CC BY
89
УДК 637.513.68
И.А. Кагановский, Дальрыбвтуз, Владивосток ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОРОЗИЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Перечисляются существующие методы быстрого замораживания, анализируются их недостатки и предлагается метод гидрофлюидизационного замораживания, существенно повышающего качество замораживаемых продуктов, энергосберегающий и высокопроизводительный. Приведены схемы экспериментального и опытно-промышленного образцов морозильных аппаратов, результаты лабораторных испытаний и перспективы развития техники гидрофлюидизационного замораживания, в том числе с использованием экологически чистых источников холода.
Замораживание продуктов как способ консервирования рыбного сырья не только более экономичен, чем тепловая обработка, но и лучше сохраняет потребительские качества продукта.
В настоящее время в рыбной промышленности получили плиточные и воздушные методы замораживания, имеющие ряд недостатков. У плиточного - это невысокое качество продукта, связанное с тем, что для отделения одной рыбы требуется дефростация или механическое разрушение всего блока, кроме того, при неаккуратной укладке рыбы в блок-формы замораживаемая рыба деформируется. К недостаткам воздушных морозильных аппаратов (МА) можно отнести большие габариты, относительно невысокую скорость замораживания, значительные удельные затраты энергии, усушку продукта до трёх процентов и другие. Но качество, а следовательно, и цена продуктов воздушной заморозки выше.
Качество зависит от скорости замораживания. При медленном замораживании в клетках тела образуются крупные кристаллы льда, разрывающие клеточную оболочку, при быстром - лёд имеет мелкодисперсную структуру, не разрушающую её.
Европейский союз в программе «Инко Коперникус» [9] предлагает направить усилия на разработку метода гидрофлюидизационного замораживания, позволяющего получить продукцию высокого качества за счёт существенного увеличения скорости замораживания. Сущность метода гидрофлюидизационного (ГФ) замораживания состоит в использовании циркуляционной системы, которая перекачивает жидкий хладоноситель (ХН) через чиллер в замораживающий сосуд и создаёт в нём быстродвижущиеся струи, обтекающие продукт. Эти струи препятствуют образованию промежуточного слоя, чем обеспечивают высокий коэффициент теплоотдачи. Как показали опыты, коэффициент теплоотдачи при ГФ замораживании превышает 900 Вт/м2-К, в то время как у струи воздуха не превышает 25 Вт/м2К.
Нами была разработана схема гидрофлюидизационного скороморозильного аппарата (ГФСМА), на которую был получен патент на полезную модель [4]. Аппарат предназначался, прежде всего, для штучного замораживания рыбы, упакованной в полимерную пленку. Совет директоров ОАО
«Дальрыбтехцентр» заинтересовался предложением и поручил ООО «АЙС» изготовить аппарат для лабораторных испытаний. Задачи исследования
состояли в определении:
- оптимального направления струй ХН относительно поверхности;
- рецептуры ХН;
- скорости замораживания;
- зависимости скорости
замораживания от начальной
температуры продукта. На рис. 1 показана схема установки, изготовленной и испытанной ООО «АЙС».
Аппарат состоял из чиллера 1, циркуляционного насоса 2, морозильной ванны 3, выходного патрубка 4, входного патрубка 5. Замораживанию подвергали кету, краснопёрку, камбалу, корюшку по формуле
(хр = + 1вн) / 2,
где ^ - температура хранения, °С; ^ - температура в наружных слоях, °С; (вн - температура в центре продукта, °С.
Значение \хр было принято -18°С.
Результаты испытаний фиксировались в протоколах, по которым строились графики процесса замораживания. На рис. 2 показан график замораживания кеты толщиной 60 мм, длиной 700 мм, массой 3,3 кг.
Рис. 1
к у
. /Г центр
по@эе>т
п 5 ю 15 Ю & 10-3} ‘Л
Т, минуты
Рис. 2
В ходе эксперимента было установлено:
- наиболее подходящим хладоносителем является хладон марки R 141Ь с температурой кипения +32 °С, гидрофобный, не изменяющий вязкости при температурах испытания;
- скорости замораживания при подаче струй ХН в поперечном и продольном направлениях относительно тела рыбы практически одинаковы;
- начальная температура продукта, отличающаяся незначительно, практически не влияет на время замораживания.
Скорость замораживания определялась по формуле
V3 = Ь / 2 т,
где Ь - толщина рыбы, см; т - время замораживания до температуры хранения, ч.
Для кеты скорость замораживания составила 4,5, для краснопёрки - 6, для камбалы - 6,2 см /ч.
Время замораживания, по сравнению с воздушными СМА, сократилось в 10 и более раз, а период криоскопических преобразований для кеты составил в поверхностных слоях 5, а в центре - 6 мин.
Следующий этап исследований должен быть выполнен на опытнопромышленной установке. Его цель- определение:
- оптимального соотношения объёма ХН к объёму замораживаемого продукта;
- удельного расхода энергии в отношении кВт/кг;
- производительности циркуляционного насоса относительно объёма ХН в морозильной ванне.
Конструкция такого аппарата представлена на рис. 3.
Рис. 3
Аппарат представляет собой ванну 1, снабжённую
теплоизоляцией, которая закрывается крышкой 2, на нижней поверхности крышки расположены крючки 3 для подвешивания замораживаемого продукта. В корпусе ванны имеются отверстия 4 -для осушения и 5 - для поддержания требуемого уровня ХН, связанные трубопроводами с циркуляционным насосом 6, перекачивающим ХН через чиллер 7 в резервуар 8. На дне ванны уложены
перфорированные трубы 9. Фильтр 10 служит для очистки ХН от загрязнений.
При работе ХН из чиллера 7 поступает в перфорированные трубы 9. Отверстия в трубах направлены вверх и совпадают с положением крючков 3 на крышке 2. Циркуляция хладоносителя осуществляется циркуляционного насоса 6 и далее через трехходовой клапан и фильтр 10 в чиллер 7, где и происходит охлаждение ХН. Резервуар 8 служит для перекачки в него ХН при изменении уровня в ванне. ГФСМА оснащается двумя крышками. Пока происходит замораживание
продукта, подвешенного на одной крышке, другую разгружают и загружают новой порцией продукта. Как показал опыт, цикл замораживания крупной рыбы будет длиться около одного часа. За это время два человека смогут выполнить операции разгрузки-загрузки.
Расчет показал, что ванна высотой 1000 м, шириной 350 мм, длиной 800 мм, ёмкостью около 200 л, с разовой загрузкой 36 кг будет иметь производительность 828 кг за 23 ч.
На основе предлагаемой схемы можно проектировать ГФСМА различной производительности и назначения.
Для промышленного использования нами разработаны схемы судового и цехового морозильных аппаратов непрерывного действия с автоматической разгрузкой. Конструкция МА определяется техническим заданием заказчика, в котором должны быть указаны:
- место установки (цех берегового предприятия, судно, контейнер и прочее);
- размеры и масса замораживаемых объектов;
- производительность в тоннах в сутки;
- специальные требования.
Применение ГФСМА требуют решения ещё двух вопросов - это вид упаковки замораживаемых продуктов и выбор ХН.
Основные требования к упаковке - безвредность для организма, прочность, технологичность укупорки, теплопроводность.
Для упаковки штучной рыбы таким требованиям отвечает полиэтилен и многослойные пленки. Рыба, помещенная в полиэтиленовый пакет, подвергается вакуумированию.
Для лучшего прилегания плёнки к поверхности и улучшения товарного вида можно применять пакеты из термоусадочного материала. В этом случае, кроме вакуумупаковочной машины, требуется изотермическая ванна, с температурой воды 80-90 °С, в которую на 2-3 с погружают рыбу в вакуумированном пакете. Нагрев поверхности рыбы при этом будет незначительным. Полуфабрикаты и другие продукты могут быть упакованы в традиционные ёмкости.
При выборе ХН нужно учитывать следующие основные требования: вязкость, позволяющую перекачивать ХН при температурах -30...-40 °С, нетоксичность, экологическая безвредность, желательно гидрофобность и низкая стоимость.
Обзор источников информации [1, 3, 4, 7 и др.] выявил жидкости, удовлетворяющие этим требованиям: это водные растворы хлористого кальция, формиата калия, этилового спирта (экофрост), этилкарбитола (экосол 40) и хладон R 141Ь. В настоящее время ведутся консультации по выбору ХН и согласование их применения в Центре гигиены и эпидемиологии.
Дальнейшее совершенствование СМА будет происходить за счёт замены чиллеров, использующих экологически вредные хладагенты, на термоэлектрические, работающие на основе эффекта Пельтье. Кроме экологических, такие устройства обладают следующими преимуществами: малыми массой и габаритами, простотой
обслуживания, гарантированным ресурсом 200 тыс. ч.
Пример такого устройства - блок термоэлектрический жидкостный, холодильной мощностью 3,6 кВт - показан на рис. 4.
Рис. 4
За один проход через блок температура жидкости от нормальной понижается на 20 °С. За счёт последовательного соединения жидкостной системы блоков можно получить требуемую отрицательную температуру. Ограниченное применение в народном хозяйстве термоэлектрических охлаждающих устройств в настоящее время связано с их высокой стоимостью и холодильным коэффициентом ниже, чем у существующих чиллеров. По мнению специалистов, в скором времени эти недостатки будут устранены.
Разрабатываемые нами ГФСМА могут работать с любыми охлаждающими устройствами.
Библиографический список
1. Бабков Н.И., Поламарчук А.С. Перспективы развития рыбного хозяйства Украины // Сб. тр. Одесской национальной академии пищевых технологий. Одесса: ОНАПТ, 2008.
2. Баранник В.П., Маринюк Б.Т. Низкотемпературные экологически чистые хладоносители // Холодильная техника. 2003. № 6. С. 14-15.
3. Быкова В.М., Белова З.И. Справочник по холодильной обработке рыбы. М.: Агропромиздат, 1989. 303 с.
4. Кагановский И.А. Морозильные аппараты. Пат. № 73458 на полезную модель. 2008.
5. Кагановский И.А. Гидрофлюидизационные скороморозильные аппараты / Раздел в отчете в ГБТ № 281/2000-2005. Восстановление и улучшение потребительских свойств деталей оборудования рыбной промышленности. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2005. С. 6-18.
6. Кириллов В.В., Петров В.Т. Водно-спиртовые растворы электролитов в качестве хладоносителей с оптимальными свойствами // Холодильная техника. 2004. № 7. С. 14-15.
7. Колодязная В.С., Соколов В.Н. Массообменные характеристики при замораживании растительных продуктов в айс-сларри // Холодильная техника. 2004. № 3. С. 16-17.
8. Родин Е.М. Холодильная технология рыбных продуктов. 2-е изд. М.: Агропромиздат, 1989. 303 с.
9. Фикин К.А., Фикин А.Г. Быстрое замораживание пищевых продуктов посредством гидрофлюидизации и перекачиваемых ледяных суспензий // Холодильная техника. 2003. № 1. С. 22-25.
