Воздушные морозильные аппараты, в которых продукт замораживается в потоке холодного воздуха, по конструктивному оформлению выполняют в основном в виде туннелей, в которых транспортирующим средством для продукта служат тележки, подвесные клети (тележечные морозильные аппараты) или непрерывно действующий конвейер (конвейерные морозильные аппараты). Конструкция конвейера зависит от вида замораживаемого продукта (блоками, штучные или россыпью). Преимуществом морозильных аппаратов с интенсивным движением воздуха является их универсальность. В этих аппаратах можно замораживать все виды пищевых продуктов, как в упаковке, так и без упаковки, вследствие чего они получили наибольшее распространение. Производительность таких аппаратов на единицу занимаемой производственной площади составляет от 30 до 60 кг/(м2 ч).
Аппараты тележечного типа просты по конструкции, надежны в эксплуатации.
Основными недостатками тележечного аппарата являются трудоемкость укладки продукта в коробки, формы, тазики, а также на тележку и загрузка тележки в морозильную камеру, необходимость предусматривать площади для маневрирования с тележками при загрузке и разгрузке, при хранении, мойке и ремонте форм и тележек, существенные потери холода через двери и ограждающие конструкции морозилок. Применение аппаратов тележечного типа может быть целесообразным в производствах с широким и разнообразным ассортиментом продуктов с небольшой производительностью (до 500 кг/ч).
Конвейерные воздушные морозильные аппараты позволяют максимально механизировать грузовые работы и транспортирование продуктов при замораживании. Кроме того, непрерывная подача продукта в морозильное отделение аппарата малыми порциями позволяет поддерживать постоянными температурные параметры в морозильном отделении во время работы аппарата. В таких аппаратах продукт движется по всем зонам в процессе замораживания, поэтому условия замораживания продукта одинаковы, несмотря на неравномерность движения воздуха по объему камеры.
Конвейерные воздушные аппараты можно разделить на две группы. К первой группе относятся аппараты, предназначенные в основном для замораживания продуктов в формах (блоками) или в упаковках, ко второй - аппараты для замораживания штучных продуктов и мелких продуктов россыпью. Конвейер аппаратов первой группы выполняют в виде многоярусного цепного конвейера с постоянно закрепленными на нем формами для продукта или в виде большого количества ярусов направляющих и толкающих механизмов по торцам (гравитационные аппараты) для продвижения форм с продуктом по направляющим с переходом с одного яруса на другой.
Замораживание продуктов в формах и упаковках занимает 3-6 ч. При большой производительности на конвейерах приходится размещать много продукта, что приводит к усложнению конструкции конвейеров и снижает их надежность, поэтому целесообразно применять такие аппараты при производительности одного агрегата 600-2000 кг/ч.
Воздушные конвейерные аппараты, предназначенные для замораживания штучных продуктов, характеризуются значительной простотой. Транспортирующее устройство таких аппаратов представляет собой простой сетчатый транспортер, работающий по одноярусной схеме. При большой производительности аппарата транспортер можно выполнить в два и более ярусов. Для замораживания, например, кулинарных изделий и полуфабрикатов, а также различных продуктов в мелкой расфасовке широко применяют аппараты со спиральным сетчатым транспортером. В этих аппаратах замораживание протекает достаточно быстро (так, продолжительность замораживания готовых блюд в формах не превышает 130 мин), поэтому производительность таких аппаратов довольно высока при сравнительно небольшой занимаемой площади [30-40 кг/(м2 ч)]. Аппараты этой конструкции удобно сочетаются с другим технологическим оборудованием и могут быть использованы для одновременного замораживания различных продуктов, имеющих одинаковые размер и массу, поэтому наиболее целесообразно применять такие аппараты в линиях для производства штучных продуктов (полуфабрикатов, кулинарных изделий и др.) в широком ассортименте.
Особую группу составляют аппараты для замораживания мелких продуктов россыпью, основанные на так называемом флюидизационном методе замораживания (в псевдокипящем слое). Выделяют два вида аппаратов, отличающихся конструкцией устройства для транспортирования продукта.
Аппараты первого вида имеют перфорированный лоток для продукта, в котором продукт перемещается в нужном направлении воздушным потоком, подаваемым под слой. Аппараты этого вида пригодны только для мелких флюидизируемых продуктов с однородной формой, поэтому область их применения строго ограничена и в основном ограничивается производством замороженных мелких плодов и овощей. Аппараты просты по конструкции, так как в них отсутствует движущийся конвейер.
Другой вид аппаратов имеет движущийся (сетчатый) конвейер. Это позволяет применять их для замораживания более тяжелых продуктов россыпью (в плотном слое), а также продуктов в мелкой расфасовке. При этом, несмотря на отсутствие эффекта флюидизации, замораживание таких продуктов протекает достаточно быстро.
Аппараты флюидизационного типа характеризуются большой производительностью (до 12000 кг/ч по зеленому горошку), и удельная производительность на 1 м2 занимаемой производственной площади достигает 75-190 кг/(м2 ч). Большим преимуществом флюидизационных аппаратов является то, что при сравнительно высоких температурах воздуха ( от -23 до -26° С) замораживание протекает достаточно быстро.
Плиточные морозильные аппараты используют главным образом для замораживания продуктов, например рыбного филе, бескостного мяса, субпродуктов (в блоках), плодов, ягод и овощей и других продуктов в упаковках правильной формы, обеспечивающих хороший контакт с охлаждающими поверхностями плит. Теплоотдача от продукта холодильному агенту или хладоносителю в этих аппаратах значительно больше, чем в воздушных, поэтому они компактны и имеют высокую производительность по замораживанию на единицу производственной площади пола.
Расход холода на замораживание продуктов в плиточных аппаратах составляет 335-375 кДж/кг (80-90 ккал/кг), или на 40-50% меньше, чем в воздушных, где затрачивается 500-545 кДж/кг (120-130 ккал/кг).
Усушка продуктов в плиточных аппаратах почти отсутствует, так как продукты замораживаются только в упаковках при непрямом контакте с хладоносителем или холодильным агентом.
Конструктивно эти аппараты подразделяются на аппараты с горизонтальными и вертикальными плитами, а также с плитами, закрепленными на вращающемся валу (роторные аппараты).
Большим преимуществом многоплиточных морозильных аппаратов является возможность установки их непосредственно по ходу технологического процесса в сырьевом цехе с температурой воздуха 10, 12° С, что облегчает обслуживание аппаратов.
Основной недостаток аппаратов с горизонтальными плитами, ограничивающий применение этих аппаратов, - трудность механизации процессов загрузки и разгрузки. В последнее время созданы конструкции механизированных аппаратов и аппаратов непрерывного действия.
У аппаратов с вертикальными плитами и роторных загрузка и выгрузка продуктов осуществляются проще, чем у аппаратов с горизонтальными плитами, поэтому в последнее время они получили распространение в различных отраслях пищевой промышленности.
При производстве плиточных аппаратов применяют готовые многоканальные элементы из легких алюминиевых сплавов для испарительных плит. В большинстве случаев аппараты работают при непосредственном кипении холодильного агента в плитах, чаще всего используют насосную систему циркуляции холодильного агента, что значительно интенсифицирует замораживание продукта в плиточных аппаратах. Применение надежных гибких соединений плит с коллекторами наряду с применением фреона-22 вместо аммиака позволило значительно повысить безопасность эксплуатации этих аппаратов.
Автоматизированные многоплиточные морозильные аппараты непрерывного действия удобны для предприятий производительностью не менее 2000-3000 кг/ч, выпускающих быстрозамороженную продукцию в мелких расфасовках (коробках).
Контактные морозильные аппараты, в которых продукт непосредственно соприкасается с хладоносителем или холодильным агентом, характеризуются высокой интенсивностью действия. В таких аппаратах в качестве охлаждающей среды, в частности, используют незамерзающие жидкости (растворы поваренной соли, этиленгликоль, пропиленгликоль и др., разрешенные Министерством здравоохранения), при этом чаще применяют метод орошения, а не погружения.
Иногда в контактных аппаратах используют жидкие азот и фреон.
Температура кипения азота -196° С, он нетоксичен и в газообразном состоянии используется в пищевой промышленности. Повышение экономичности аппаратов с использованием жидкого азота достигается получением максимального перегрева газообразного азота в зоне предварительного охлаждения замораживаемых продуктов. Однако стоимость жидкого азота пока высока, и замораживание с использованием его обходится, по крайней мере, в три-четыре раза дороже, чем в воздушных аппаратах. Поэтому область применения аппаратов с использованием жидкого азота ограничивается случаями, когда этот метод является единственно пригодным для сохранения высокого качества дорогостоящих продуктов.
В основном такие аппараты применяют для быстрого замораживания некоторых плодов с нежной структурой, таких, как земляника, томаты, дыни, а также креветок, лангустов, деликатесных блюд и готовых кулинарных изделий.
Аппараты для замораживания в жидком азоте просты по конструкции, надежны и удобны в эксплуатации.
Более экономичными могут оказаться аппараты, в которых в качестве теплоотводящей среды используется фреон. Использование непосредственного контакта продукта с фреоном позволяет осуществить замораживание с высокой скоростью. При температуре кипения фреона-12 -30° С продолжительность замораживания продукта в жидком фреоне равна продолжительности замораживания в воздушном аппарате с температурой воздуха -130° С. Однако использование таких аппаратов ограничивается в связи с требованиями, предъявляемыми к фреону.
Фреон должен быть достаточно жидким при обычных рабочих температурах (от -25 до -30°С), инертным, т. е. не экстрагировать растворимые вещества из продукта и в свою очередь не поглощаться продуктом, не должен быть токсичным.
Кроме того, созданные аппараты с использованием фреона характеризуются пока еще большими потерями фреона в результате испарения и уноса (около 1,5%), что делает их использование неэкономичным. Технология замораживания продуктов в жидком фреоне еще мало изучена, что не позволяет сейчас определить конкретную область их рационального применения.
