Оборудование для организации пищевых производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

2. Обоснование выбора конструкции аппарата

3. Обоснование выбора режима холодильной обработки

4. Описание устройства и принципа действия аппарата

5. Расчет аппарата

5.1 Определение расчетных технологических параметров

5.2 Тепловой расчет аппарата

5.3 Расчет конструктивных и габаритных размеров аппарата

5.4 Определение рабочих характеристик аппарата

Заключение

Литература

Введение

Технология быстрой заморозки, получившая сегодня большое распространение в отечественной пищевой промышленности, предусматривает форсированное снижение температуры в морозильной камере, в которую заложены продукты, до -30...-40^оС. Важным фактором при этом является принудительная циркуляция воздуха в камере. Такая технология более гигиенична и обеспечивает большую сохранность замороженных продуктов, чем другие способы консервирования. При быстрой заморозке клеточные ткани не деформируются, мгновенно пресекается жизнедеятельность всех типов бактерий. Кроме того, процесс занимает всего 20-35 минут и препятствует "усушке" продукта. Скороморозильные установки по принципу работы делятся на 4 группы: воздушные, бесконтактные, контактные и аппараты с использованием хладоносителя. Воздушные аппараты применяются для обработки мелкоштучных продуктов (пельмени, зеленый горошек, фасоль, ягоды, овощи) как россыпью, так и в расфасованном виде.

Одной из разновидностей воздушных скороморозильных установок являются туннельные флюидизационные, в которых заморозка осуществляется помещением продукта в так называемый "кипящий слой" (мощный поток холодного воздуха). Такие аппараты чаще всего используются в автоматизированных производственных линиях. В настоящее время разработаны и модели малой производительности (50-300 кг/час). Аппараты бесконтактного замораживания предназначены для обработки мяса, субпродуктов, рыбы, фарша, рыбного филе и молокопродуктов (творог, масло) в брикетах и блоках. Особенно популярными являются модели для плиточной заморозки. Продукт, замороженный в такой установке, имеет правильную форму, что удобно для складирования и транспортировки. Вместо потока воздуха в бесконтактных аппаратах используется специальный хладагент с минусовой (-40°С) температурой кипения. Хладагент помещается в горизонтальные и вертикальные плиты, приводимые в движение гидроприводом. Продукты, находящиеся между плитами, благодаря контакту с ними подвергаются интенсивному охлаждению и одновременно формуются.

Кроме плиточных аппаратов, существуют роторные (для охлаждения упакованных продуктов) и барабанного типа (для заморозки мелкоштучных либо жидких или влажных продуктов неправильной формы). Оборудование для контактной заморозки (криогенные, углекислотные и фреоновые аппараты) использует для охлаждения непосредственный контакт продукта с теплопоглощающей средой (жидкий азот, жидкий воздух, газообразный или твердый углерод, химически очищенный фреон R-12). Такие аппараты обеспечивают высокую интенсивность замораживания, технологичны. Однако в ряде случаев (например, в криогенных установках) структура охлаждаемого продукта может нарушиться. Аппараты с хладоносителями не имеют охлаждающей "летучей среды". Они не требуют герметичности в процессе заморозки, обладают малой метало- и энергоемкостью. Загрузка и выгрузка продуктов значительно облегчена. Все это оборудование прекрасно подходит для организации пищевых производств.

1. Литературный обзор

Большинство пищевых продуктов в процессе хранения может подвергаться нежелательным изменениям. Чаще всего они вызываются микроорганизмами, под влиянием которых происходит распад сложных химических веществ. В результате появляются новые, более простые по составу вещества, обладающие неприятным вкусом и запахом. Консервируя пищевые продукты, можно прекратить или замедлить деятельность микроорганизмов, а также разрушить ферментную систему и таким образом предотвратить нежелательные изменения продуктов. Существует много методов консервирования. Выбор того или иного способа зависит от вида и свойства сырья, от назначения готового продукта.

При предварительном быстром охлаждении и замораживании продуктов биохимические изменения в них протекают менее интенсивно, замедляется развитие микроорганизмов, прекращается ферментативная активность, уменьшаются потери влаги продуктом, сокращается естественная убыль и отходы, сохраняется качество продукции и увеличивается срок ее хранения. Чем меньше промежуток времени между сбором урожая и охлаждением и выше скорость последнего, тем ниже интенсивность качественных изменений. По ориентировочным международным расчетам, при существующем уровне техники только 25 ч 30 % выпускаемых скоропортящихся продуктов обеспечены холодильным оборудованием на отдельных этапах производства и реализации, в связи, с чем потери пищевых продуктов все еще очень высоки 20 ч 30 %.

Существующие в настоящее время способы охлаждения включают: воздушное охлаждение при естественной и принудительной циркуляции в камерах, гидроохлаждение, вакуумиспарительное охлаждение, охлаждение в среде жидкого азота. Воздушное охлаждение является одним из наиболее простых способов, легко осуществимых в условиях предприятия, имеющего холодильник. В камеру с температурой 0ч+5 ⁰С отдельными партиями загружают плоды и овощи, устанавливая после каждой загрузки температуру +4°С. После полной загрузки в камере устанавливается температура +4 °С, а продукт приобретает необходимую температуру через 20 суток. Такой способ непроизводителен.

Существует ряд способов быстрого охлаждения продукта в потоке холодного воздуха со скоростью 3 м/с при температуре 0 °С и относительной влажности 90 ч 95 %. В некоторых случаях используют передвижные воздухоохладители, изотермические вагоны (при перевозках на дальние расстояния), передвижные установки с единовременной загрузкой 5 ч 6 т. (в основном для ягод). Более равномерное температурно-влажностное поле воздуха в камере обеспечивает воздушно-экранная система охлаждения, разработанная в Кишиневском политехническом институте. Охлажденный воздух разделяют на два потока: один циркулирует под перекрытием камеры между двумя экранами, а второй - в грузовом объеме камеры. Циркуляция воздуха может быть естественной и принудительной.

При туннельном способе охлаждения ящики с продуктом помещают на поддоны, которые движутся в туннеле на ленте конвейера и обдуваются холодным воздухом со скоростью 16 м/с.

Один из новых способов - охлаждение сжатым воздухом, нагнетаемым через плотно установленные в несколько рядов упаковки, открытые в сторону направления потока воздуха. Данный способ значительно сокращает продолжительность охлаждения и уменьшает потери массы. Гидроохлаждение применяется для интенсификации процесса и предусматривает опрыскивание продуктов холодной водой или их погружение в холодную воду, а также водные растворы соли или сахара. Жидкая охлаждающая среда значительно интенсифицирует теплообмен по сравнению с воздушным охлаждением. Например, при гидроохлаждении температура плодов снижается с 20 до 1,7 °С за 45 мин, а при воздушном туннельном - с 20 до 3 °С за 24 ч.

Вакуумное охлаждение впервые было применено в США в 1964 г. В настоящее время этот способ широко распространен в США и все большее применение находит в Голландии, Швеции, Норвегии, Франции, Испании и Италии. Принцип вакуумного охлаждения основан на снижении температуры в результате испарения поверхностной влаги при давлении ниже давления насыщения. Данный способ наиболее эффективен для продуктов, имеющих большую поверхность испарения (петрушка, укроп, шпинат, салат и др.).

Для охлаждения продукты помещают в вакуумную камеру, где вакуумными или пароэжекторными насосами создается остаточное давление до 4,5 мм рт. ст. Для удаления откачиваемой насосом влаги используют охлаждаемые или неохлаждаемые ловушки. Способ обеспечивает большую скорость охлаждения (10ч15 мин). Испарение влаги на 1% от массы продукта приводит к снижению его температуры на 5,5 °С. Максимальная потеря влаги при вакуумном охлаждении плодов и овощей в течение 15ч20 мин составляет 2,4 %, в то время как для достижения той же температуры при воздушном охлаждении в изотермических вагонах затрачивается несколько часов, а потеря влаги составляет 2,5ч3,5 %; при туннельном и камерном охлаждении она достигает 4 %.

Существует три разновидности вакуумного охлаждения:

· охлаждение испарением под вакуумом поверхностной влаги (для лиственных овощей);

· охлаждение испарением под вакуумом влаги, приобретенной продуктом в результате опрыскивания его поверхности (свекла, морковь, картофель, яблоки и др.);

· охлаждение испарением под вакуумом воды, внесенной в камеру в лотках.

Предварительное смачивание продукта перед вакуумным охлаждением дает возможность снизить его температуру до 0 ⁰С без потерь влаги самого продукта, т.е. естественная убыль может быть сведена к нулю.

В Болгарии проводились исследования по охлаждению продуктов в среде кипящего азота. Исследования показали, что температура продуктов в данной среде понижается с большой скоростью - в среднем на 0,32 °С в секунду. Установлены три фазы охлаждения:

· нормальная - от 0 до -133 °С со средней скоростью понижения температуры до 0,38 °С в секунду;

· фаза ускоренного теплообмена - от -133 °С до -190 °С - обусловленного усиленной когезией и смачиванием поверхности металла жидким азотом, со средней скоростью 0,49 °С в секунду;

· фаза достижения температурного равновесия - от -190 до -196 °С - протекающая со средней скоростью 0,039 °С в секунду.

Использование жидкого азота для перевозок свежих фруктов, овощей и других охлажденных грузов при температуре воздуха в кузове от 5 до 0 °С может обеспечить существенный экономический эффект.

Охлаждение продуктов и растительного сырья необходимо проводить по следующим направлениям:

· охлаждение с применением принудительной циркуляции воздуха, обеспечивающей быстрое снятие тепла по всему объему продукта для последующего хранения и промышленной переработки;

· вакуумное охлаждение с целью дальнейшего кратковременного хранения, транспортировки и сохранения исходного качества для продуктов с развитой удельной поверхностью;

· охлаждение скоропортящегося сырья для последующей транспортировки проводить в парах жидкого азота, для чего создать передвижные азотные станции;

Охлаждение всех видов скоропортящихся продуктов проводить непосредственно после сбора урожая на месте произрастания.

Основным физическим процессом, характеризующим замораживание пищевых продуктов, является превращение воды в твердую фазу, сопровождаемое понижением температуры всей системы и выделением теплоты льдообразования. Продолжительность замораживания зависит от применяемого способа замораживания, размера, формы, химического состава, физических свойств продукта и вида применяемого упаковочного материала. Например, тела в форме цилиндра и шара замораживаются в 2ч3 раза быстрее, чем в форме пластины. Основное внимание при выборе способа замораживания уделяется обеспечению необходимой скорости замораживания, эффективного понижения температуры внутри продукта до требуемого предела (минус 15, 18 °С), сохранения высокого качества продуктов за счет уменьшения их усушки.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом для замораживания продуктов питания используются следующие основные способы:

· конвективный (в интенсивном потоке холодного воздуха);

· контактный (путем непосредственного контакта продукта с охлаждающей средой и путем контакта с плитами, охлаждаемыми хладагентом);

· криогенный (с использованием жидкого азота, жидкого воздуха, жидкой или твердой углекислоты и др.).

Для осуществления указанных способов применяются разнообразные конструкции морозильных аппаратов.

Независимо от их типа и назначения они должны отвечать следующим требованиям:

· большая скорость замораживания при условии равномерной теплоотдачи по всей поверхности продукта;

· хладоноситель, непосредственно соприкасающийся с продуктом, должен быть безвредным для продукта и обслуживающего персонала, не должен вызывать в продуктах неблагоприятных изменений и коррозии металлических узлов аппарата, находящихся в контакте с хладоносителем;

· универсальность оборудования (возможность замораживания разных видов продуктов);

· соблюдение нормативных санитарно-гигиенических условий;

· возможность применения оборудования в непрерывной поточной линии.

Конвективный способ замораживания является наиболее доступным и распространенным. В качестве хладагента используется атмосферный воздух, который нейтрален по отношению к замораживаемому продукту, не вызывает коррозии морозильного оборудования, для его получения не требуется дополнительных затрат. Температура воздуха достигает минус 30ч45 °С, а скорость 3ч16 м /с. Температура кипения хладагента минус 35ч50 °С. Аппараты для данного способа замораживания делятся на туннельные и камерные. В зависимости от способа перемещения продуктов различаются типы аппаратов: с тележками-стеллажами (циклические), конвейерные, карусельные, с вертикальным перемещением продукта на непрерывном конвейере (непрерывно действующие).

Недостатки установок:

· туннельного типа - сложность конструкций (вследствие применения конвейерных систем), необходимость использования оборудования для загрузки сырья и разгрузки замороженной продукции, потери холода, большой удельный расход электроэнергии;

· камерного типа - значительная продолжительность процесса замораживания, сложность автоматизации.

В туннельных аппаратах, предназначенных для быстрого замораживания с применением способа JQF (Jndividual Quick Freeging), используется одновременный эффект флюидизации и ленточного (сетчатого) конвейера. Флюидизация позволяет разделять замораживаемые частицы с помощью воздушного обдува и интенсивного теплообмена, что не дает им возможности смерзания. Аппараты в основной своей массе имеют две зоны (конвейера). В первой происходит быстрое замораживание внешнего влажного, мягкого, легко повреждаемого продукта, и образовавшаяся замерзшая корочка ("ледяная глазурь") в дальнейшем предохраняет продукт от смерзания, повреждения и применения к транспортирующему органу. Во второй зоне происходит домораживание продукта до конечной температуры. Аппараты этого типа имеют производительность от 0,2 т/ч до 12 т/ч и более (по зеленому горошку). Данные аппараты всех моделей обеспечивают: высокое качество продукта; быстрое замораживание (5ч10 мин) каждой частицы продукта, исключая его повреждение; отсутствие скапливания продукта; минимальные весовые потери продукта (в 2 раза меньше по сравнению с традиционными конвейерными аппаратами) в результате эффективного отвода тепла; свободный доступ для санобработки; возможность их использования в полностью механизированных линиях по производству быстрозамороженных продуктов растительного происхождения.

При использовании конвективного способа замораживания не меняется форма замороженных продуктов, которые могут быть заморожены как в упакованном, так и в неупакованном виде; имеется возможность для интенсификации процесса путем изменения температуры потока воздуха. Конвективный способ замораживания нашел широкое применение во всем мире в пищевой и картофелеперерабатывающей промышленности.

Контактный способ замораживания осуществляется путем непосредственного контакта продукта с охлаждающей средой (раствор поваренной соли, спирта, сахара, пропиленгликоля и др.) или непрямого контакта через металлическую пластину.

В аппаратах открытых горизонтальных непосредственного замораживания продукт, находящийся в металлической форме, перемещается в ванне, заполненной холодным рассолом, который циркулирует и непрерывно охлаждается до -19 °С. Аппараты такого типа могут изготовляться на любом предприятии, но имеют слишком низкую производительность. В аппаратах вертикальных (шахтных) продукт в закрытой упаковке помещается на непрерывную конвейерную ленту и орошается сверху хладоносителем. Оборудование для замораживания при непосредственном контакте продукта с охлаждающей средой выпускают фирмы Швеции, США, Дании.

В аппаратах непрямого контакта продукт помещается между металлическими плитами, которые имеют каналы для циркуляции холодильного агента, или на металлическую ленту транспортера. Плиты или транспортер охлаждаются до температуры минус 30ч40 °С в результате непосредственного испарения циркулирующего хладагента. В качестве хладагентов используются аммиак, фреон, пропиленгликоль, хлористый натрий и др.

В зависимости от расположения плит применяются горизонтальные и вертикальные скороморозильные аппараты. Наиболее распространенными являются горизонтальные. Характерной особенностью плиточных аппаратов, как горизонтальных, так и вертикальных, является возможность регулирования производительности (путем изменения числа плит), которая по сравнению с аппаратами конвективного охлаждения выше в 2 раза. Основное преимущество этих аппаратов - сохранение правильной формы и товарного вида упакованных продуктов в результате подпрессовки, которая сокращает продолжительность замораживания. Основные недостатки плиточных аппаратов: периодичность процесса замораживания; наличие слоя воздуха между упакованным продуктом и охлаждающими плитами, что уменьшает коэффициент теплопередачи; сложность механизации процессов загрузки и выгрузки. В странах СНГ наиболее известны скороморозильные плиточные аппараты типа QFP (Quick Freesing Plants) марки АСМП, предназначенные для замораживания мясо- и рыбопродуктов, выпускаемые АО "Гран" (г. Волжск), которые могут быть также использованы и для замораживания других пищевых продуктов.

В отечественной промышленности для замораживания мясных и картофельных полуфабрикатов (пельменей, вареников, фрикаделек) применяется конвейерный скороморозильный аппарат В 2-ФМА 1, разработанный Минским ЭКБ "Мясомолмаш" и выпускаемый производственным объединением "Одессапродмаш". Продукт прилипает к металлической ленте конвейера, которая охлаждается холодильным воздухом.

Одними из перспективных являются роторные скороморозильные агрегаты, которые характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации процессов загрузки и выгрузки и обеспечивают непрерывность процесса замораживания. Криогенный способ является наиболее интенсивным способом замораживания в криогенных жидкостях - азоте, фреоне, жидком воздухе, жидкой или твердой углекислоте.

За рубежом самое широкое промышленное распространение получил жидкий азот; использование которого обусловлено инертностью и низкой температурой кипения (-195,8 °С). Данный способ обеспечивает продолжительность замораживания в течение 2ч5 мин. Интенсивность и качество получаемого продукта зависят от способа использования азота - погружения продукта непосредственно в жидкий азот; распыления жидкого азота через сопла на продукт (орошение); обработка струей газообразного азота.

Криогенный способ замораживания способствует сохранению исходного качества продуктов - структуры, содержания витаминов, ароматические вещества, тканевые соки, вкусовые и питательные свойства при дефростации (оттаивании). Однако быстрое замораживание может привести к нежелательному растрескиванию продукта вследствие быстрого образования кристаллов льда и повышения внутреннего давления. Происходит быстрый перепад температур между затвердевшей поверхностью и центром продукта, в толще которого только начинается фазовое превращение влаги. Поэтому замораживание способом орошения жидким азотом или в потоке газообразного азота с применением постадийного охлаждения целесообразнее, чем замораживание погружением.

Проведенные экспериментальные исследования по замораживанию пельменей погружением в жидкий азот показали, что наиболее целесообразно осуществлять комбинированнное замораживание не более 10 с путем погружения, орошения и обдува продукта холодными парами азота. По результатам исследований, проведенных в Болгарии, жидкий фреон применялся для быстрого замораживания зеленого горошка (30 с), стручковой фасоли (60 с), кукурузы в початках (60 с), жареного картофеля (60 с), пирогов с мясом (180 с) и др. пищевых продуктов. Его температура кипения -29,7 °С, что делало его более удобным по сравнению с жидким азотом. Замораживание происходило почти мгновенно. При этом форма, цвет, вкус и др. органолептические показатели продуктов сохранялись полностью.

Сжиженная двуокись углерода, применяемая за рубежом для замораживания продуктов, оказывает на них бактерицидное действие: содержание бактерий в продукте и в морозильном аппарате снижается до минимума, что создает оптимальные условия для длительного хранения продуктов. Замораживание в установках с использованием СО₂ происходит при температуре -70 °С продолжительностью немного большей, чем в жидком азоте. За рубежом криогенные морозильные аппараты выпускаются фирмами США (сжиженный СО₂, жидкий азот), Швеции (фреон), Канады (жидкий азот), Англии, Франции, Японии (жидкий азот), Германии (сжиженный СО₂). В Одесском СКТБ "Продмаш" разработан и изготовлен опытный образец аппарата А 9-КОГ с использованием жидкого азота.

Замораживание с использованием криогенных сред по сравнению с замораживанием в воздушных туннельных и камерных морозилках имеет ряд достоинств:

· большая скорость замораживания, обеспечивающая образование мелкокристаллической структуры льда;

· уменьшение потерь продукта при замораживании в результате испарения влаги;

· сокращение потребности в производственных площадях;

· лучшее сохранение влагоудерживающих (гидрофильных) свойств ткани при ее замораживании;

· высокая производительность при меньших размерах установки;

· легкость управления;

· компактность и малогабаритность установки, а также механизация и автоматизация всех процессов, что ведет к снижению общих затрат на погрузочно-разгрузочные работы.

Большинство овощей перед замораживанием подвергаются бланшированию, при этом нарушается полупроницаемость клеточных мембран, вытесняется воздух из межклеточных пространств, которые заполняются водой, т.е. создается непрерывная жидкая фаза. Замораживание таких бланшированных продуктов протекает равномерно по всей массе. Процесс бланширования оказывает на картофель и овощи многостороннее воздействие и не ограничивается только разрушением оксидаз или торможением ферментативных процессов.

Так, например, исследование структуры бланшированного, резанного столбиками картофеля показало, что при бланшировании под воздействием высокой температуры структура тканей картофеля изменяется, но характер этих изменений неодинаков по всей толщине резаного картофеля. Структура поверхностных слоев при бланшировании претерпевает более глубокие изменения, чем центральные слои столбиков. В случае нарушения режима бланширования наблюдается неравномерное изменение структуры картофеля по толщине столбиков. В поверхностных слоях клетки пробланшированы, они набухшие, крахмальные зерна клейстеризованы, а в центральных слоях столбиков встречаются клетки с частично клейстеризованными зернами крахмала. В случае перебланшировки картофеля поверхностные слои очень размягчаются, при механическом воздействии клетки мацерируют и содержимое их вытекает, что также отражается на качестве полуфабриката. Установлено также, что подсушка как бы смягчает "удар холода". Исследованию подвергали овощи, предварительно подсушенные до 50 % от начальной массы. Поскольку при подсушивании меньше всего повреждаются мелкие клетки, для технологических целей следует использовать сорта с более мелкоклеточной паренхимой. Одной из основных причин изменения свойств пищевых продуктов при замораживании является денатурация некоторых белковых веществ и растворение липопротеинов под влиянием повышения местных концентраций электролитов вследствие фазового превращения воды.

Качество замороженной растительной ткани в большей степени зависит от условий замораживания, влагоудерживающей способности и количества связанной воды. Замерзанию подвергается прежде и легче всего свободная вода. Связанная вода играет в протоплазме клетки структурообразующую роль. Считается, что если вымерзает хотя бы часть связанной воды, то исключается возможность полного восстановления первоначальных свойств. Опыты, проведенные с картофелем, показали, что, когда замерзало 35 % содержащейся в тканях воды, не погибала ни одна клетка. Дальнейшее вымораживание стало действовать на клетки губительно и, когда вымерзало 70 % воды, все они погибали.

Основными параметрами в процессе замораживания продуктов являются температура в толще продукта и скорость замораживания. Обычно замораживание проводят до достижения температуры в толще продукта -15 °С. Так как к этому времени наружные слои продукта имеют более низкую температуру, то при последующем хранении температура выравнивается до -18ч-20 °С. Существует определенная зависимость между скоростью замораживания материала и степенью разрушения его структуры. Быстрое замораживание способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда. Большая скорость замораживания обеспечивает следующие преимущества по сравнению с медленно замораживаемыми продуктами:

· образующиеся кристаллы льда гораздо меньше по размеру, что способствует сокращению разрыва клеток;

· меньше времени остается на диффузию солей и их концентрацию, так как период замораживания значительно короче;

· рост микроорганизмов, окисление и другие нежелательные изменения в продукте сводятся к минимуму.

Медленное замораживание, наоборот, способствует образованию крупных кристаллов льда, расположенных преимущественно в межклеточном пространстве. В результате давления кристаллов льда на оболочку клеток, особенно в местах наиболее интенсивного их скопления, происходит разрыв клеток, что приводит к частичному или полному разрушению микроструктуры объекта замораживания. По-видимому, с точки зрения сохранения первоначальных свойств пищевых продуктов, быстрое замораживание более предпочтительно, т.к. механическое повреждение клеток при этом незначительно. Исследование влияния различных режимов замораживания и сроков хранения на структуру некоторых овощей показало, что микроструктура замороженных в кипящем слое в течение 2ч4 мин (быстрое замораживание) нарезанных кусочками моркови и баклажанов при температуре 0 ч -42 °С до конечной температуры -20 °С лишь незначительно отличалась от микроструктуры ткани свежих образцов. При более быстрых режимах замораживания (0,75 мин) степень повреждения клеток была меньше, что позволило сохранять овощи в течение 4ч5 месяцев. В криобиологической терминологии быстрым замораживанием считают условия, когда температура объекта понижается на десятки градусов в секунду, а сверхбыстрым - на сотни градусов. Способность клеток и тканей переносить замораживание оценивается по восстановлению их жизнедеятельности после оттаивания. Условия оттаивания могут быть не менее важны для конечного эффекта, чем условия замораживания. После обжаривания полуфабриката обоих видов структура картофельных клеток полностью восстанавливается. Структура картофеля приобретает такое же состояние, какое было перед замораживанием. Клетки округляются, становятся плотными, компактными, межклеточные пространства не видны, крахмальные зерна набухшие, клейстеризованные. Внутреннее содержимое клетки вновь заполняет весь объем и прилегает к оболочке, границы между отдельными крахмальными зернами слабо видны.

2. Обоснование выбора конструкции аппарата

В производстве высококачественных мороженых продуктов важное значение имеют биохимические и физические изменения, скорость и продолжительность процесса замораживания, конечная температура мороженой курицы, расход холода, а также способы замораживания курицы и их особенности.

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.

Роторный морозильный аппарат предназначен для замораживание 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, укреплённые 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.

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 хладонасителем. 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.

Техническая характеристика роторных морозильных аппаратов приведена в табл.

Таблица.

Показатели	Роторный морозильный аппарат типа МАР
Производительность ,т. в сутки	8
Емкость, кг.	1012
Число морозильных секций, шт.	23
Количество, шт. плит в каждой секции блоков	2-
Температура теплоотводящей среды, єC	-28
Конечная температура замораживаемого блока, єC	-18
Продолжительность замораживания, мин.	120
Габаритные размеры, мм. длина ширина высота	4345 4000 2360
Масса, кг.	7500

3. Обоснование выбора режима холодильной обработки

В зависимости от вида и свойств пищевых продуктов применяют различные технические средства и технологию охлаждения. Для осуществления процессов холодильной обработки на пищевых предприятиях используют два вида холодильных объектов: камеры холодильной обработки, в которых охлаждающей средой является воздух, и холодильные технологические аппараты, в которых в качестве охлаждающих могут быть использованы различные среды. Холодильные объекты могут быть периодического и непрерывного действия. Камеры и аппараты периодического (циклического) действия загружаются полностью, и работают циклично (загрузка, холодильная обработка, разгрузка). В камерах (аппаратах) непрерывного действия загрузка, холодильная обработка и разгрузка происходят одновременно. Различают камеры и аппараты туннельного типа. Это объекты, длина которых в несколько раз превышает ширину. Время прохождения продукта по туннелю соответствует продолжительности холодильной обработки, загрузка и разгрузка происходят одновременно на двух противоположных сторонах туннеля.

Процесс охлаждения нужно осуществлять как можно быстрее, так как это обеспечивает наиболее эффективное торможение всех изменений, которые сокращают продолжительность хранения и могут нанести ущерб качеству продуктов. замораживание роторный пищевой

Ускорить процесс можно различными способами:

1. Выбирая среду с лучшими теплофизическими свойствами. Охлаждать продукты можно в воздухе, в жидкостях (воде, морской воде, слабых солевых растворах), в водном льде. Из перечисленных сред, наибольшую теплоемкость имеет вода. Теплоотдача к воде примерно в 25ч30 раз больше чем к воздуху. Т.о., интенсифицировать процесс можно, используя жидкие охлаждающие среды.

2. Понижая температуру охлаждающей среды. Понижение температуры среды ограничено возможностью подмораживания или замораживания продукта. В связи с этим, температура среды должна быть не ниже криоскопической температуры продукта. При использовании воды, понижение температуры возможно лишь до температуры ее замерзания.

3. Увеличивая скорость движения среды. Чем выше скорость движения охлаждающей среды, тем лучше теплоотдача от поверхности продукта к среде. Для создания движения необходимы специальные устройства, на привод которых необходимы затраты электроэнергии. Т.о., использование этого фактора для интенсификации процесса ограничено экономическими показателями. Поэтому скорость движения воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов обычно составляет 1ч3 м/с.

При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха на качество и потери продукта влияет относительная влажность. Относительная влажность воздуха влияет на усушку продукта: чем она выше, тем меньше усушка. Однако специальных увлажняющих устройств в камерах охлаждения пищевых продуктов не предусматривают. Во-первых, процессы холодильной обработки по сравнению с холодильным хранением непродолжительны, и усушка за время охлаждения не имеет большой величины. Во-вторых, увлажнение воздуха способствует развитию и размножению микроорганизмов, которых на поверхности охлажденных продуктов достаточное количество. Относительная влажность воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов самоустанавливается за счет испарения влаги с поверхности продукта и конденсации ее на поверхности охлаждающих приборов на уровне 85ч90%.

Жидкие охлаждающие среды обладают большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем газообразные, поэтому их применение существенно сокращает продолжительность холодильной обработки продуктов. Наиболее распространенная жидкая охлаждающая среда, используемая для охлаждения продуктов до температуры, близкой к 0 ^оС, - вода. Охлаждение продуктов в жидкой холодной среде производится методами погружения и орошения. При непосредственном контакте с продуктом, вода должна быть чистая, безупречная с санитарной точки зрения. Чистая вода не может быть использована для понижения температуры продукта ниже 0 °С, т.к. при такой температуре она превращается в лед. Вода с температурой, близкой к 0 °С, называется "ледяная". Ее получают, смешивая с большим количеством водного льда, а чаще - в испарителях холодильных машин и установок. Используют также слабые солевые растворы. Добавление соли к воде позволяет понизить температуру ее замерзания. Чаще всего применяют 2ч4% раствор поваренной соли в пресной воде. Широкое применение в качестве охлаждающей среды на рыболовецких судах получила морская вода. В 1л морской воды растворено примерно 35 г солей, из которых 27,2 г NaCl и 3,8 г MgCl₂. Для замораживания продуктов применяют водные растворы солей высокой концентрации (рассолы). Наиболее часто применяют растворы хлорида натрия NaCl (о=23,1%) и хлорида кальция СaCl₂ (о=29,9%). Раствор NaCl - дешев, нетоксичен, обладает высокой теплопроводностью и низкой вязкостью, позволяет понизить температуру продуктов до минус 20 °С, однако обладает высокой коррозионной активностью, при непосредственном контакте с продуктами частично их просаливает. Раствор СaCl₂ в сравнении с раствором NaCl, обладает меньшей коррозионной активностью, более низкой температурой замерзания (минус 55 °С), однако более дорогой и токсичный, имеет более низкую теплоемкость и более высокую динамическую вязкость. Меньшей токсичностью и коррозионной активностью обладают гликоли - водные растворы жидкостей, имеющих низкую температуру замерзания. Наиболее широкое применение находят этиленгликоль и пропиленгликоль. Однако такие среды, по сравнению с рассолами, более дорогие, более вязкие и менее теплопроводные.

Применяются также и жидкие криогенные среды, наиболее часто - жидкий азот. Это среды, имеющие очень низкую температуру нормального кипения. При атмосферном давлении он кипит при температуре минус 195,6 °С. В такой среде методом орошения или погружения можно заморозить продукт за несколько секунд.

Для своей установки мы принимаем хладагент R22 c температурой кипения (-40 °С).

4. Описание устройства и принципа действия аппарата

На рисунке представлен роторный морозильный аппарат, предназначенный для замораживания рыбы, куриного филе, фарша. Низкая температура кипения хладагента в морозильных плитах 18 (минус 65 °С), подаваемого через пустотелый вал ротора 15, значительно интенсифицирует процесс замораживания блоков. Аппарат монтируется на раме 11 с поддоном 12 для сбора талой воды, образовавшейся при оттаивании морозильных плит, т.к. морозильные плиты покрываются снеговой шубой из-за конденсации влаги, находящейся в воздухе, который попадает в изолированный кожух 17 аппарата. В аппарате 60 морозильных плит, которые крепятся на дисках пустотелого вала ротора и могут перемещаться в радиальном направлении от центра ротора, что позволяет компенсировать увеличение объема продукта при замораживании. Морозильный аппарат работает автоматически по заданной программе. Порция рыбы поступает в два дозирующих устройства 3, установленные на весах 1. После взвешивания, гидравлический привод перемещает дозирующее устройство для разгрузки. Специальное устройство 2 вытягивает заслонки 6, и рыба поступает в кассеты 4. Дозирующее устройство, переходя в позицию загрузки, захватывает заслонки. С помощью затвора 7 кассеты закрываются частично В кассете расположены толкатели 5.

Со стороны ротора к кассетам прикреплены лотки 19 из нержавеющей стали и полиэтиленовые листы 8 с размерами, равными размерам морозильной ячейки 800Ч250Ч60мм. Перед загрузкой рыбы в аппарат кассеты, выдвигаясь в сторону ротора, перемещают лотки и листы в пространство между плитами. Толкатели, двигающиеся внутри кассет, загружают рыбу в ячейки. Кассеты вместе с лотком и полиэтиленовым листом в течение 20 секунд остаются в положении загрузки, не допуская выпадения рыбы из ячеек.



Рисунок 1. - Роторный морозильный аппарат

Перед поворотом ротора, толкатель останавливается перед кассетами. Ротор поворачивается на 6°, и следующая ячейка переходит в положение загрузки, а толкатели возвращаются в исходное положение. Механизм разгрузки 16 с помощью металлических стержней через отверстие в корпусе ротора выгружает замороженные блоки на транспортер разгрузки 20. Ротор приводится в движение гидравлическим приводом 14 через редуктор 10 и текстолитовый кулачок 13, профиль которого выбран так, что при зацеплении его со штифтом 9, ротор прерывисто вращается и фиксируется в положении загрузки и выгрузки аппарата. Данный аппарат удобен и прост в обслуживании.

По каналам морозильных плит циркулирует жидкий холодильный агент, который подается в плиты через пустотелый вал ротора насосом. Из морозильных плит парожидкостная смесь удаляется также через пустотелый вал, разделенный на камеры. В морозильные плиты жидкий холодильный агент направляется через трубки с диафрагмами, которые необходимы для равномерного распределения агента. Парожидкостная смесь отводится через паровые патрубки и кольцевой коллектор.

Ротор приводится в движение гидравлическим приводом через редуктор и текстолитовый кулачок, профиль которого выбран так, что при зацеплении его со шрифтом ротор вращается прерывисто и фиксируется в положениях загрузки и выгрузки аппарата.

Морозильный аппарат работает автоматически по заданной программе.

Порция рыбы поступает в два дозирующих устройства, установленные на весах. После взвешивания порции гидравлический привод перемещает дозирующее устройство для разгрузки. Специальное устройство вытягивает заслонки, и рыба поступает в кассеты. Дозирующее устройство, переходя в позицию загрузки, захватывает заслонки. С помощью затвора кассеты закрываются частично. В кассете расположены толкатели. Со стороны ротора к кассетам прикреплены лотки из нержавеющей стали и полиэтиленовые листы (размеры их равны размерам морозильной ячейки). Перед загрузкой рыбы в аппарат кассеты, выдвигаясь в сторону ротора, перемещают лотки и листы в пространство между плитами. Толкатели, которые двигаются внутри кассет, загружают рыбу в ячейки. Кассеты вместе с лотком и полиэтиленовым листом в течение 20 с. остаются в положении загрузки, не допуская выпадения рыбы из ячеек. Перед поворотом ротора толкатель останавливается перед кассетами. Ротор поворачивается на 6 °, и следующие ячейки переходят в положение загрузки, а толкатели возвращаются в исходное положение. Механизм разгрузки с помощью металлических стержней через отверстие в корпусе ротора выгружает замороженные блоки на транспортер разгрузки.

Несмотря на непосредственный контакт продукта с морозильными плитами, имеющими низкую температуру, замороженные блоки легко, без предварительного оттаивания, удаляются механизмом разгрузки из аппарата. Это объясняется тем, что силы сцепления переохлажденного льда с гладкой площадью поверхности морозильных плит незначительны. Морозильный аппарат удобен и прост в обслуживании.

5. Расчет аппарата

5.1 Определение расчетных технологических параметров

Роторный морозильный аппарат для замораживания продуктов (курицы) в блоках размером 80025060 мм имеет производительность т/сут кг/ч. Начальная температура курицы , конечная температура замороженного блока .

При расчете роторного морозильного аппарата требуется определить объем и массу блока, продолжительность его замораживания, вместимость аппарата и количество морозильных секций, угол между секциями в роторе аппарата, внутренний и наружный диаметр ротора, теплопритоки в аппарат, а также объемный и массовый расходы холодильного агента, циркулирующего в морозильных плитах аппарата.

Объем замороженного блока :

м³.

Масса блока :

кг.

Продолжительность замораживания блока находят из зависимости

,

учитывая дополнительное термическое сопротивление упаковки блока.

5.2 Тепловой расчёт аппарата

Удельное количество теплоты, отводимой от 1 кг замораживаемой курицы, определяют по уравнению:

кДж/кг.

Полагаем, что роторный морозильный аппарат работает с подачей в каналы морозильных плит переохлажденного холодильного агента. Тогда при турбулентном движении холодильного агента в каналах морозильных плит коэффициент теплоотдачи находят из уравнения подобия вида

,

здесь коэффициент, учитывающий изменение коэффициента теплоотдачи по длине канала морозильной плиты.

Полагаем, что равны 1.

Число Рейнольдса определяют по формуле. В качестве определяющего размера принимают эквивалентный диаметр сечения канала морозильной плиты размерами мм.

Эквивалентный диаметр, рассчитываемый по зависимости

(здесь площадь поверхности сечения канала, м³;периметр канала, м), составит

мм м.

Тогда число Рейнольдса при скорости движения холодильного агента в каналах морозильных плит м/с и его кинематической вязкости м ²/с (при ).

.

Число Нуссельта при (для при )

.

Коэффициент теплоотдачи от поверхности канала плит к циркулирующему хладагенту находят из зависимости

(здесь теплопроводность воздуха, Вт/()) и при теплопроводности жидкого Вт/().

Принимая термическое сопротивление упаковки, выполненной из парафинированной бумаги толщиной мм м, и теплопроводностью Вт/() отношение равно

м ²·К/Вт.

Продолжительность замораживания блока при и составит:

ч.

Вместимость аппарата находят из зависимости:

кг.

Теплопритоки в аппарат находят из зависимости

,

где коэффициент, учитывающий дополнительные теплопритоки к аппарату ().

Теплопритоки от продукта при его замораживании определяют по формуле:

кВт.

Тогда

Вт.

При определении объёмного расхода жидкого хладагента необходимо учесть, что каждая морозильная плита имеет 18 каналов, соединённых по три в шесть параллельных рядов.

5.3 Расчёт конструктивных и габаритных размеров аппарата

Принимаем, что роторный аппарат выполнен из морозильных секций, состоящих из трех плит: одна (средняя) плита - неподвижная, а две другие (боковые) - подвижные. Число блоков в секции при размере плит мм составляет 8 шт. Масса продукта в секции: кг.

Количество морозильных секций в аппарате

Угол между секциями в роторе аппарата

Внутренний диаметр ротора определяют по формуле

,

где толщина секции, мм; зазор между секциями, мм ( мм).

В свою очередь толщина секции

мм.

Тогда

мм.

Наружный диаметр ротора аппарата

мм.

Рис.2. Схема расположения морозильных секций на роторе аппарата.



Рис.3. Принципиальная схема роторного морозильного аппарата:

1 - боковые подвижные плиты; 2 - средняя неподвижная плита; 3 - штуцера.

5.4 Определение рабочих характеристик аппарата

Живое сечение для прохода жидкого хладагента в аппарате :

,

где - количество каналов в морозильной плите ( шт.); - ширина канала в морозильной плите, м ( м); - высота канала в морозильной плите, м ( м); - число морозильных плит в аппарате ( шт.).

Находим численное значение:

м ².

Объёмный расход жидкого хладагента:

м³/с м ³/ч.

Тогда массовый расход жидкого хладагента при кг/м ³

кг/с.

Температуру нагрева хладагента , циркулирующего в каналах морозильных плит аппарата, можно определить по формуле при Дж/(кг·К):

Оптимальная температура нагрева хладагента, циркулирующего в каналах морозильных плит роторного морозильного аппарата, при подаче переохлаждённого хладагента обычно составляет , что хорошо совпадает с её значением, найденным расчётом.

Заключение

В данном курсовом проекте был проведён расчёт плиточного морозильного аппарата роторного типа. В ходе проведенной работы было выявлено, что для замораживания одного блока курицы требуется небольшое количество времени (9700 с), что само собой сокращает энергетические затраты на замораживание курицы.

Кроме времени, то есть затрат, рассматриваемый аппарат лучше сохраняет сам продукт. В каждом продукте, не зависимо от обработки на этапе приготовления, есть бактерии. А так как бактерии разных типов имеют неодинаковые температурные зоны жизнедеятельности, то при шоковой заморозке многие из них просто не успевают развиться, в то время как при медленной заморозке в продукте появляются, и остаются, следы жизнедеятельности каждого из типов бактерий. Плюс к этому уменьшается в 2-3 раза потери массы продукта в результате усушки.

На сегодняшний день существует масса различных скороморозильных установок. Однако данная установка, на мой взгляд, является наиболее подходящей для быстрого и эффективного замораживания куриного филе.

Помимо всего выше сказанного морозильный аппарат снабжен электронным регулирующим устройством, управляющим всей работой аппарата, что упрощает работу с аппаратом.

Литература

1. Холодильное технологическое оборудование/ Под ред. М.М. Голянд, Б.Н. Малеванный.- М.: Пищевая промышленность, 1977.-336с.

2. Сборник примеров расчетов и лабораторных работ по курсу "холодильное технологическое оборудование"/ Под ред. М.М. Голянд, Б.Н. Малеванный, М.З. Печатников, В.Т. Плотников.-М.: "Легкая и пищевая промышленность", 1981.-168с.

3. Технология рыбных продуктов/ Под ред. В.В. Бель-М.: Пищевая промышленность, 1980.-234с.

Размещено на Allbest.ru