3. Контактные морозильные аппараты

В без машинных системах хладоснабжения наиболее распространенным рабочим телом является жидкий азот (N₂). Скороморозильный аппарат с такой системой хладоснабжения работает по проточному принципу действия, предусматривающему одноразовое использование криоагента.

Одно из главных преимуществ криогенной проточной системы заключается в том, что источник холода (N₂) находится в непосредственном контакте с продуктом. Это сокращает потери хладоносителя. Кроме того, тесный контакт между криоагентом и продуктом позволяет зафиксировать его уровень влажности, что уменьшает потери массы продукта из-за усушки, улучшает его качество и товарный вид. Поэтому при замораживании таких продуктов, как пельмени, происходит эффект отбеливания (за счет мелких кристаллов льда на его поверхности).

Замораживание продукта криогенным методом позволяет обеспечить высокие скорости процесса благодаря значительному сокращению его продолжительности.

Однако из-за повышения скорости замораживания может произойти резкое переохлаждение поверхностных слоев продукта. Это приводит к возникновению внутренних напряжений, нарушающих его структуру и вызывающих появление трещин. Чтобы исключить такое явление, проточные азотные скороморозильные аппараты основаны на многозонном, чаще трехзонном, принципе действия, который позволяет использовать пары азота после его испарения в зоне замораживания (вторая зона) для предварительного охлаждения (первая зона) и выравнивания температуры по толщине продукта (третья зона).

Предварительное охлаждение до криоскопической температуры на поверхности продукта осуществляется газообразным азотом с температурой -50 – -70°С на входе в аппарат и -100 – -110°С при поступлении во вторую зону. В этой зоне в результате распыления жидкого азота (-196°С) продукт замораживается, а затем в третьей зоне парами азота происходит выравнивание температуры по толщине продукта.

На таком принципе работает азотный скороморозильный туннельный аппарат (АСТА) (рис. 51).

Рис. 51. Принципиальная схема азотного скороморозильного аппарата (АСТА): I - зона предварительного охлаждения парами азота; II - зона орошения жидким азотом; III - зона выравнивания температуры; 1 - система отсоса паров азота; 2 - теплоизолированный подъемный короб; 3 - осевые вентиляторы; 4 - жидкостный коллектор с форсунками; 5 - гибкая шторка; 6 - сетчатый конвейер; 7 - привод конвейера; 8 - привод подъема теплоизолированного короба; 9 -уплотнение; 10 - опора с механизмом подъема короба; 11 -датчики температуры; 12-теплоизолированная плита.

Азотные скороморозильные аппараты экологически безопасны; компактны (туннель, цистерна для жидкого азота, соединительный трубопровод); при внедрении на их эксплуатацию затрачивается меньше средств, чем на воздушные аппараты. Кроме того, азотные аппараты занимают небольшие производственные площади, просты в обслуживании, потребляют минимальное количество электроэнергии и воды.

Основной недостаток проточных криогенных систем – одноразовое использование криоагента, высокая стоимость которого требует повышенного внимания к работе оборудования. Его конструкция должна полностью обеспечивать использование холодильного потенциала жидкого и образующегося при его испарении газообразного хладагента.

Оборудование для охлаждения воздуха в холодильных камерах

Для поддержания оптимальной температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в грузовом объеме камер или туннелей, служащих для холодильной обработки и хранения мяса, используют воздухоохладители. По принципу действия они разделяются на «сухие», «мокрые» и «комбинированные» и выпускаются продувного или просасывающего типа. Отепленный и влажный воздух камер или туннелей продувается или просасывается через тепло-влагообменную зону, где охлаждается и осушается, и затем выбрасывается обратно в камеру с заданной температурой и относительной влажностью, близкой к 100 %. В сухих воздухоохладителях воздух охлаждается и осушается в результате тепло-массообмена с наружной поверхностью змеевиков из оребренных или гладкостенных труб, собранных в батареи, внутри которых циркулируют хладагент или хладоноситель.

В мокрых воздухоохладителях теплообмен осуществляется непосредственным соприкосновением воздуха с распыленным хладоносителем или с насадкой, омываемой хладоносителем.

В комбинированных воздухоохладителях этот процесс протекает как за счет омывания воздухом наружной поверхности охлаждающих змеевиков, так и в результате его соприкосновения с хладоносителем, который орошает охлаждающие батареи.

Сухие воздухоохладители в мясной промышленности используют для камер охлаждения, замораживания и хранения мяса и мясопродуктов.

Воздухоохладители применяют потолочного, постаментного и межпутевого типа.

Воздухоохладители потолочные ВОП-100 и ВОП-150 (рис. 52) состоят из трех основных узлов, соединенных между собой на раме, за которую аппараты подвешиваются к потолку. В средней части воздухоохладители имеют по два вертикально установленных осевых многолопастных вентилятора, а в двух крайних частях – оребренные батареи из четырех секций каждая. Батареи из труб диаметром 25х2,5 мм имеют пластинчатые стальные ребра толщиной 0,4 мм, размещенные друг от друга в ВОП-100 на расстоянии 17,6 мм, а в ВОП-150 – через каждые 11,3 мм. Одно ребро охватывает два ряда трубок по шесть трубок в каждом ряду.

Засасываемый из камеры воздух проходит через охлаждающие батареи, после чего выбрасывается обратно в камеру через правый и левый (от вентиляторов) торцы воздухоохладительной коробки.

Рис. 52. Сухие воздухоохладители ВОП-100 и ВОП-150:

1 – вентилятор осевой; 2 и 3 – левая и правая аммиачные оребренные батареи; 4 – выход воздуха; 5 – патрубок для отвода воды

Воздухоохладители постаментные типа ВПО показаны на рис. 53.

Рис. 53. Постаментный сухой воздухоохладитель с поверхностью охлаждения 160 м²:

1 – охлаждающие змеевики; 2 – вентиляторы; 3 – блок всасывания воздуха

Навесной воздухоохладитель с поверхностью охлаждения 160 м² показан на рис. 54.

Оттаивание змеевиков воздухоохладителей осуществляется горячими парами аммиака и орошением водой с удалением снега и воды на обогреваемый поддон. воздухоохладители могут работать при верхней и нижней подаче аммиака в охлаждающие змеевики.

Змеевики размещают в камере воздухоохладителей по высоте в 4, 6, 8 и 10 рядов. Ребра насаживают одновременно на несколько труб, их высота (глубина) составляет 230 – 380 мм.

Рис. 54. Навесной сухой воздухоохладитель:

1 – каркас с обшивкой; 2 – охлаждающие оребренные змеевики; 3 – осевой многолопастной вентилятор; 4 – поддон со сливной трубой

Мокрые воздухоохладители подразделяются на оросительные (с насадками, орошаемыми хладоносителем) и разбрызгивающие. В качестве насадок применяют фарфоровые кольца, а разбрызгивают различные форсунки.

Мокрый вертикальный воздухоохладитель МВВ-III (рис. 55) просасывающего типа с насадкой из фарфоровых колец для камер охлаждения парного мяса представлен на рис. Хладоноситель, охлаждаемый в испарителе, насосом подается в желоб воздухоохладителя, откуда направляется в распределители, с помощью которых равномерно орошает насадку из фарфоровых колец. Пройдя через насадку, хладоноситель сливается в поддон и поступает обратно в испаритель. Воздух из камеры всасывается в коробку воздухоохладителя через окно у его основания, движется навстречу хладоносителю снизу вверх, проходит через орошаемую насадку, охлаждается, просасывается через отбойный слой колец (где из охлажденного воздуха отделяются капли хладоносителя) и затем вентиляторами выбрасывается обратно в холодильную камеру.

Рис. 55. Мокрый вертикальный воздухоохладитель МВВ- III:

1 – корпус воздухоохладителя; 2 – рассольный распределительный коллектор; 3 – бачок для рассола; 4 – нагревательная батарея; 5 – нагнетательный патрубок вентилятора; 6 – центробежный вентилятор; 7 – электродвигатель; 8 – сетка для колец; 9 – желоб для распределения рассола; 10 – фарфоровые кольца; 11 – окно для всасывания воздуха; 12 – патрубок для слива рассола.

Достоинствами мокрых воздухоохладителей являются простота конструкции и отсутствие трубчатых змеевиков. Недостатки – разжижение (деконцентрация) хладоносителя влагой из охлаждающего воздуха и необходимость его систематической реконцентрации.

Охлаждение вареных колбасных изделий

Аппарат для охлаждения колбасных изделий в воздухе (рис. 56) представляет собой туннель (вариант а), вмещающий 3 колбасные рамы, которые охлаждаются двумя воздухоохладителями ВОП с поверхностью охлаждения 150 м² с двумя осевыми вентиляторами. Вентиляторы всасывают воздух из туннеля, затем он омывает охлаждающие змеевики воздухоохладителя и поступает обратно в туннель через воздуховоды, равномерно распределяющие поток воздуха по высоте рамы. Воздух движется поперек колбасных батонов, подвешенных к полкам рам.

Колбасные изделия охлаждаются также в туннеле, вмещающем 3 рамы (вариант б), холодным воздухом, движущимся сверху вниз (воздушное душирование).

Рис. 56. Туннели быстрого охлаждения колбасных изделий для трех рам:

а) туннель, охлаждаемый потолочными воздухоохладителями ВОП-150: 1 – воздухоохладитель; 2 – распределительный воздуховод; 3 – рама с колбасой; б) туннель, охлаждаемый постаментными воздухоохладителями: 1 – воздухоохладитель; 2 – вентилятор; 3 – распределительный воздуховод; 4 – сопла с диаметром 35 мм; 5 – рама с колбасой.