакта площади продукта и морозильной плиты (φо = 0,85…0,9). Количество циклов работы аппарата в течение суток определяют по формуле: τц = τ + τзв, τзв – продолжительность загрузки и выгрузки. nc c , ц где пс — количество циклов работы аппарата в течение суток; τс — продолжительность работы аппарата в течение суток, ч (=22ч); τц — продолжительность цикла работы аппарата с учетом времени загрузки аппарата продуктом и времени выгрузки замороженных блоков, ч. Продолжительность цикла работы аппарата находят по формуле (τц), принимая τзв = 0,25…0,33 ч. Емкость аппарата определяют по уравнению: G G . nc Количество блоков в аппарате рассчитывают по формуле: 85 zб G . g1 Тогда количество морозильных плит в аппарате z nп б 1, zп где nп — количество морозильных плит в аппарате, шт.; zп — количество блоков, находящихся на одной морозильной плите. Тепловую нагрузку определяют по уравнению: Q0 = Q1+Q2+Qп, где Qп – тепловая нагрузка от металла морозильных плит при их охлаждении, Вт. G c n t t Qп п п п 1 c , д Gn—масса одной плиты, кг; сп—удельная теплоемкость материала плит, Дж/(кгК). Емкость испарительной системы аппарата находится для того, чтобы можно было рассчитать и подобрать циркуляционный и дренажный ресиверы, обслуживающие аппарат. Емкость испарительной системы аппарата находят по формуле: Vис = Vп + Vк + Vш, где Vис, Vn, Vк, Vш — емкость испарительной системы аппарата, м3. Морозильные аппараты барабанного типа Морозильные аппараты барабанного типа предназначены для замораживания мелкоштучных неупакованных продуктов, влажных продуктов неправильной формы и жидких продуктов. Замораживающим элементом этих аппаратов является вращающийся цилиндрический барабан, в пространство между стенками которого подается холодильный агент или хладоноситель (через пустотелый вал со специальным сальниковым уплотнением). В состав морозильного аппарата барабанного типа для замораживания мелкоштучных неупакованных продуктов (рис.31) входят цилиндрический барабан, охлаждающий змеевик, загрузочный транспортер, разгрузочное устройство. Барабан расположен в изолированном контуре. Зазор между барабаном и изолированным контуром равен 50 мм. Приводом барабана аппарата служит электродвигатель мощностью 0,5 кВт, соединенный с вариатором скоростей. Внутри изолированного контура проходит змеевик, охлаждающий зазор. 86 Рисунок 31. Морозильный аппарат барабанного типа для замораживания мелкоштучных неупакованных продуктов: 1 — цилиндрический барабан; 2 — теплоизолированный контур; 3 — лопастное колесо; 4 — разгрузочный конвейер; 5 — загрузочный транспортер; 8 — охлаждающий змеевик. Разгрузочное устройство состоит из ножа, лопастного колеса и разгрузочного конвейера. Нож изготовлен из нержавеющей стали шириной 100 мм и усилен алюминиевым ребром. Вращение лопастного колеса согласовано с движением конвейера таким образом, что один его оборот соответствует определенному расстоянию движения ленты. Разгрузочный конвейер соединяет аппарат с глазуровочной или с упаковочной машиной. Лопастное колесо и разгрузочный конвейер имеют свои приводы. Подлежащий замораживанию продукт находится на загрузочном транспортере. Продукт подается на барабан и в течение некоторого времени движется, находясь между лентой загрузочного транспортера и площадью поверхности барабана. Транспортер слегка прижимает продукт к площади поверхности барабана, и он примерзает к ней. С барабана замороженный продукт удаляется ножом, а лопастное колесо направляет его на разгрузочный конвейер, который транспортирует этот продукт для последующей глазуровки и упаковки в тару. Аппарат компактен, механизирован, просто встраивается в технологические линии по производству мелкоштучных замороженных пищевых продуктов. Морозильный аппарат барабанного типа для замораживания влажных продуктов неправильной формы (куски мяса, креветки, кулинарные продукты) состоит из замораживающего барабана, закрепленного на валу и вращающегося в подшипниках, вибролотка, входного конвейера, питающего и прижимного барабанов, кожуха и воздухоохладителя (рис. 32). 87 Рисунок 32. Морозильный аппарат барабанного типа для замораживания влажных продуктов неправильной формы: 1 — питающий барабан; 2, 4 — вибролотки; 3 — входной конвейер; 5 — подшипники; 6 — вал; 7 — замораживающий барабан; 8 — воздухоохладитель; 9 — вентилятор; 10 — кожух; 11 — электродвигатель; 12 — прижимной барабан. Для уменьшения объема, в котором кипит холодильный агент, замораживающий барабан имеет кольцевое пространство. Подача холодильного агента в кольцевое пространство и удаление пара из него производится через общую цапфу, расположенную на одной из торцовых сторон замораживающего барабана. Цапфа попользуется для размещения привода вращения замораживающего барабана. Чтобы аппарат мог работать эффективно без изоляции, вокруг замораживающего, барабана предусмотрен кожух, куда с помощью центробежного вентилятора направляется поток холодного воздуха. Охлаждение воздуха производится змеевиковой батареей. Холодный воздух обдувает замораживаемый продукт, находящийся на площади .поверхности замораживающего барабана. Подача продукта осуществляется с помощью входного конвейера, вибролотка и питающего барабана, который выполнен многослойным и состоит из стальной обечайки и упругого материала. Привод барабанов осуществляется от общего электродвигателя, и скорости вращения их примерно одинаковы. Разгрузка продукта из аппарата происходит с помощью наклонного вибролотка, на котором закреплен нож. По входному конвейеру продукт поступает на вибролоток, где равномерно распределяется и за счет его наклона попадает на площадь поверхности питающего барабана. Положение питающего барабана относительно замораживающего барабана, а также расстояние между ними регулируются в зависимости от толщины кусков 88 замораживаемого продукта. Питающий и прижимной барабаны вращаются в одну сторону, противоположную направлению вращения замораживающего барабана. Так как температура кипения холодильного агента в пространстве замораживающего барабана низкая (—55…—65°С), при соприкосновении с его площадью поверхности влажный продукт мгновенно примерзает к ней. Прижимным барабаном продукт слегка подпрессовывается и, плотно прижатый к площади поверхности замораживающего барабана, быстро замораживается. Этому также способствует и то, что находясь на замораживающем барабане, он обдувается холодным воздухом, температура которого Аппарат компактен, интенсивен, процесс замораживания продуктов в нем механизирован и автоматизирован. К недостаткам аппарата можно отнести ограниченность продуктов, которые могут замораживаться в нем, а также повышенную усушку. Морозильный аппарат барабанного типа для замораживания жидких пищевых продуктов (рис. 33) состоит из барабана, ванны с продуктом, привода и рамы. Рисунок 33. Морозильный аппарат барабанного типа для замораживания жидких пищевых продуктов: 1 — привод; 2 — барабан; 3 — ванна с продуктом; 4—рама. Под барабаном располагают ванну с продуктом, которая устанавливается так, что часть замораживающей площади поверхности барабана, охлаждаемая кипящим аммиаком или фреоном, находится в ней и погружена в жидкий продукт. При вращении барабана он непрерывно смачивается жидким продуктом, который примерзает к его площади поверхности. В зависимости от вида продукта и частоты вращения барабана меняется толщина замораживаемого слоя. Перед входом барабана в ванну вдоль его образующей установлена специальная вращающаяся фреза, которая приводится в движение от общего привода через зубчатую передачу. Зазор между фрезой и металлической площадью поверхности барабана минимален. Снятый с барабана фрезой замороженный слой попадает в приемный бункер, и разгрузочным транспортером продукт выводится из аппарата. Аппарат компактен, интенсивен, позволяет непрерывно замораживать жидкие пищевые продукты. Эффективность работы аппарата во многом зависит от того, насколько чисто фреза снимает слой замороженного, продукта с замораживающей поверхности барабана. АППАРАТЫ ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ ЖИДКИМИ ХЛАДОНОСИТЕЛЯМИ Для замораживания пищевых продуктов были созданы механизированные высокопроизводительные аппараты с непрямым контактом продукта и хладоносителя. 89 В таких аппаратах тепло от замораживаемого продукта к жидкому хладоносителю передается или через металлическую ленту движущегося конвейера, или через герметичную влагонепроницаемую упаковку, плотно облегающую (без воздушных прослоек) продукт. Чтобы упаковка плотно прилегала к продукту, из нее удаляется воздух. Аппараты бесконтактного замораживания бывают для замораживания упакованных продуктов в жидком хладоносителе; продуктов на стальной ленте, орошаемой жидким хладоносителем; продуктов в металлических формах, погружаемых в жидкий хладоноситель. Аппарат для замораживания упакованных продуктов в жидком хладоносителе Аппарат для замораживания упакованных продуктов жидким хладоносителем, используемый для холодильной обработки тушек птицы (рис. 34), состоит из загрузочного и разгрузочного гидравлических затворов, выталкивателей, транспортерной ленты с клетьми, охлаждающей ванны, разгрузочного транспортера с вентиляторами, циркуляционных насосов, испарителей, распределительных коллекторов, перфорированных поддонов, изолированного контура. Тушки птицы, подлежащие замораживанию, направляются к загрузочному гидравлическому затвору, где с помощью насоса постоянно поддерживается уровень хладоносителя с тем, чтобы воздух не мог проникнуть внутрь аппарата. После того как тушки птицы попадут в левую часть загрузочного затвора, срабатывает выталкиватель, который погружает тушки в хладоноситель, а затем подает их в пустую клеть транспортерной ленты, занимающей исходную позицию для загрузки. Клеть образована специальными перегородками, которые перемещают тушки. Проходя по верхнему участку транспортерной ленты, тушки птицы обильно орошаются хладоносителем, а затем поступают в охлаждающую ванну с хладоносителем. Когда тушки достигнут конца охлаждающей ванны, они направляются в разгрузочный гидравлический затвор, из которого их удаляет выталкиватель. 90 Рисунок 34. Аппарат для замораживания упакованных продуктов в жидком хладоносителе: 1— охлаждающая ванна; 2 - насос для поддержания уровня в загрузочном гидравлическом затворе; 3—разгрузочный гидравлический затвор; 4 — выталкиватель; 5 — транспортер для подачи тушек птицы к загрузочному гидравлическому затвору; 6 — загрузочный гидравлический затвор; 7— выталкиватель; 8—перфорированный поддон; 9 — фильтры; 10 — распределительный коллектор; 11 — транспортерная лента с клетьми; 12 — водосливное отверстие; 13 — циркуляционные насосы; 14—теплоизолированный контур; 15 — испаритель; 16 — бак испарителя; 17 — разгрузочный транспортер с вентиляторами. После выхода замороженного продукта из аппарата он попадает на разгрузочный транспортер, обдуваемый вентилятором. Капли хладоносителя, оставшиеся на площади поверхности замороженных тушек, сдуваются воздушной струей и собираются в специальный поддон. Из поддона хладоноситель направляется в загрузочный затвор. Замороженные тушки попадают под водяной душ, подсушиваются вторым вентилятором. С помощью двух циркуляционных насосов хладоноситель засасывается да испарителей и поступает в распределительные коллекторы, а затем перфорированные оросительные поддоны. Хладоноситель, стекая тонкими струями на тушки птицы, направляется в охлаждающую ванну и через водосливные отверстия вновь попадает в испаритель. В аппарате осуществляется противоточное движение хладоносителя по отношению к движению тушек птицы, что улучшает теплообмен при замораживании. Несомненным достоинством аппарата является использование нижней ветви транспортерной ленты, в связи с чем его производительность увеличивается. Конструкция аппарата позволяет избежать деконцентрации хладоносителя. Аппарат надежно защищен от проникновения влажного воздуха. Контакт с воздухом имеют только выталкиватели и левые стороны гидравлических затворов. Температура хладоносителя загрузочного гидравлического затвора — положительная, так как через него проходят в аппарат тушки птицы, температура которых 4—6° С. Следовательно, конденсация влаги и ее поступление в хладоноситель — незначительны. Конденсация пара, находящегося в воздухе, возможна только в той части гидравлического затвора, которая соприкасается с наружным воздухом. Площадь поверхности контакта хладоносителя не превышает 0,5 м2, а вместе с поверхностью выталкивателя и поверхностью капель хладоносителя она составляет не более 1,5 м2, что практически не влияет на деконцентрацию основной массы хладоносителя, циркулирующего в аппарате. Поэтому отсутствует необходимость устанавливать реконцентратор хладоносителя, что значительно удешевляет эксплуатацию аппарата. Потери хладоносителя в аппарате минимальны, так как хладоноситель, сдуваемый с тушек, 91 возвращается в испарители. Вследствие того, что охлаждающие секции испарителей расположены непосредственно в аппарате, отсутствуют дополнительные циркуляционные насосы. Аппараты для замораживания продуктов на стальной ленте, орошаемой жидким хладоносителем Эти аппараты применяют для замораживания готовых блюд, кусковых мясных продуктов и фарша, жидких и полужидких продуктов. Аппарат для замораживания готовых блюд (рис. 35) состоит из конвейера, лента которого выполнена из нержавеющей стали, оросительных трубопроводов с форсунками, поддона, натяжного устройства и изолированного контура. Рисунок 35. Аппарат для замораживания готовых блюд на стальной ленте, орошаемой хладоносителем: 1 — конвейер; 2 — оросительные трубопроводы с форсунками; 3 — теплоизолированный контур; 4 — трубопровод подачи хладоносителя; 5 — поддон; 6 - трубопровод отвода отепленного хладоносителя к испарителю; 7 — барабан; 8 — испаритель; 9 — насос; 10 — боковые резиновые направляющие. На ленте конвейера через окно загрузки продукт подается в отсек аппарата. В грузовом отсеке лента конвейера с помощью оросительных трубопроводов с форсунками снизу омывается холодным хладоносителем, который охлаждает ленту и замораживает продукт. Для предотвращения попадания жидкого хладоносителя на замораживаемый продукт лента снабжена боковыми резиновыми направляющими, которые также предотвращают ее соскальзывание с барабанов конвейера. Плотное прилегание ленты к площади поверхности барабанов достигается натяжным устройством, которое, автоматически натягивая ленту, обеспечивает надежную работу конвейера. 92 Отепленный в грузовом отсеке хладоноситель собирается в поддон, из которого насосом направляется для охлаждения в испаритель холодильной установки, обслуживающей аппарат. С ленты конвейера замороженный продукт легко удаляется в тот момент, когда она начинает деформироваться. Лента без продукта выходит из изолированного контура, нагревается, орошается водой и подсушивается, а затем на нее вновь укладывается замораживаемый продукт. Грузовой отсек аппарата собирается из изолированных секций длиной 3600 мм. В каждой такой секции имеются двери для обслуживания аппарата. Для охлаждения внутреннего объема грузового отсека иногда устанавливают батареи или воздухоохладители. Конструкция аппарата проста, он компактен, обеспечивает быстрое замораживание продуктов. Специальные антикоррозионные покрытия аппарата предотвращают коррозийный износ его узлов. Аппарат для замораживания продуктов в металлических формах, погружаемых в жидкий хладоноситель Аппарат для замораживания жидких и полужидких пищевых продуктов (овощные и фруктовые соки, томат-паста, фруктовые пюре) в формах, погружаемых в ванну с хладоносителем (рис. 36), состоит из сварной рамы, приводных и натяжных звездочек, приводного устройства, грузового (рабочего) конвейера с формами, ванны с хладоносителем, наполнителя, разгрузочного конвейера и моющего устройства. Сварная рама снабжена щестью регулируемыми ножками. Приводные и натяжные звездочки установлены на общем валу. На одной приводной звездочке по окружности укреплены пальцы. Приводное устройство состоит из гидравлического цилиндра, шток которого движется в направляющих, и качающегося толкателя. При рабочем ходе штока толкатель упирается в один из пальцев, находящихся на боковой поверхности приводной звездочки. После. поворачивает звездочку на один шаг. Пластинчатые цепи грузового конвейера перемещают металлические формы и извлекатели, предназначенные для выемки замороженных блоков из форм. При повороте приводной звездочки на один шаг форма останавливается под наполнителем. Извлекатели в момент заполнения форм продуктом должны быть в ней. Заполненные продуктом формы вместе с извлекателем продвигаются вперед и погружаются в ванну с холодным хладоносителем, где продукт замораживается. Форма затем подается на оттаивание. При следующем ходе цепи извлекатели, вмороженные в продукт, специальным механизмом поднимаются и вытягивают подтаявший блок из формы. В момент нахождения блока под разгрузочным конвейером извлекатели поворачиваются на 180°и выходят из зацепления с блоком. Блок падает на выходной транспортер, а извлекатели вводятся в форму. 93 Рисунок 36. Аппарат для замораживания жидких и полужидких пищевых продуктов в формах, погружаемых в ванну с хладоносителем: 1 — рама аппарата; 2 —моющее устройство; 3 — приводное устройство; 4 — приводные звездочки; 5 — замораживаемый блок; 6 — разгрузочный конвейер; 7 — подъемник ванны оттаивания: 8—ванна с хладоносителем; 9 — грузовой (рабочий) конвейер с формами; 10 — извлекатель; 11— наполнитель; 12 — натяжные звездочки; 13 — стерилизатор. Холостая ветвь грузового конвейера используется для санитарной обработки форм и извлекателей. В состав моющего устройства входит бак для приготовления моющего раствора и центробежный насос. Моющий раствор разбрызгивается форсунками, орошая формы и извлекатели, которые затем промываются. Чистые формы стерилизуются паром и поступают к наполнителю. К достоинствам аппарата относят непрерывность работы и хорошую санитарную обработку узлов, непосредственно соприкасающихся с продуктом. Лекция 3.3. АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 1. Криогенные аппараты 2. Основы расчета аппарата с распылением жидкого азота в грузовом отсеке 3. Углекислотные аппараты 4. Аппараты для замораживания продуктов хладоносителями 5. Установки для размораживания 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— криогенные жидкости, углекислота, а также хладоноситель — водный раствор хлористого натрия). При непосредственном контакте пищевого продукта с теплоотводящей средой она должна не вызывать нежелательного ухудшения качества замороженного продукта. 94 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, а также аппараты для замораживания продуктов хладоносителями. КРИОГЕННЫЕ АППАРАТЫ 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 в нем 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. В этих аппаратах трудно регулировать температуру замораживаемого продукта, который обычно имеет неодинаковые геометрические размеры и форму. Умеренный расход жидкого азота с одновременным сокращением деформации замороженного продукта достигается в иммерсионном аппарате с зоной предварительного охлаждения продукта (рис. 37), состоящем из грузового конвейера, ванны с жидким азотом, вытяжного вентилятора, привода грузового конвейера и изолированного контура. 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). 95 Рисунок 37. Иммерсионный аппарат с зоной предварительного охлаждения продуктов: 1— грузовой конвейер; 2 — вытяжной вентилятор; 3 — теплоизолированный контур; 4 - барабан; 5 — цепная передача; 6 — направляющие ролики; 7 —ванна с жидким азотом. В зоне предварительного охлаждения продукт обдувается газообразным азотом, охлаждается и подмораживается. Затем продукт 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 грузового отсека аппарата. Длина наклонных участков между ванной и разгрузочным окном 900 мм, а между горизонтальной ветвью конвейера и дном ванны (наклонный участок) — 1800 мм. 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. В аппарате предусмотрено два вытяжных вентилятора, работающих попеременно: один вытяжной вентилятор работает, а другой обогревается теплым воздухом. Применение зоны предварительного охлаждения продукта позволяет улучшить показатели работы таких аппаратов по сравнению с иммерсионными аппаратами, у которых ее нет. Однако основной недостаток, присущий иммерсионным аппаратам, — повышенный расход жидкого азота — в аппаратах с зоной предварительного охлаждения, хотя и уменьшен, но не устранен. Аппараты с распылением жидкого азота 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 96 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. Режим работы аппарата регулируется переменной скоростью движения грузового конвейера, а также переменным количеством криогенной жидкости, распыленной в грузовом отсеке. В зависимости от расположения конвейера и его вида аппараты можно классифицировать на аппараты с горизонтальным и наклонным расположением грузового конвейера, а также аппараты с винтовым конвейером. Уменьшение длины аппарата можно достигнуть увеличением скорости движения газообразного азота. Передвижной криогенный аппарат с интенсивным движением газообразного азота (рис. 38) состоит из изолированного контура, металлической рамы, грузового конвейера, коллекторов с форсунками, циркуляционных вентиляторов для продольного и поперечного 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. Металлическая рама, на которой собирается морозильный аппарат, имеет ножки с регулировочными винтами. Установка аппарата производится непосредственно на пол помещения без устройства фундамента. 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 отсоса газообразного азота расположен с наружной стороны аппарата у загрузочного окна. С помощью вытяжного вентилятора у загрузочного окна создается газовая завеса. Работа загрузочного и разгрузочного конвейеров синхронизирована с работой грузового конвейера аппарата. Аппарат собирается из разборных секций, что обеспечивает возможность его быстрого монтажа и ремонта. 97 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 жидкость 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—30 м/с. Продукт в этой зоне охлаждается и частично подмораживается. В зоне орошения продукта жидким азотом происходит его окончательное замораживание. Рисунок 38. Передвижной криогенный аппарат с интенсивным движением газообразного азота: 1 — вытяжной вентилятор; 2 — грузовой конвейер; 3, 4 — циркуляционные вентиляторы для поперечного движения газообразного азота; 5 — шибер; 6, 7 — циркуляционные вентиляторы для продольного движения газообразного азота; 8 — коллектор с форсунками; 9—манометр; 10 —регулирующий вентиль; 11— 13 — электродвигатели; 14, /5 — термометры сопротивления; 16 — металлическая рама; 17 —регулировочные винты; I — зона предварительного охлаждения; II — зона орошения: III — зона выравнивания температур. Криогенный аппарат с наклонным расположением конвейера, предназначенный для замораживания неупакованных продуктов (рис. 39), состоит из наклонного грузового конвейера, сборного изолированного контура, коллектора с форсунками, циркуляционных и вытяжного вентиляторов, электродвигателя привода грузового конвейера, газосборника. 98 Рисунок 39. Криогенный аппарат с наклонным расположением грузового конвейера, предназначенный для замораживания неупакованных продуктов: 1 — грузовой конвейер; 2 —сборные секции; 3 — циркуляционный вентилятор; 4 — коллектор с форсунками; 5 — ведущий барабан; 6 — электродвигатель привода грузового конвейера; 7 — несущие ролики; 8 — вытяжной вентилятора; 9 — газосборник; 10 — изолированный контур; I — зона предварительного охлаждения; II — зона орошения. Изолированный контур аппарата монтируется из сборных секций. В зависимости от вида замороженного продукта и производительности можно изменить количество сборных секций, входящих в состав аппарата. Зазоры между секциями уплотняются прокладками из нифлона с внутренней стороны грузового отсека и прокладками из винила с наружной стороны. В грузовом отсеке находится наклонный грузовой конвейер, приводимый в движение электродвигателей через вариатор скоростей, который позволяет изменять скорость движения ленты грузового конвейера от 2 до 6 м/мин. Загрузка грузового конвейера продуктом производится в нижней части грузового отсека, а выгрузка — в верхней. В зоне орошения находится коллектор с форсунками, предназначенными для распыления жидкого азота, который подается по трубопроводу из бака. Количество жидкого азота регулируется так, чтобы он полностью испарился, орошая замораживаемый продукт. Газообразный азот образуется при испарении жидкости. Движение газа производится индивидуальными циркуляционными вентиляторами, которые находятся в каждой сборной секции. Движение газообразного азота со скоростью 25—30 м/с происходит только в верхней зоне грузового отсека, разделенного перегородками сборных П-образных секций на две части. Газообразный азот, опускаясь по наклонному грузовому отсеку, собирается в газосборнике, откуда отработанный азот удаляется вытяжным вентилятором, создающим газовую завесу у загрузочного окна. Газовая завеса предотвращает попадание теплового воздуха в грузовой отсек аппарата, а также охлаждает поступающий на замораживание продукт. Грузовой конвейер сначала направляет продукт в зону предварительного охлаждения. В этой зоне продукт, обдуваемый холодным газообразным азотом, охлаждается и подмораживается. Поступая в верхнюю часть грузового отсека, продукт быстро замораживается и выводится из аппарата для упаковки. 99 Достоинствами аппарата являются рациональная схема сбора и удаления отработанного газообразного азота, простота монтажа, ремонта и обслуживания, возможность замораживания широкого ассортимента продуктов. Недостаток аппарата — отсутствие зоны выравнивания температуры. В качестве транспортного устройства в криогенных морозильных аппаратах можно использовать винтовые конвейеры. В таких аппаратах отсутствуют циркуляционные вентиляторы, своеобразно решается подача криогенной жидкости в грузовой отсек аппарата. Применение винтового конвейера упрощает транспортную систему аппарата, позволяет легко решить вопрос о загрузке и разгрузке его продуктом. В аппаратах нет устройств, предназначенных для натяжения ленты конвейера, а отсутствие его обратной ветви и приводных барабанов позволяет выполнить грузовой отсек аппарата очень компактным. Криогенные аппараты с винтовым конвейером позволяют замораживать продукты, которые подаются навалом, При замораживании такие продукты не сминаются, а слипшиеся куски в процессе транспортировки отделяются друг от друга. В грузовом отсеке аппарата винтовой конвейер может располагаться не только наклонно, но и вертикально. Криогенный морозильный аппарат с наклонным винтовым конвейером (рис. 40) состоит из изолированного контура, подставок, наклонного винтового конвейера, электродвигателя, с приводом, загрузочного и разгрузочных окон, форсунок, бака с жидким азотом и расширительных камер. Между внутренней и наружной обшивками изолированного контура уложена теплоизоляция. Внутренняя обшивка изготовлена из листовой нержавеющей стали, а наружная — из листового алюминия или же из нержавеющей стали. В верхней части изолированного контура имеется крышка, которая обеспечивает доступ к внутренним узлам аппарата. В изолированном контуре находится наклонный винтовой конвейер. Для того чтобы частицы замораживаемого продукта не прилипали к этому конвейеру и внутренней обшивке изолированного контура, их поверхности покрыты слоем нифлона. Вариатор скоростей позволяет изменять частоту вращения винта конвейера. Загрузочное окно предназначено для поступления продукта в аппарат. Из аппарата замороженный продукт удаляется через разгрузочное окно, находящееся на верхнем конце изолированного контура. По всей длине изолированного контура в непосредственной близости от винтового наклонного конвейера расположены форсунки. Жидкий азот в них подается по трубопроводам из бака. Между форсунками, а также по всей длине изолированного контура, установлены расширительные камеры со своими форсунками, которые смонтированы на некотором расстоянии от наклонного винтового конвейера. Распыленный в расширительной камере жидкий азот превращается в газ. В результате комбинированной подачи азота в грузовой отсек аппарата продукт сначала орошается жидким азотом, а,затем обдувается газообразным. Подача жидкого азота к форсункам производится с помощью соленоидных вентилей. Газообразный азот можно использовать для предварительного охлаждения и выравнивания температуры Продукта, когда он находится на транспортерах загрузки и разгрузки. Продукт, предварительно охлажденный на транспортере загрузки, через окно попадает в грузовой отсек аппарата. Транспортируемый наклонным винтовым конвейером продукт попеременно или орошается жидким азотом, или обдувается 100 газом, что обеспечивает его быстрое замораживание. Замороженный продукт через окно ссыпается на транспортер разгрузки, на котором происходит выравнивание его температуры. Аппарат с наклонным винтовым конвейером компактен, конструкция его проста, в нем можно замораживать продукты навалом. Вследствие отсутствия в аппарате циркуляционных вентиляторов значительно сокращается расход электроэнергии. Недостатком аппарата является повышенный расход жидкого азота, что объясняется несколько худшим использованием газообразного азота, чем в аппарате с интенсивным движением газа. Рисунок 40. Криогенный аппарат с наклонным винтовым конвейером: 1 — загрузочное окно; 2 — теплоизолированный контур; 3 – форсунки; 4 — расширительная камера; 5 — соленоидный вентиль; 6 — бак с жидким азотом; 7 — трубопровод; 8 — пульт управления; 9 — форсунка; 10 — разгрузочное окно: 11, 13 — подставки; 12 — наклонный винтовой конвейер; 14 — электродвигатель; 15 — вариатор скоростей; 16— крышка; 17 — теплоизоляция; 18— наружная обшивка теплоизолированного контура. 101 ОСНОВЫ РАСЧЕТА АППАРАТА С РАСПЫЛЕНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В ГРУЗОВОМ ОТСЕКЕ При расчете криогенного аппарата с распылением жидкого азота в грузовом отсеке, если заданы производительность аппарата, вид и размеры замораживаемого продукта, начальная и конечная температура продукта, то необходимо определить продолжительность пребывания продукта в грузовом отсеке аппарата; емкость аппарата; площадь поверхности ленты грузового конвейера; длину грузового конвейера; габаритные размеры изолированного контура; тепловую нагрузку; общий расход жидкого азота и избыточное количество жидкого азота, орошающего продукт; количество форсунок; удельный расход жидкого азота; производительность отсасывающего вентилятора; количество газообразного азота, движущегося в зоне предварительного охлаждения; количество газообразного азота, движущегося в зоне выравнивания температур. Продолжительность пребывания продукта в грузовом отсеке аппарата находят из зависимости τа = τ1 + τ2 + τ3, где τа — продолжительность пребывания продукта в грузовом отсеке аппарата, с; τ3 — продолжительность пребывания продукта в зоне выравнивания температуры, с. Продолжительность замораживания продукта до криоскопической температуры в зоне предварительного охлаждения τ1 можно определить по формуле Планка. Величины коэффициентов R и P находят по справочным данным в зависимости от отношения длины и ширины единичного продукта к его толщине. Количество тепла, отводимое от продукта при его холодильной обработке в зоне предварительного охлаждения qз, зависит от его вида, а также от начальной и криоскопической температур. Температуру теплоотводящей среды (газообразного азота) в зоне предварительного охлаждения рассчитывают по уравнению: tc1 t г t0 , 2 где tC1 — температура теплоотводящей среды в зоне предварительного охлаждения, 0С; tг — температура отработанного газообразного азота, удаляемого из зоны предварительного охлаждения, величиной которой необходимо задаваться, °С ( — 20... — 30°С). Чтобы определить τ1, находят коэффициент теплоотдачи от продукта к газообразному азоту. Критерий Нуссельта для условий теплообмена продукта и газообразного азота в зоне предварительного охлаждения рассчитывают по формуле: Nu = 0,0296Re0,8Pr0,43. При определении значения критерия Рейнольдса, входящего в уравнение, скоростью движения газообразного азота в зоне предварительного охлаждения следует задаться (w'=20...35 м/с), а за определяющий размер принять эквивалентный диаметр единичного продукта, замораживаемого в криогенном 102 аппарате. Продолжительность домораживания продукта в зоне орошения τ2 также находится по формуле Планка. Количество тепла, отводимое от продукта при его домораживании в зоне орошения q3, зависит от конечной температуры замороженного продукта. Температура теплоотводящей среды в зоне орошения равна температуре кипения жидкого азота в зоне орошения t0. Коэффициент теплоотдачи от продукта к жидкому азоту, который орошает продукт, находится по формуле 0,6 с t a 2 25,06 , r // где λ - теплопроводность газообразного азота, Вт/ (мК); с"—удельная теплоемкость газообразного азота, Дж/(кгК); Δtа — разность температур между продуктом, поступающим в зону орошения, и кипящим азотом, °С; ρ' — плотность жидкого азота, кг/м3; ρ" — плотность насыщенного пара азота при температуре кипения, кг/м3; σ' - поверхностное натяжение жидкого азота, Н/м. Продолжительность пребывания продукта в зоне выравнивания температур τ3 равна продолжительности замораживания продукта до криоскопической температуры в зоне предварительного охлаждения, т. е. τ3 =τ1. Если по условиям проектирования необходимо уменьшить длину аппарата, то принимают τ3 = (0,54-0,75) τ1 или вообще отказываются от зоны выравнивания температур в аппарате, полагая τ3=0. Емкость аппарата или массу продукта, находящегося на ленте грузового конвейера, определяют по формуле: 0 ,5 G=G/τ. Площадь поверхности ленты грузового конвейера рассчитывают по уравнению: G Fкн , gf где gf — масса продукта, размещаемого на грузового конвейера, кг/м2. 1 м2 площади поверхности ленты Длину грузового конвейера находят по формуле: Lкн Fкн , Bкн где Lкн, Вкн — длина и ширина грузового конвейера, м. По габаритным размерам находят наружную теплопередающую поверхность изолированного контура. В зависимости от величины наружной теплопередающей поверхности изолированного контура находится теплоприток Q1. Длину изолированного контура рассчитывают по уравнению: 103 Lа=Lкн+Dб+2δи+2δз, где La — длина изолированного контура аппарата, м; Dб — диаметр барабана грузового конвейера, м; δи — толщина слоя изоляционного материала, м; δз — зазор между барабаном и торцевой стенкой изолированного контура, м. Ширину изолированного контура определяют по формуле: Ва=Вк+2δи+2δ/з, где Ва — ширина изолированного контура, м; δ/з — зазор между грузовым конвейером и боковой стенкой изолированного контура, м. Высоту изолированного контура рассчитывают по уравнению: На= Dб+hв+ δ//з+ δ///з+ δІVз+ δи, где На — высота изолированного контура, м; hв — размер циркуляционного вентилятора по высоте изолированного контура, м; δ//з, δ///з, δІVз — зазоры между циркуляционным вентилятором и лентой грузового конвейера, между циркуляционным вентилятором и верхней крышкой изолированного контура, между обратной ветвью грузового конвейера и нижней крышкой изолированного контура, м. Тепловую нагрузку находят по формуле: Q0=aдпQ1+Q2+Q4, где aдп= 1,4… 1,5. Для криогенных аппаратов Q4 ориентировочно принимают (0,1…0,15) Q2. Общий расход жидкого азота находят по формуле: Gаз Qa , r где Gаз — общий расход жидкого азота, кг/с; Q/a — тепловая нагрузка, отводимая жидким азотом при домораживании продукта в зоне орошения, Вт; Q/a=G/q3, где q3— количество тепла, отводимого от замораживаемого продукта в зоне орошения, Дж/кг. Тепловую нагрузку, которую можно отвести газообразным азотом, определяют по уравнению: Q//a=Q0+ Q/a. Действительную тепловую нагрузку, отводимую газообразным азотом, находят извыражения: Q//aд= Gазс(tг-t0), где tг – температура газообразного азота, уходящего из грузового отсека аппарата, оС. 104 УГЛЕКИСЛОТНЫЕ АППАРАТЫ Мелкоштучные продукты могут замораживаться в теплоотводящей среде, состоящей из смеси газообразной и мелкодисперсной твердой углекислоты (сухого льда), которая при атмосферном давлении, а именно такое давление и имеет место в грузовых отсеках углекислотных аппаратов, может находиться в газообразном или в твердом состоянии. Смесь газообразной и твердой углекислоты (твердая фаза напоминает обычный снег) получается из жидкой углекислоты, которая дросселируется в грузовой отсек аппарата. В грузовом отсеке такая смесь с помощью циркуляционных вентиляторов движется с большой скоростью (25—35 м/с), обдувая замораживаемые продукты. Продукт, находящийся в потоке смеси, замораживается вследствие конвективного и контактного теплообмена. В грузовом отсеке углекислотного аппарата движется смесь, состоящая (по объему) из снежной массы (50%) и газообразной углекислоты (50%). Такое соотношение объемов получается в том случае, если температура смеси в грузовом отсеке составляет -65…73° С. При более низкой температуре твердая углекислота не успевает сублимировать и образующиеся излишки твердой фазы в виде плотной снежной массы оседают на дно грузового отсека, затрудняя работу аппарата. Рабочий запас жидкой углекислоты находится в баке (при температуре —18° С и давлении 3000 кПа). В грузовой отсек жидкость впрыскивается с помощью форсунок специальной конструкции, расположенных на коллекторах, которые соединены с баком жидкой углекислоты системой трубопроводов. При работе углекислотного аппарата автоматически поддерживают оптимальную температуру смеси в грузовом отсеке, чтобы исключить засорение форсунок. Углекислотные аппараты применяют для замораживания мелкоштучных пищевых продуктов (котлеты, бифштексы, кусковое мясо и др.). Углекислотный аппарат для замораживания кулинарных изделий (рис. 41) состоит из изолированного контура, трехсекционного грузового конвейера, электропривода с вариатором скоростей, циркуляционных вентиляторов, коллекторов с форсунками, бака с жидкой углекислотой. В грузовой отсек аппарата продукты поступают на загрузочном конвейере, расположенном у торцовой стены изолированного контура. Продукт замораживается на трехсекционном грузовом конвейере, который имеет электрический привод с вариатором скоростей, что позволяет изменять скорость грузового конвейера от 2 до 6 м/мин. Ленты трехсекционного грузового конвейера изготовлены из нержавеющей стали и обдуваются смесью, состоящей из газообразной и твердой углекислоты. Движение смеси в грузовом отсеке аппарата производится тремя циркуляционными вентиляторами. Направление движения смеси — поперечное относительно трехсекционного грузового конвейера. Скорость движения смеси 30 м/с. Смесь газообразной и твердой углекислоты получается из жидкой углекислоты, которая находится в баке. Жидкая углекислота с помощью коллекторов и форсунок впрыскивается в грузовой отсек аппарата. Температура смеси в грузовом отсеке аппарата поддерживается автоматически. 105 Рисунок 41. Углекислотный аппарат для замораживания кулинарных изделий: 1 — загрузочный транспортер; 2 — изолированный контур; 3 — верхняя секция грузового конвейера; 4 — разгрузочный транспортер; 5 — пульт; 6 — циркуляционные вентиляторы с коллекторами. Схема автоматического регулирования температуры показана на рис. 42. Автоматическое регулирование температуры смеси производится с помощью регулятора температуры, реле времени, а также двух соленоидных вентилей. Соленоидный вентиль СВ1 установлен на жидкостном трубопроводе, а СВ2 — на газовом трубопроводе. Если в грузовом отсеке аппарата температура смеси достигает своего нижнего предела, т. е. —73°С, то регулятор температуры воздействует на соленоидный вентиль СВ2, и он открывается. Одновременно с этим от импульса регулятора температуры закрывается соленоидный вентиль СВ1 прекращая поступление жидкой углекислоты из бака. В течение определенного периода реле времени оставляет соленоидный вентиль СВ2 открытым; в коллекторах и форсунках поддерживается высокое давление (ЗОООкПа), что гарантирует также удаление жидкой углекислоты из системы в грузовой отсёк и продувку форсунок газом. По истечении времени уставки реле времени закрывает и соленоидный вентиль СВ2. Когда температура смеси в грузовом отсеке возрастет до —65° С, регулятор температуры открывает соленоидный вентиль СВ2. Давление в коллекторах и форсунках возрастает, и форсунки вновь продуваются газом. Реле времени закрывает соленоидный вентиль СВ2 и открывает соленоидный вентиль СВ1 обеспечивая подачу жидкой углекислоты к форсункам. С загрузочного транспортера продукт попадает на верхнюю секцию грузового конвейера. С верхней секции замораживаемый продукт передается на среднюю с помощью передающей пластины. Аналогичным образом продукт переходит на нижнюю секцию грузового конвейера. Замороженный продукт передается на наклонный разгрузочный транспортер, с помощью которого он направляется к транспортеру упаковочного автомата. 106 Рисунок 42. Схема автоматического регулирования температуры смеси углекислотного аппарата для замораживания кулинарных изделий: 1 — бак; 2 — газовый трубопровод; 3 —форсунка; 4 — коллектор; 5 — циркуляционный вентилятор; 6 — камера циркуляционного вентилятора; 7 — датчик температуры; 8 — регулятор температуры; 9 — реле времени; 10, 11 - линия связи; 12 — жидкостный трубопровод; 13, 14 — соленоидные вентили. Аппарат прост и надежен в работе, обладает малой металлоемкостью, быстро монтируется и хорошо вписывается в технологические линии по производству замороженных кулинарных изделий. Все основные процессы такого аппарата автоматизированы и механизированы. Недостатком аппарата является повышенный расход электроэнергии на привод циркуляционных вентиляторов, которые создают движение смеси с высокой плотностью. АППАРАТЫ ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ ХЛАДОНОСИТЕЛЯМИ Конструкция аппаратов замораживания продуктов хладоносителями проста, они интенсивны и обладают малой металло- и энергоемкостью. Так как в аппарате нет летучей среды, отсутствует и необходимость в герметизации грузового отсека, что упрощает загрузку продуктом и разгрузку аппарата. Аппараты для замораживания продуктов хладоносителями применяют для холодильной обработки рыбы, перца, баклажанов, а также мелкоштучных продуктов. Аппарат для замораживания мелкоштучных продуктов (фрикадельки или пельмени) хладоносителем (рис. 43) состоит из изолированного контура, ванны с хладоносителем, вращающихся перфорированных лопастей, загрузочной воронки, вибрирующего сита, оросителя, электропривода. Крышка изолированного контура изготовлена съемной для санитарной обработки грузового отсека аппарата. В грузовом отсеке аппарата находится ванна с хладоносителем (раствор хлористого натрия), который подается в ванну через пустотелый вал с закрепленными вращающимися перфорированными лопастями. При замораживании продукта он нагревает хладоноситель. Из ванны отепленный хладоноситель удаляется через специальный сливной патрубок. Движение 107 хладоносителя в аппарате и трубопроводах, соединяющих аппарат с испарителем, производится насосом. Рисунок 43. Аппарат для замораживания мелкоштучных продуктов хладоносителем: 1 — загрузочная воронка; 2 —пустотелый вал; 3 — вращающиеся перфорированные лопасти; 4 — ороситель; 5 — вибрирующее сито; 6 — ванна с хладоносителем; 7 — изолированный контур. В грузовой отсек аппарата продукт попадает через загрузочную воронку и удаляется из него вращающимися перфорированными лопастями. Вибрирующее сито и ороситель, через который на продукт подается вода, предназначены для удаления жидкого хладоносителя с замороженного продукта. Время пребывания продукта в аппарате зависит от частоты вращения перфорированных лопастей, которое с помощью привода (обычно вариатора скоростей или сменных шестерней) изменяется от 0,005 до 0,05 с-1. Через загрузочную воронку замораживаемый продукт попадает в грузовой отсек аппарата. Вращающиеся перфорированные лопасти перемещают продукт в ванне с хладоносителем. Продукт, погруженный в холодный хладоноситель, замораживается и поступает на вибрирующее сито. Для удаления пленки хладоносителя площадь поверхности продукта орошается водой, подаваемой оросителем. Замороженный продукт направляется к транспортеру разгрузки, который направляет его на расфасовку и последующую упаковку. Конструкция аппарата проста и надежна в работе. Применение в качестве хладоносителя раствора хлористого натрия не позволяет уменьшить температуру теплоотводящей среды ниже —20°С, что является причиной повышенной продолжительности замораживания мелкоштучных продуктов в аппарате. Своеобразно устроен барабанный аппарат для замораживания мелкоштучных неупакованных продуктов, которые могут поступать навалом (рис. 44). Аппарат состоит из изолированной ванны, трех барабанов со спиральными перфорированными направляющими, электродвигателя, вариатора скоростей, загрузочной воронки и 108 разгрузочного транспортера. Рисунок 44. Барабанный аппарат для замораживания продуктов хладоносителем: 1 —разгрузочный транспортер; 2 — средний барабан; 3—наружный барабан; 4 — загрузочная воронка; 4 — внутренний барабан; 5 — изолированная ванна с хладоносителем. (Стрелки показывают направление движения замораживаемых продуктов). Ванна аппарата изолирована пенополиуретаном. В ванне находятся три барабана, которые медленно вращаются электродвигателем через вариатор скоростей. На внутренней площади поверхности барабанов имеются спиральные перфорированные направляющие, предназначенные для организации направленного движения мелкоштучных продуктов при их замораживании в аппарате. В аппарат продукты вместе с хладоносителем поступают через загрузочную воронку. Отепленный хладоноситель удаляется из ванны через патрубок. Хладоноситель (хлористый натрий) охлаждается в испарителе холодильной установки. Движение хладоносителя по циркуляционному кольцу «аппарат — испаритель — аппарат» производится насосом. Перед поступлением в испаритель хладоноситель проходит через фильтр для его очистки от загрязнений, которые попадают в него при контакте с замораживаемым продуктом. Из изолированной ванны продукты, замороженные в аппарате, удаляются разгрузочным транспортером. Продукт вместе с охлажденным хладоносителем поступает во внутренний барабан через загрузочную воронку и движется вдоль его оси в сторону разгрузочного транспортера. Пройдя внутренний барабан, продукт и хладоноситель переходят в средний барабан, где также движутся вдоль оси, но уже в противоположном направлении. Из наружного барабана замороженный продукт ссыпается в ячейки разгрузочного транспортера, с помощью которого продукт удаляется из изолированной ванны и направляется для расфасовки и упаковки. Достоинствами аппарата являются простота конструкции, надежность работы, несложность эксплуатации, а недостатками — повышенный расход нержавеющей стали, идущей для изготовления узлов аппарата, и деконцентрация хладоносителя, который непосредственно соприкасается с влажным воздухом. 109 УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Размораживание — это завершающий процесс холодильной обработки пищевых продуктов, целью которого является максимальное восстановление их первоначальных свойств. При размораживании пищевые продукты нагревают до температуры, при которой возможна их дальнейшая технологическая обработка. Используемые в настоящее время установки для размораживания пищевых продуктов по способу подвода тепла к размораживаемому продукту можно классифицировать на установки с теплоподводом к поверхности и объему продукта. УСТАНОВКИ С ТЕПЛОПОДВОДОМ К ПОВЕРХНОСТИ ПРОДУКТА Для размораживания пищевых продуктов используют установки для размораживания пищевых продуктов в потоке воздуха и в потоке влажного воздуха; в вакууме и воде, а также установки для комбинированного размораживания пищевых продуктов в воде и воздухе. Установки для размораживания пищевых продуктов в потоке влажного воздуха (рис. 45) получили широкое распространение для размораживания рыбного филе и других пищевых продуктов. Установка состоит из изолированного контура, грузового конвейера, центробежного вентилятора, калорифера, системы увлажнения воздуха и воздуховодов. Рисунок 45. Установка для размораживания блочных продуктов в потоке влажного воздуха: 1 — грузовой конвейер; 2—блоки мороженого продукта; 3 — направляющие щиты; 4 — воздуховод; 5 — система увлажнения воздуха; 6 — калорифер; 7 — центробежный вентилятор; 8 — изолированный контур. Замороженные блоки подаются на ленту грузового конвейера. Непрерывно перемещаясь на грузовом конвейере, блоки обдуваются влажным воздухом, движение которого создается центробежным вентилятором. Для обеспечения направленного и равномерного обдува продукта теплым воздухом в воздуховоде установлены направляющие щиты. Центробежный вентилятор засасывает воздух из грузового отсека установки и направляет его в калориферы и систему увлажнения. Увлажнение воздуха осуществляется подачей острого пара в поток воздуха или непосредственным разбрызгиванием воды на продукт. Скорость движения грузового конвейера должна быть такой, чтобы блоки за время перемещения в аппарате были разморожены. При размораживании продуктов в таких установках практически не происходит потерь массы продукта. Достоинством установки является простота конструкции и 110 незначительные эксплуатационные и капитальные затраты, а недостатком установки — малая интенсивность процесса размораживания. Размораживание блочных продуктов производят и в установках для размораживания пищевых продуктов в вакууме (рис. 46). При размораживании продуктов в таких установках можно использовать пар с низкой температурой и тем самым исключить отрицательное воздействие на продукт высоких температур. Установка состоит из герметичной камеры (цилиндрической формы) с откидной крышкой, вакуум-насоса, трубопроводов подачи пара и отсоса воздуха, тележек, датчиков температуры и давления воздуха. Рисунок 46. Установка для размораживания блочных продуктов в вакууме: 1 — герметичная камера; 2 — трубопровод для мойки; 3 — вакуумное реле; 4 — предохранительный клапан; 5 — трубопровод подачи пара; 6 — трубопровод для подачи воды; 7 — вакуумметр; 8 — измерительный щит; 9 — трубопровод для отсоса воздуха; 10 — вакуум-насос; 11 —датчик температуры; 12 — трубопровод для спуска воды (дренаж) из герметичной камеры; 13 — вода; 14 — тележки; 15 — датчик давления. Мороженые блоки укладывают в сетчатые кассеты, которые размещают на тележках и направляют в герметичную камеру. Вакуумирование герметичной камеры производится вакуум-насосом до остаточного давления 2,6—2,8 кПа. После этого в аппарат подают водяной пар. При достижении в установке температуры 21—22°С подача пара прекращается. При температуре 21—22°С, пониженном давлении и 100% относительной влажности воздуха в установке процесс размораживания блочных продуктов интенсивен, потеря массы продуктом минимальна, перегрев продукта 111 отсутствует. Достоинством установки являются невысокие капитальные и эксплуатационные затраты. К недостаткам установки для размораживания пищевых продуктов в вакууме следует отнести периодичность их работы, что не позволяет использовать такие установки в поточных линиях. Широкое распространение получили установки для размораживания продуктов погружением в воду (рис. 47). Установка состоит из ванны с водой, корзин с блоками мороженой рыбы, перемещаемых цепным конвейером, центробежных насосов, водоподогревателя, электродвигателя цепного конвейера с вариатором скорости. Рисунок 47. Установка для размораживания продуктов погружением в воду: 1 — каркас установки; 2 — корзины с блоками рыбы; 3 — центробежные насосы; 4 — ванна с водой. Блоки мороженой рыбы подаются в закрепленные на цепном конвейере корзины. Верхняя ветвь цепного конвейера с корзинами вначале движется в воздухе, а затем проходит через ванну с водой. Таким образом, в этой установке обе ветви цепного конвейера являются рабочими. На верхней ветви идет медленнее размораживание блоков, а на нижней — быстрее. Для интенсификации процесса размораживания блоков на нижней ветви в ванну подается сжатый воздух и за счет барботажа интенсифицируется процесс размораживания. Размороженную рыбу выгружают с нижней ветви цепного конвейера и направляют на переработку. Достоинством установки является интенсивность процесса размораживания, простота устройства, удобство эксплуатации, а недостатками установки — большой расход воды, отсутствие средств механизации погрузочно-разгрузочных работ. Для улучшения санитарных условий при размораживании может применяться орошение продуктов водой. Установка для размораживания пищевых продуктов водой путем их орошения состоит из оросительного устройства, каркаса, сетчатого конвейера, кассет для блоков рыбы, поддона и электродвигателя сетчатого конвейера с вариатором скорости. Блоки мороженой рыбы, установленные в кассеты, орошаются водой из оросительного устройства. Верхние края стенок кассет для блоков рыбы имеют вырезы для слива воды. Для равномерного орошения блоков водой в установке 112 имеются специальные направляющие. Размороженные части блоков рыбы подают на сетчатый конвейер и направляются на переработку. Вода, попадая на сетчатый конвейер, собирается в поддоне. Из поддона вода центробежным насосом перекачивается в устройство, где она фильтруется, дезинфицируется и подогретая снова подается в ороситель. Достоинством установки являются хорошие санитарные условия размораживания, а также механизация разгрузки размороженного продукта, а недостатком — значительная продолжительность процесса размораживания и ручная загрузка блоков в кассеты. Установка для комбинированного размораживания пищевых продуктов воздухом и водой, предназначенная для размораживания блоков рыбы, состоит из ванны с водой, душевого устройства, грузового конвейера, разгрузочного конвейера, электродвигателей конвейеров с вариатором скоростей. Блоки мороженой рыбы поступают на верхнюю ветвь грузового конвейера и вначале движутся в зоне обдува воздухом (5—15 мин), затем в течение 20—35 мин проходят через зону интенсивного орошения, где над ванной расположено душевое устройство. При подходе блоков к концу грузового конвейера пластины поворачиваются, и блоки рыбы плавно соскальзывают по направляющим на нижнюю ветвь грузового конвейера и движутся в ванне с водой в обратном направлении, полностью погруженные в воду. На нижней ветви грузового конвейера рыба в течение 20—40 мин находится в воде, в которую подается сжатый воздух и пар, что способствует интенсивному теплообмену. Паровоздушный коллектор находится под нижней ветвью грузового конвейера. Размороженную рыбу выгружают с помощью конвейера разгрузки. В конструкции установки предусмотрена возможность изменения скорости движения грузового конвейера, температуры среды и количества воды, подаваемой для орошения. Подача воды, а также пара и воздуха производится общим коллектором, что обеспечивает количественное и качественное регулирование подаваемых сред. Постоянный уровень воды в ванне поддерживается с помощью переливного устройства. Достоинством установки является ее компактность, а также механизация загрузки и выгрузки продукта, а недостатком то, что рыба размораживается в ванне с водой, которая уже использовалась для орошения, что увеличивает бактериологическую обсемененность рыбы на выходе из аппарата. УСТАНОВКИ С ТЕПЛОПОДВОДОМ К ОБЪЕМУ ПРОДУКТА В зависимости от частоты электрического тока установки с теплоподводом к объему продукта можно классифицировать на установки с токами высокой и сверхвысокой частоты. Установки, в которых используются токи высокой и сверхвысокой частоты, являются наиболее совершенными, так как в них тепло подводится равномерно ко всему объему размораживаемого продукта. Большая интенсивность процесса размораживания, небольшая площадь, занимаемая оборудованием, полная гигиеничность, небольшие потери мышечного сока, высокое качество размораживаемого продукта являются достоинствами установок для размораживания с 113 токами высокой и сверхвысокой частоты. Однако в таких установках можно размораживать продукты правильной геометрической формы. Наибольшее распространение установок с токами высокой и сверхвысокой частоты нашли применительно для размораживания блоков мороженой рыбы. Установка с токами высокой частоты, предназначенная для размораживания блочных продуктов (рис. 48), состоит из загрузочного устройства, ванны для размораживания с патрубками для подвода и отвода воды и двух параллельных пластинчатых перфорированных электродов с диэлектрическими прокладками и откидного дна. В целях упрощения конструкции установки и безопасности ее обслуживания электроды с прокладками стационарно установлены в ванне в вертикальном положении. Рисунок 48. Установка для размораживания блочных продуктов с использованием токов высокой частоты: 1 — выключателя; 2 — подвижная муфта; 3— неподвижная муфта; 4 — рычаг; 5 — соленоидная катушка; 6 — створки; 7 — загрузочное устройство; 8 — зубчатые створки; 9 — оси; 10 — щуп; 11 — ванна для размораживания; 12 — перфорированные электроды; 13 — диэлектрические перфорированные прокладки; 14 — откидное дно. 114 Блок пищевого продукта, подлежащий размораживанию, подается в загрузочное приспособление, которое расположено над ванной для размораживания. Направляющие этого приспособления связаны между собой зубчатыми створками, которые в свою очередь связаны с откидным дном ванны. После того как блок попал в ванну, на перфорированные электроды подается напряжение и происходит процесс размораживания. В целях автоматического управления погрузочно-разгрузочными работами и процессом размораживания установка снабжена концевыми выключателями, включенными в электрическую схему привода. Когда заканчивается процесс размораживания, открывается откидное дно ванны, и размороженный продукт выпадает на разгрузочный транспортер. Одновременно с разгрузкой из ванны размороженного продукта в нее поступает следующий блок для размораживания. Достоинством установки для размораживания блочных продуктов токами высокой частоты является компактность, автоматизация процесса размораживания и хороший товарный вид продукта, а недостатком установки — повышенный расход электроэнергии и сложность электронной системы управления. Установка для размораживания пищевых продуктов с использованием токов сверхвысокой частоты представляет собой туннельную печь с электрическим обогревом и состоит из изолированного контура, грузового конвейера, высокочастотных генераторов, работающих при сверхвысокой частоте (35—40 МГц), и привода конвейера с вариатором скоростей. В этой установке оттаиваемые блоки мороженой рыбы помещаются в полимерные противни с водой, что обеспечивает их равномерное прогревание. Подача блоков на ленту грузового конвейера может быть ручной и механизированной. Противни на грузовом конвейере последовательно проходят между электродами шести высокочастотных генераторов. Мощность колебаний каждого высокочастотного генератора автоматически поддерживается постоянной. Грузовой конвейер приводится в движение от электродвигателя через редуктор и вариатор скоростей, позволяющий изменять скорость. 115 Для изучения курса „Холодильное технологическое оборудование” рекомендуется следующая литература: 1. Голянд М.М., Малеванный В.И. Холодильное технологическое оборудование. М.:Пищевая промышленность,1977.-355с. 2. Сборник примеров расчетов и лабораторных работ по курсу "Холодильное технологическое оборудование" // Голянд М.М., Малеванный В.И. и др. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 168с. 3. Быков А.В. Применение холода в пищевой промышленности//Холод в мясной и молочной промышленности. Справочник. М.:Пищевая промышленность,1979.-271с. 4. Быков А.В. Применение холода в пищевой промышленности.//Холод в рыбной и пищевой промышленности М.:Пищевая промышленность,1979.-150с. 5. Теплообменные аппараты, приборы автоматики и испытания холодильных машин. Справочник /под ред. Быкова А.В.-М. :Легкая и пищевая промышленность,1982. 6. Конвисер И.А. Холодильная техника и холодильная технология. - М.: Пищевая промышленность, 1978. 7. Ионов А.Г., Мекеницкии С.Я Автоматизированные роторные морозильные агрегаты. -М.:Пищевая промышленность,1981. 8. Аверин Г.А. и др. Примеры расчетов по курсу "Холодильная техника". М.: Пищевая промышленность,1986. 9. Бараненко А.В., Калюнов В.С, Румянцев Ю.Д. Практикум по холодильным установкам .- С-Пб.: Профессия,2001.-272с. 10. Канивецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии -М.: Колос,2000.-552с. 11. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.:Колос.1999.-336с. 12. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. -Л.: Машиностроение, 1980. 13. Применение холода в пищевой промышленности. Справочник под редакцией Быкова А.В. -М.: Пищевая промшленность, 1978. 116 - 14. Проектирование холодильних сооружений. Справочник /под редакцией Быкова А.В. -М.: Пищевая промьішленность, 1978. 15. Свердлов Г.З., Явнель Б. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильних установок и установок кондиционирования воздуха. -М: Пищевая промышленность, 1978. 117 Тести з дисципліни «Холодильне технологічне обладнання» 1. Суть холодильної технології полягає в: а) вдосконалення холодильного обладнання; б) створенні умов для безпеки експлуатації холодильного обладнання; в) створенні умов для тривалого зберігання харчових продуктів за допомогою штучного холоду; г) інтенсифікації термодинамічних процесів, що протікають в холодильному обладнанні. 2. Зі всіх методів консервації харчових продуктів найбільш ефективна обробка їх: а) високою температурою; б) низькою температурою; в) парою; г) водою. 3. Охолодженими вважаються продукти, температура яких знаходиться в інтервалі значень: а) 0...4°С; б) 20...10°С; в) -10...-15°С; г) 10...-10°С. 4. При заморожуванні продуктів температура в їх центрі має значення: а) нижче за температуру навколишнього середовища; б) нижче за кріоскопічну температуру; в) нижче за температуру точки роси; г) нижче за мінімальну зимову температуру зовнішнього повітря. 5. Дефростація-це процес: а) нагрівання продукту; б) зволоження продукту; в) усихання продукту г) розморожування продукту. 6. Кріоскопічною температурою називають температуру, при якій: а) продукт відправляють в торгову мережу або на переробку; б) продукт упаковують; в) починають виділяться кристали льоду з тканинних соків; г) кипить холодильний агент. 7. Для інтенсифікації охолоджування продуктів в повітрі застосовують наступні засоби: а) пакування продуктів; б) підвищують швидкість руху повітря і збільшують різницю температур між ним і продуктом; в) використовують систему охолоджування з проміжним теплоносієм; г) використовують систему безпосереднього кипіння холодильного агента у випарнику. 8. Середню кінцеву температуру заморожування визначають за формулою: t t а) t 2 1 ; t t ln k 1 tk t2 б) t t1 t ср ; в) t t ср 5...10 С о г) t t кц Bi 2 t c Bi . 2Bi 1 9. Витрати холоду на заморожування продуктів можна визначити: а) Q G i1 i2 ; б) Q kFt ; в) Q F q; г) Q mct ; 118 10. Тривалість заморожування продуктів можна визначити за формулою: а) Ньютона б) Паскаля в) Ейнштейна г) Планка 11. Швидкість заморожування визначає: а) величину кристалів льоду в продукті і рівномірність їх розподілу; б) тип компресора холодильної установки; в) матеріал теплоізоляції огорож камери; г) об'ємні і енергетичні втрати. 12. Для первинної холодильної обробки (охолоджування, заморожування) призначені холодильники: а) розподільні; б) базисні; в) торгові; г) виробничі. 13. Для довгострокового зберігання продуктів з метою створення резервів призначені холодильники: а) розподільні; б) базисні; в) торгові; г) виробничі. 14. Для рівномірного забезпечення міст продуктами харчування протягом всього року призначені холодильники: а) розподільні; б) базисні; в) торгові; г) виробничі. 15. Умовна місткість холодильники визначається виходячи з норми завантаження на 1м мороженого м'яса. Ця величина складає: а) 1,3 т/м3; б) 0,35 т/м3; в) 1,5 т/м3; г) 0,55 т/м3. 16.Відмітною особливістю огорож холодильників є: а) підвищена міцність будівельних матеріалів; б) негорючесть матеріалів; в) виконання несучих функцій; г) можливість конденсації водяної пари на поверхнях або усередині конструкції. 17. Основні властивість теплоізоляційного матеріалу огорож холодильників це: а) міцність; б) висока щільність; в) низька здатність проводити теплоту; г) висока теплопровідність. 18. Як теплоізоляція для огорожі холодильників використовують матеріали, коефіцієнт теплопровідності яких знаходиться в інтервалі значень: а) 0,015… 0.35 Вт/(м*К); б) 1,5...0,5 Вт/(м*К); в) 15…1,5 Вт/(м*К); г) 1,5…3,5 Вт/(м*К). 19. Серед властивостей теплоізоляції холодильників виділите небажане: а) температуростійкість; б) механічна міцність; в) висока гігроскопічність; г) легкість обробки інструментами. 119 20. Для виключення утворення конденсату усередині конструкції огорож холодильника предбачається: а) шар паро - і гідроізоляції; б) використання тенов; в) підвищувати температуру повітря в камері вище за температуру точки роси; г) обмивання огорож гарячою парою холодильного агента. 21. Паро – і гідроізоляційні матеріали виготовляють на основі: а) сталі; б) глини; в) бітуму; г) пінополістиролу. 22. Калорічний розрахунок теплоізольованих поверхонь, визначає: а) сумарні теплоприпливи; б) місткість холодильної камери; в) навантаження на одиницю площі камери; г) температуру кипіння холодильного агента. 23. Для організації руху повітря в охолоджуваних приміщеннях їх оснащують спеціальним устаткуванням, що представляє: а) систему холодопостачання; б) систему регенірації; в) систему повітророзподілу; г) систему кондиціювання повітря. 24. З перерахованих систем повітророзподілу одна такою не є: а) одноканальна; б) двоканальна; в) трьохканальна; г) безканальна. 25. З перерахованих показників систем повітророзподілу одні такими не є: а) технологічні; б) теплофізичні; в) економічні; г) експлуатаційні. 26. Відмінною рисою конструкцій, що обгороджують холодильники, є: а) наявність снігової шуби на внутрішній поверхні; б) необхідність періодичного нагрівання внутрішньої поверхні; в) наявність шарів тепло- і гідроізоляції; г) відсутність камерного устаткування на внутрішній поверхні. 27. Сумарні теплоприпливи в охолоджуване приміщення визначають по формулі: а) ∑Q=Q1+Q2+Q3; б) ∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4; в) ∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5; г) ∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6; 28. Теплоприплив через огородження холодильника визначають по формулі: а) Q=Kд∙ F∙ (tн-tв); б) Q=Kд∙ F∙ ∆tс; в) Q=М∙ с∙ (t2-t1); г) Q=Kд∙ F∙ (tн-tв)+Kд∙ F∙ ∆tс; 29. З приведених нижче теплоприпливів один не відноситься до експлуатаційного: а) від освітлення; б) від відкривання дверей; в) від «подиху» овочів і фруктів; г) від перебування людей. 120 30. У тунельній системі повітророзподілу рух повітряного потоку організоване за рахунок використання: а) форсунок; б) сопіл; в) засувок; г) перегородок. 31. Тунельна система повітророзподілу використовується в камерах для: а) холодильної обробки продуктів; б) транспортування продуктів на інший поверх; в) зберігання продуктів; г)підтримка безперервності холодильного ланцюга. 32. Ширина щілин в щитах, що формують систему повітророзподілу помилкова стеля складає: а) 30…60 мм; б) 10…20 см; в) 15…30 мм; г) 30…40 мм. 33. Довжина щілин неправдивої стелі складає: а) 1…2 м; б) 300…700 мм; в) 15…20 см; г) 20…50 дм. 34. Відстань між щілинами помилкової стелі складає: а) 200…300 мм; б) 0,4…0,6 м; в) 10…15 см; г) 5…8 дм. 35. Сопла, за допомогою яких формується система повітряного душиювання, вмонтовується: а) у плоскі щити; б) у повітроводи; в) у повітроохолоджувачі; г) у підвісні шляхи. 36. Діаметр сопіл повітряного душиювання складає: а) 10 мм; б) 80 мм; в) 50 мм; г) 100 мм. 37. На один метр повітровода розміщують: а) 10...12 сопіл; б) 2…3 сопіл; в) 20…25 сопіл; г) 5…6 сопіл. 38. Виходячи з сопел охолоджені потоки повітря зливаються і рухаються одним потоком із збільшенням швидкості за рахунок: а) різниці температури повітря; б) використання додаткового вентилятора; в) рух охолоджуваних продуктів; г) ежекції навколишнього повітря. 39. При організації руху охолодженого повітря по повітроводам більш раціональною є система подачі через щілини: а) подовжні; б) поперечні; в) радіальні; г) фасонні. 121 40. Кількість щілин на один метр повітровода складає: а) 10; б) 15; в) 6; г) 8. 41. У камерах схову харчових продуктів використовують систему повітророзподілу : а) неправдива стеля; б) двоканальну; в) повітряне душиюваннє; г) повітровод з щілинами. 42. При двоканальній системі повітророзподілу швидкість повітря, що подається у приміщення, повинна складати: а) 1...2 м/с; б) 3…4 м/с; в) 0,5...0,8 м/с; г) 6...9 м/с. 43. При одноканальній системі повітророзподілу в охолоджуваному приміщенні розташовуються: а) нагнітальний і всмоктуючий канали; б) нагнітальний канал і вентилятор; в) нагнітальний канал; г) нагнітальний канал і повітроохолоджувач. 44. При одноканальній системі воздухорозподілу воздуховоди розміщують: а) у нижній зоні камери; б) у верхній зоні камери; в) поза камерою; г) на висоті 1,5 м від підлоги. 45. Температура повітря на виході з нагнітального каналу одноканальної системи повітророзподілу нижче за температуру повітря в приміщенні на: а) 5…6°С; б) 10…12°С; в) 2…3°С; г) 0,5…1°С. 46. При безканальній системі повітророзподілу охолоджування внутрішнього повітря відбувається за рахунок розміщення в холодній камері: а) нагнітального і всмоктуючого каналів; б) нагнітального каналу; в) всмоктуючого каналу; г) повітроохолоджувача. 47. Підвісні повітроохолоджувачі в камерах схову розміщують один від одного на відстані: а) 3…6 м; б) 6…12 м; в) 1...2 м; г) 12…18 м. 48. Повітряні морозильні апарати складаються з: а) вентилятора, повітроохолоджувача і форсунок; б) вантажного відсіку, блоку повітроохолоджувачів і транспортного пристрою; в) ванни з холодоносієм, насоса і форсунок; г) конвейєра, вентиляторів і перегородок. 49. До повітряних морозильних апаратів не відносяться: а) конвейєрний; б) роторний; в) гравітаційний; г) флюідізаційний. 122 50. У повітряних морозильних апаратах не використовують для зменшення впливу снігової шуби: а) зрошування поверхні повітроохолоджувача незамерзаючою рідиною; б) виготовлення повітроохолоджувача з труб із змінним кроком обрібрення; в) використання для відтавання водяної пари; г) застосування вологофильтрів. 51. Снігова шуба на поверхні повітроохолоджувача приводить до : а) інтенсифікації процесу теплообміну; б) зниженню інтенсифікації процесу теплообміну; в) збільшенню усихання продуктів; г) збільшення термінів зберігання продуктів. 52. Тележечні повітряні морозильні апарати бувають: а) з вертикальним рухом повітря; б) з природним рухом повітря; в) з подовжнім або поперечним рухом повітря; г) з циклічним рухом повітря. 53. Який тип морозильного апарату не є конвейєрним: а) з ланцюговим конвейєром; б) із спіральним конвейєром; в) апарат для заморожування розфасованих продуктів; г) плитковий апарат. 54. Для скорочення довжини конвейєрного морозильного апарату що транспортний пристрій виконують: а) з полімерних матеріалів; б) зигзагоподібним; в) з підвищеною швмдкістю; г) періодичної дії. 55. Відмінною рисою повітряних конвейєрних морозильних апаратів із спіральним конвейєром є: а) наявність у вантажному відсіку однієї прямолінійної ділянки конвейєра; б) наявність декількох прямолінійних ділянок; в) конвейєр має складну просторову конфігурацію; г) конвейєр має вертикальний напрям. 56. Недоліком повітряних морозильних апаратів для заморожування розфасованих продуктів є: а) періодичність дії; б) надходження теплоти і вологи через вікна завантаження і вивантаження; в) наявність флюідізаційної решітки; г) неможливість відтавання снігової шуби. 57. Швидкість руху вантажного конвейєра повітряного морозильного апарату визначають: S а) V ; t б) V 2n; L в) V ; г) V b h. 58. Відмінна риса гравітаційних морозильних апаратів: а) перемішування кареток відбувається за рахунок руху конвейєра; б) за рахунок проштовхування кареток по спеціальним рейкам; в) за рахунок потоку охолодженого повітря; г) за рахунок обертання спеціального барабана. 59. Флюідізаційні повітряні морозильні апарати призначені для заморожування: а) дрібноштучних харчових продуктів; б) крупнокускових продуктів; в) риби в блоках; г) напівтуш м’яса. 123 60. У флюідізаційних морозильних апаратах холодне повітря подається: а) зверху на продукт; б) знизу через спеціальні грати; в) упоперек руху продукту; г) заморожування продукту відбувається за рахунок занурення його в холодоносіях. 61. Для зниження енерговитрат у флюідізаційних морозильних апаратах рекомендується розмір продукту до: а) 10…20 мм; б) 70…80 мм; в) 1,5…3,5 мм; г) 40…50 мм. 62.Який з перерахованих продуктів рекомендується заморожувати у флюідізаційних морозильних апаратах: а) м'ясні напівфабрикати; б) риба в блоках; в) зелений горошок; г) сир в блоках. 63. Оптимальну швидкість руху повітря у вантажному відсіку флюідізаційного апарату визначають за формулою: а) W L ; б) W 2n; в) W S ; t г) W 2.25 1.95 lg G. 64. У морозильних апаратах безконтактного заморожування теплообмін з продуктом відбувається: а) у повітряному середовищі; б) в результаті занурення в холодоносій; в) через металеву поверхню, що контактує з холодоносієм; г) в результаті зрошування його холодоносієм. 65. Які з перерахованих морозильних апаратів не є апаратами безконтактного заморожування: а) плиткові; б) гравітаційні; в) роторні; г) апарати для заморожування упакованих продуктів рідкими холодоносіями. 66. Плиткові морозильні апарати призначені для заморожування харчових продуктів: а) у блоках; б) у киплячому шарі; в) у тушах; г) на підвісних шляхах. 67. Продукти, заморожені в плиткових апаратах, мають: а) неправильну форму; б) великий зміст вологи; в) правильну форму; г) різну масу. 68. Перед заморожуванням продукт в плиткових морозильних апаратах:: а) нагрівається; б)підпресовувається; в) аерірується; г) зважується. 69. Один з перерахованих морозильних апаратів не є плитковим: а) горизонтально-плиткові; б) роторні; в) барабанні; г) тележечні. 124 70. У роторних морозильних апаратах плити розташовані: а) вертикально; б) горизонтально; в) під кутом 45°; г) радіально. 71. Продукти в роторних морозильних апаратах не примерзають до поверхні плит, тому що: а) у них відсутній волога; б) температура продукту не більше 0°С; в) вони упаковані; г) поверхня плит виготовлена з полімерних матеріалів. 72. Морозильні апарати барабанного призначені для заморожування продуктів: а) правильної форми; б) вологих і рідких; в) сухих продуктів певних розмірів; г) м'ясо в тушах і напівтушах. 73. Заморожуючим елементом морозильних апаратів барабанного типу є: а) радіально розташовані плити; б) плити круглої форми; в) ванна циліндрової форми; г) циліндровий барабан в порожнину якого подається холодоносій. 74. Хладоносій в морозильних апаратах барабанного подається: а) через порожнистий вал із спеціальним сальниковим ущільненням; б) через нагнітальний патрубок; в) за допомогою гнучкого шланга; г) барабан зрошується холодоносієм. 75. Заморожений продукт з поверхні морозильного апарату барабанного знімають з допомогою: а) спеціальної фрези (ножа); б) обробки поверхні барабана парою; в) розвантажувального конвейєра; г) використання упаковки. 76. У безконтактних апаратах для заморожування продуктів рідкими холодоносіями теплота від продукту до холодоносія передається: а) через металеву плитку; б) безпосередньо при їх контакті; в) через вологонепроникну упаковку; г) при зрошуванні продукту холодоносієм. 77. До апаратів безконтактного заморожування один не належить: а) апарат для заморожування упакованих продуктів в рідкому холодоносію; б) апарат для заморожування продуктів на сталевій стрічці, зрошуваній рідким холодоносієм; в) апарат для заморожування продуктів зануренням в рідкий холодоносій; г) апарат для заморожування продуктів в металевих формах, занурюваних в рідкий холодоносій. 78. Для виключення попадання теплого повітря всередину морозильного апарату для заморожування упакованих продуктів в рідкому холодоносію використовують: а) надмірний тиск вентилятора; б) герметизацію апарату; в) водяний затвор; г) утеплюючий холодоносій. 79. В апаратах для заморожування продуктів на сталевій стрічці, зрошуваній рідким холодоносієм, холодоносій подається: а) знизу; б) зверху; в) розпилюється на продукт; г) подається в порожнину сталевої стрічки. 125 80. У морозильних апаратах контактного заморожування відведення теплоти від продукту відбувається: а) через металеву поверхню плити; б) безпосередньо до холодоносія; в) через упаковку продукту; г) із-за контакту продукту і холодного повітря. 81. У морозильних апаратах контактного заморожування як теплоносій не застосовують: а) рідкий азот; б) вуглекислоту; в) хладон R12; г) розчин хлористого натрію. 82. Залежно від виду тепловідвідного середовища не існує апаратів контактного заморожування: а) криогенних; б) вуглекислотних; в) повітряних; г) для заморожування продуктів холодоносіями. 83. У криогенних морозильних апаратах як тепловідвідне середовище звичайно використовують: а) розчин солей; б) рідкий азот або повітря; в) рідкий аміак; г) крижану воду. 84. У імерсійних морозильних апаратах заморожування продукту відбувається за рахунок: а) обдування холодним повітрям; б) занурення у ванну з криогенною рідиною; в) контакту з охолодженою поверхнею; г) розпилювання холодоносія. 85. Для зменшення розтріскування і деформації продукту в імерсійних морозильних апаратах використовують: а) попередній нагрів продукту; б) попереднє підпресовування продукту; в) зону попереднього охолоджування; г) блок форми. 86. У морозильних апаратах з розпилюванням рідкого азоту у вантажному відсіку, як правило мають місце 3 зони: а) заморожування, відтайки і упаковки продукту; б) попереднього охолоджування, заморожування, вирівнювання температури; в) упаковки, охолоджування, заморожування; г) підпресовування, упаковки, заморожування. 87. Сорбування пакувальним матеріалом рідкого азоту дозволяє: а) якийсь час зберігати і транспортувати продукт без охолоджування; б) повторно використовувати упаковку; в) скоротити термін розморожування продукту; г) скоротити час навантажувально-розвантажувальних робіт. 88. Недоліком криогенних морозильних апаратів є: а) низька температура заморожування; б) можливість заморожування неупакованих продуктів; в) висока витрата криогенної рідини; г) высока витрата електроенергії. 89. У вантажному відсіку вуглекислотного морозильного апарату швидкість руху робочого середовища складає: а) 50…80 м/с; б) 5…8 м/с; в) 2,5...3,5 м/с; г) 25…35 м/с. 126 90. Оптимальна температура у вантажному відсіку вуглекислотного морозильного апарату: а) -10…-30°С; б) -30…-60°С; в) -65…-75°С; г) -80…-100°С. 91. Одним з головних недоліків морозильних апаратів для заморожування продуктів холодоносіями є: а) низька продуктивність; б) деконцентрація сольового розчину; в) низька інтенсивність відведення теплоти; г) екологічна небезпека продуктів. 92. Як робоче середовище апаратів для заморожування продуктів холодоносіями використовують: а) розчини солей; б) рідкий азот; в) хладони; г) етиленгліколь. 93. Теплообмінні апарати морозильних апаратыв підбирають по величині: а) термічного опіру; б) температури холодильного агента; в) теплопередавальній поверхні; г) тепловому навантаженню на апарати. 94. Теплообмінні апарати аміачних холодильних машин виготовляють з: а) чорних металів; б) міді; в) бронзи; г) латуні. 95. Теплопередавальну поверхню теплообмінних апаратів визначають по формулі: 2 Q а) ; г) F d Q б) Q Q ; в) V F kt ; Q 1 2 Q 2 ,3 lg 1 Q2 c( t 2 t1 ) 4 96. Для розморожування харчових продуктів не використовують: а) установки з підведенням теплої пари холодильного агента; б) установки з підведенням теплоти до поверхні продукту; в) установки з підведенням теплоти до об'єму продукту. 97. Для розморожування продуктів не існує установок з підведенням теплоти до поверхні продукту: а) у потоці вологого повітря; б) у вакуумі і воді; в) у воді і повітрі; г) у потоці вуглекислого газу. 98. При розморожуванні продуктів у вакуумі залишковий тиск в герметичній камері складає: а) 2,6…2,8 кПа; б) 3,3…3,8 кПа; в) 3300...50000 Па; г) 2…3 бара. 99. Недоліком установок для розморожування харчових продуктів з підведенням теплоти до об'єму продукту є: а) розморожування у присутності водяної пари; б) низька якість розморожування; в) можливість розморожування продуктів правильної геометричної форми; г) висока втрата вологи продуктами. 100. Частота струмів надвисокої частоти в установках розморожування складає: а) 30…40 кГц; б) 3,5…5,5 МГц; в) 350…500 кГц; г) 35…40 МГц. 127 Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского Кафедра холодильной и торговой техники ХОЛОДИЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Конспект лекций для студентов направления подготовки 050503 «Машиностроение» специализации “Оборудование перерабатывающих и пищевых производств” дневной и заочной форм обучения Донецк 2014 128