Камеры замораживания обеспечивают замораживание мяса и мясопродуктов и состоят из батарей и воздухоохладителей и могут быть с вынужденным и естественным движением воздуха. Камеры с вынужденным движением воздуха оборудуют воздухоохладителями, а иногда и батареями в сочетании с естественным движением воздуха: пристенными, потолочными или межрядными радиационными батареями.

В зависимости от организации технологического процесса камеры замораживания могут быть однофазного или двухфазного замораживания. В камерах однофазного замораживания предусмотрена большая площадь поверхности охлаждающих устройств.

Рис. 4.47. Принципиальная схема камеры для охлаждения фруктов с интенсивным движением воздуха

Конструктивно камеры замораживания выполняют проходными или тупиковыми. В проходных камерах мясо загружается и выгружается через дверные проемы, расположенные обычно в торцевых стенках камеры. В тупиковых камерах загрузка и выгрузка происходят через один общий дверной проем.

Камеры замораживания мяса могут работать непрерывно или периодически. В камерах туннельного типа, работающих непрерывно, осуществляется поточность технологического процесса.

Вместимость камер замораживания – до 10 т; температура воздуха в камере -30…-35°C; начальная температура внутри продукта +20°C; конечная температура внутри продукта -10…-15°C; время замораживания – 18 ч; производительность вентилятора – 30000 м³/ч; мощность электродвигателя – 7,5 кВт.

Закалочные камеры (с воздушным охлаждением) обеспечивают завершение процесса замораживания частично замороженной смеси мороженого и бывают с вертикальный конвейером (с люльками, в которые загружают брикеты мороженого) или с горизонтальным (без люлек) конвейером.

Рис. 4.48. Закалочная камера

Закалочная камера с вертикальным конвейером (рис. 4.48) монтируется из отдельных щитов, скрепленных стяжками. Внутри аппарата размещены испаритель, вентилятор 4 и конвейер 3. Конвейер не закреплен в камере закаливания 2 и его можно вывести из камеры по приставным рельсам. На раме 5 установлен привод. Загруженные в люльки брикеты мороженого поступают в закалочную камеру по транспортеру 1. При движении конвейера 3 в камере брикеты обдуваются холодным воздухом, поступающим от испарительных батарей. Продолжительность замораживания (закалки) составляет 30…45 мин при температуре мороженого -12…-15°C, кипении аммиака в батарее -33°C и воздуха в аппарате – 23°C при скорости движения цепи конвейера 11,7 мм/с.

Техническая характеристика закалочной камеры: производительность – 220…250 кг/ч; регулирование производительности – бесступенчатое; масса брикета – 100±2 г; температура закаленного мороженого -(12…15)°C; энергопотребление – 5,75 кВт/ч; холодопотребление – 18200 ккал/ч.

Расчет производительности и энергозатрат. Производительность закалочных камер П (кг/с), оснащенных конвейерами (вертикальными или горизонтальными) рассчитывается по формуле

где: b – ширина люльки, м; L – длина рабочей части конвейера, м (L = 20…25 м); g – удельная загрузка единицы площади люльки, кг/м²; l – длина люльки, м; τ_З – продолжительность закалки, с (τ_З = 1800…2700 с); S – расстояние между люльками (шаг), м.

Расход холода на закаливание мороженого Q (Вт) определяется в виде зависимости:

_,

где: c_Н, c_К – удельная теплоемкость мороженого до и после закаливания, Дж/(кг·К); t_З, t_П – температура мороженого при замерзании и после закаливания, °C; m_Н, m_К – массовая доля воды до и после закаливания, %; t_М – температура мороженого, °C.

Контрольные вопросы

1. 
   Как определить теплоту, отводимую от продукта при охлаждении и при замораживании?
   
2. 
   Каков физический смысл образования снеговой шубы при замерзании конденсирующейся влаги?
   
3. 
   Почему происходит вымораживание воды и как объяснить процесс льдообразования в биологическом объекте?
   
4. 
   Сформулируйте основные требования к пластинчатым охладительным установкам.
   
5. 
   Какие факторы влияют на интенсивность процесса теплообмена в пастеризационно-охладительных установках?
   
6. 
   Каковы основные направления повышения эффективности работыв трубчатого охладителя?
   
7. 
   В чем заключается сущность теплового расчета установок для охлаждения?
   
8. 
   Каково устройство и принцип действия оборудования, описанного в данном разделе?
   
9. 
   Чем закалочная камера отличается от камеры замораживания?
   
10. 
    Каковы принципиальные отличия фризеров и эскимогенераторов?
    

4.5. Оборудование для проведения процессов диффузии и экстракции пищевых сред
Изучить самостоятельно [2, с. 957…961]:

1. 
   Определение процессов.
   
2. 
   Научное обеспечение процессов диффузии и экстракции пищевых сред.
   
3. 
   Классификация оборудования.
   

4.5.1. Установки для получения настоек и морсов
Экстракционная установка для получения настоек и морсов (рис. 4.49) состоит из экстрактора 4, напорного мерника 1 и центробежного насоса 13. Экстрактор и напорный мерник изготавливают из нержавеющей стали или листовой меди с покрытием внутренней поверхности оловом. Экстрактор имеет загрузочный и разгрузочный 10 люки и снабжен водомерным стеклом 9, патрубком 8 для залива и патрубком 12 для спуска жидкости. Напорный мерник имеет люк 3 для мойки и чистки. Спирт и вода поступают по патрубку 2, жидкость удаляется через патрубок 4. Воздушные пространства экстрактора и мерника сообщены трубкой 5.

Экстрагировние осуществляется при интенсивном движении водноспиртового раствора через слой сырья, укладываемого на сетчатое днище 11 экстрактора. Процесс экстракции начинается с момента поступления из мерника водноспиртового раствора в экстрактор для настаивания. Каждый час в течении 10…15 мин жидкость перекачивают из экстрактора в мерник. Из мерника раствор спускают снова в экстрактор.

В такой последовательности перекачивают жидкость до тех пор, пока не получится настой с требуемой концентрацией растворимых веществ. Готовый настой насосом подают в производство. Для извлечения спирта отработанное сырье промывают водой в течение 6…20 ч. После этого экстрактор разгружают и операции повторяют со свежей порцией сырья.

Рис. 4.49. Экстракционная установка

Продолжительность процесса приготовления спиртовых настоев в экстракционной установке составляет до 2…4 суток вместо 10…28 суток при настаивании в обычных емкостях, а потери спирта снижаются с 6…7 до 3…5%. Кроме того уменьшается потребность в емкостях и производственных площадях.

Для получения морсов свежее или сушеное плодово-ягодное сырье настаивают с водно-спиртовым раствором крепостью 40…50%. Настаивание производят в течении 14 суток. Процесс этот требует много времени и большого числа емкостей, что связано со значительными потерями спирта. В настоящее время морсы получают только из сушеного сырья. Из свежего плодово-ягодного сырья целесообразно получать соки.

Рис. 4.50. Принципиальная схема вакуумного способа экстракции

С целью интенсификации процесса экстрагирования применяют метод, который существенно снижает диффузионное сопротивление в пограничном слое за счет более высокого, целенаправленного энергетического воздействия на пограничный слой. Таким методом является испарение под вакуумом высококонцентрированного слоя жидкой фазы в пограничном слое предварительно смоченного растительного сырья. Целевые компоненты из растительного сырья извлекаются под вакуумом методом испарения непосредственно из высококонцентрированной пленки, образуемой в процессе экстракции на наружный поверхности частиц сырья, не допуская перехода основной части целевых компонентов в рабочий объем растворителя.

Аппаратурное оформление технологической схемы вакуумного способа экстрагирования включает: два спаренных экстрактора 1, 2, конденсатор-холодильник 3, вакуум-насос 4, сборник 5, теплообменники 6, центробежный насос 7, ложное перфорированное днище 8, систему трубопроводов и запорной арматуры (рис. 4.50).

В начале процесса в экстракторы 1 и 2 поровну загружают исходное растительное сырье и в течение 25…30 минут вакуум-насосом создают разряжение. Затем в один из экстракторов подается экстрагент (водно-спиртовой раствор), в котором сырье выдерживается в зависимости от вида 2…4 ч. Затем центробежным насосом основная часть (80…90%) растворителя из экстрактора 1 циркулирует в экстрактор 2, а смоченное растворителем сырье в экстракторе 1 вакуумируется. В создавшихся технологических условиях из пленки и микропор на наружной поверхности частиц сырья интенсивно испаряется в первую очередь легко летучие фракции, т.е. эфирные ароматические вещества. Таким образом, с учетом высокой концентрации эфирных масел в пленке, высокого коэффициента испарения и коэффициента ректификации эфирных масел в паровой фазе, полученной из пленки, образуется фракция с высокой концентрацией эфирных масел, которая в конденсаторе-холодильнике охлаждается и конденсируется. Полученный конденсат направляется в сборник.

За время прохождения сырья под вакуумом для интенсификации процесса экстракции сырье, смоченное растворителем и находящееся на ложном днище, подогревают до 40…45°C через теплообменник.

По истечении определенного периода выдержки смоченного растворителем сырья под вакуумом в первом экстракторе экстрагент из экстрактора 2 подается в экстрактор 1. В экстракторе 2 сырье, смоченное растворителем, вакуумируется с подогревом до 40…45°C и отводят с наружной поверхности сырья пары, содержащие ароматические вещества, т.е. повторяют весь технологический цикл. Полученные фракции направляют в сборник.

Периоды выдержки сырья и циркуляции растворителя повторяют многократно до полного извлечения ароматических веществ из сырья.

В нижних слоях сырья, находящихся в жидкой фазе, для поддержания температуры и процесса испарения по всей высоте слоя сырья, через теплообменники подводится соответствующее количество теплоты. При движении потока паров снизу вверх через слой сырья, не заполненного жидкой фазой, происходит процесс многократного испарения и конденсации паров на поверхности сырья.

Более тяжелые пары, имеющие более высокую температуру кипения, конденсируются и стекают вниз, более летучие пары, с высокой концентрацией эфирных масел многократно испаряются и двигаются вверх, т.е. происходит процесс ректификации. В данном случае экстрактор работает как насадочная ректификационная колонка, роль насадки выполняют частицы сырья. Это позволяет увеличить скорость паровых потоков, исключить их обратное перемещение, интенсифицировать процесс повышения концентрации эфирных масел в паровой фазе.

По окончании процесса экстрагирования и откачки настоя в реакторе осуществляется выпарка этанола из отработанного сырья, а затем гидроспособом осуществляется удаление из реактора отработанного и выпаренного сырья.

Вибрационные экстракторы. Одним из способов интенсификации процесса экстрагирования плодово-ягодного сырья является наложение вибрационного поля низкочастотных механический колебаний на взаимодействующие фазы. При это создается активный гидродинамический режим, значительно сокращается металло и энергоемкость оборудования. При воздействии низкочастотных механический колебаний в процессе экстрагирования участвует практически вся поверхность экстрагируемого вещества, происходит интенсивное обновление межфазной поверхности в условиях интенсивного перемешивания обеих фаз.

Аппараты, в которых используются низкочастотные колебания, характеризуются высокой эффективностью массообмена при большой удельной производительности. Это связано с тем, что подводимая внешняя энергия равномерно, или в заранее заданном режиме, распределяется по поперечному сечению и высоте аппарата и нужным образом влияет на поле скоростей взаимодействующих фаз.

Низкочастотные взаимодействия создаются колебательным движением насадки (тарелки) в аппарате либо наложением колебаний на корпус аппарата. Вибрационные насадки изготавливают перфорированными, одно- и многодисковыми, с отверстиями цилиндрической или конической формы. Для создания колебаний используют электромеханические приводы, генерирующие колебательное движение и передающие его штанге с насадками.

На рис. 4.51 представлен экстрактор с вибрационной насадкой периодического действия для экстрагирования плодово-ягодного сырья, свежего, замороженного, отжатого и сушеного. Он состоит из рабочей емкости 1, рамы 2, штока 3, подшипников 4, электродвигателя 5, диска 6, кривошипно-шатунного механизма 7, подшипникового узла 8, разъема 9, крышки 10, зубчатого колеса 11, перфорированной тарелки 12.

Рис. 4.51 Экстрактор с вибрационной насадкой периодического действия

А ппарат работает следующим образом. Исходное плодово-ягодное сырье загружается в емкость 1, куда затем вставляется тарелка 12, установленная на шток 3, Шток 3 с помощью винтового разъема 9 соединяется с кривошипно-шатунным механизмом 7, затем в емкость 1 в заданном количестве заливается экстрагент и устанавливается крышка 10 с прорезью для штока 3. Включается электродвигатель 5 и с помощью диска 6 кривошипно-шатунного механизма 7 приводят тарелку 12 в возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. По окончании времени экстрагирования отключается электродвигатель, снимается крышка 10, разбирается разъем 9, вынимается тарелка 10. Поскольку емкость 1 и элементы привода размещены на раме 1, причем емкость 1 подвешена на полуосях, установленных в подшипниках 4, для разгрузки емкости 1 используется электропривод с редуктором, которые с помощью шестерни на выходном конце вала соединяется с зубчатым колесом 11. Угол подъема и опускания емкости 1 ограничивают концевые выключатели, сблокированные с приводом механизма подъема и опускания.

Диаметр перфорированной тарелки 0,94…0,98 диаметра аппарата, диаметр отверстий в тарелке 3…5 мм, площадь свободного сечения тарелки 14…20%, толщина диска тарелки 3…4 мм, высота юбки на тарелке 10…18 мм, расстояние от дна емкости до диска тарелки 0,3 диаметра аппарата, расстояние от диска тарелки до свободной поверхности жидкости 0,25…03 диаметра аппарата. Частота колебаний тарелки 550…650 мин^-1. Расход энергии на системе «вода – замороженные плоды красной рябины» - 1350 Вт/м².

Время экстрагирования: на системе «вода – замороженные плоды красной рябины» - 10…30 мин.

В экстракторе периодического действия вспомогательные операции (загрузка, разгрузка) в 1,5…4 раза превышают время собственно экстрагирования, что является недостатком данного способа.

Экстрактор непрерывного действия с вибрационными тарелками (рис. 4.52) предназначен для экстрагирования плодово-ягодного сырья сухого, свежего, замороженного, а так же жома плодов и ягод, растительного сырья.

Экстрактор (рис. 4.52) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, с устройствами ввода 5, 6, 7 и вывода 8 фаз. В корпусе установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости шток 3 с жестко закрепленными на нем перфорированными тарелками 2, снабженными по периферии бортами.

Рис. 4.52 Принципиальная схема экстрактора непрерывного действия с вибрационными тарелками

А ппарат работает следующим образом. Экстрагент поступает в аппарат через устройства 6 и 7, твердая фаза (плодово-ягодное сырье и др.) подается через устройство 5, установленное под углом к корпусу аппарата. Непрерывность подачи и дозирования твердой фазы осуществляется шнековым питателем 9, установленным в устройстве 5. Твердая фаза и экстрагент, поступая в нижнюю часть аппарата, интенсивно перемешиваются под действием вибрационного поля, создаваемого пакетом тарелок 2, который вместе со штоком 3 совершает возвратно-поступательные движения. В результате снизу и сверху каждой тарелки создается виброожиженный слой, который обеспечивает разрушение агломератов твердой фазы до начальных размеров частиц и их последующее измельчение, участие в контакте с жидкой фазой всей поверхности твердой фазы, интенсивное омывание и проникновение жидкой фазы в твердую фазу.

Образовавшаяся в виброожиженном слое суспензия движется снизу вверх за счет вытеснения свежими объемами экстрагента и твердой фазы, постоянно поступающих в нижнюю часть аппарата, и выводится через устройство 8.

Продолжительность процесса в данном экстракторе зависит от скорости подачи фаз и определяется временем извлечения полезных компонентов из конкретного вида сырья.

Крышка 4 на устройстве 5 открывается при чистке и ремонте аппарата. Для повышения степени извлечения полезных компонентов и увеличения движущей силы процесса предусмотрено устройство 7 для дополнительного ввода экстрагента.

4.5.2. Аппараты для экстракции растительного масла
Процесс экстракции масла с применением растворителя обеспечивает практически полное извлечении масла из подготовленного соответствующим образом масличного материала, чаще всего прошедшего предварительное обезжиривание прессованием. Вследствие достаточно невысоких температур как на стадии экстракции, так и на других стадиях экстракционного производства создаются предпосылки сохранения качества продукта (масла и шрота).

Одним из показателей интенсивности процесса является продолжительность, которая в различных аппаратах колеблется от одного до нескольких часов.

Двухъярусный роторный карусельный экстрактор (рис. 4.53) представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса 2 и двух вращающихся роторов (верхнего и нижнего 3), имеющих собственные валы 14 и 18. У каждого ротора внешняя 15, 20 и внутренняя 16, 19 обечайки образуют кольцевое пространство, которое разделено вертикальными радиальными перегородками 4, 13 на 18 камер. В поперечном сечении эти перегородки имеют сужающуюся к низу форму, что способствует перегрузке материала на нижний ярус или разгрузочный бункер без зависания в камере. Привод обоих роторов общий, причем вращение они получают через зубчато-цепные передачи 5 и 9, которые, в свою очередь, получают вращение через валы с шарнирами.

Рис. 4.53. Двухъярусный роторный карусельный экстрактор

На обоих ярусах экстрактора по два днища: верхнее 1, 7 – зеерное (щелевое) и нижнее 6, 21 – сплошное, имеющие угол 12° к внешнему периметру экстрактора. На каждом сплошном нижнем днище расположены вертикальные радиальные перегородки, выгораживающие камеры для сбора мисцеллы (мисцеллосборники) и направления ее к рециркуляционным насосам. Загрузка исходного экстрагируемого материала происходит через загрузочный бункер 11 двумя параллельно расположенными шнеками 10 разной длины, что обеспечивает равномерность загрузки камер экстрактора. Загрузочные шнеки имеют индивидуальные приводы.

На вертикальном ярусе материал перемещается радиальными лопатками ротора по неподвижному зеерному днищу и проходит восемь ступеней орошения мисцеллой, подаваемой рециркуляционными насосами через орошающие трубы 12 (разбрыгиватели). Система рециркуляции мисцеллы обеспечивает общее противоточное движение экстрагируемого материала и мисцеллы, т.е. по направлению к месту ввода растет концентрация рециркулируемой мисцеллы.

Совершив практически полный круг по верхнему ярусу, экстрагируемый материал через шахту перегрузки 17 пересыпается из разгружаемой камеры верхнего яруса в загружаемую камеру нижнего яруса. На нижнем ярусе материал также перемещается радиальными лопатками нижнего ротора и проходит еще восемь ступеней орошения мисцеллой понижающейся концентрации. Непосредственно перед выходом из экстрактора материал на последней ступени орошается чистым растворителем и проходит зону стока растворителя. Материал выгружают через разгрузочный шнек 22, который имеет индивидуальный привод.

Чистый растворитель перед подачей в экстрактор подвергают сепарации для отделения воды в водоосадителе и нагревают в теплообменнике до рабочей температуры 50…60°C. Орошение материала как на нижнем, так и на верхнем ярусе производится с помощью рециркуляционных насосов через разбрызгиватели, и смещение разбрызгивателей по отношению к связанным с ними соответствующими мисцеллосборниками способствует общему противоточному движению материала и мисцеллы. Этому же способствует то, что перегородки, разделяющие мисцеллосборники нижнего и верхнего ярусов экстрактора, имеют вырезы, высота которых по отношению к смежным перегородкам обеспечивает противоточный поток по отношению к движению материала.

Для отвода мисцеллы на рециркуляцию из мисцеллосборника обоих ярусов экстрактора имеются соответствующие патрубки. В нижней части экстрактора имеется патрубок, через который мисцелла отводится с нижнего яруса экстрактора и с помощью насоса подается в орошающие трубы верхнего яруса.

В связи с тем, что в загружаемом материале содержится много мелких частиц, которые попадают в фильтрующую часть через слой мисцеллы, выводить ее из экстрактора на данной ступени нецелесообразно. Данная мисцелла из последнего мисцеллосборника подается насосом через разбрызгиватель на материал в третьей по ходу его движения в камере. После фильтрации через слой материала на третьей ступени конечная мисцелла отводится из реактора.

Техническая характеристика: производительность (в зависимости от вида семян и способа подготовки материала) 280…600 т/сутки; масличность 0,5…1%; диаметр внутренний, корпуса – 5400 (6500) мм; ротора – 5000 (6000) мм; высота слоя материала в роторе – 1800 мм; мощность привода, загрузочного шнека – 4,6 кВт, разгрузочного шнека – 6,7 кВт; частота вращения загрузочного шнека – 10…60 (15…67) мин^-1, разгрузочного шнека – 10…44 (0…125) мин^-1; частота вращения ротора – 20…173 (34,5…208) мин^-1; расход пара давлением 0,15 МПа для нагрева мисцеллы – 700 (850) кг/ч.

Расчет производительности. Производительность вертикального шнекового экстрактора П (кг/ч) НД – 1250 определяется по формуле

,

где: k – коэффициент заполнения загрузочной колонны (k = 0,7…0,8); D_Ш - диаметр шнека, м; S – шаг верхнего приемного витка шнека загрузочной колонны, м; n – частота вращения шнека, мин^-1; ρ – плотность экстрагируемого материала, кг/м³.

Производительность роторного карусельного экстрактора П (т/сут) определяется по формуле

,

где: n – частота вращения ротора, мин^-1; z – число камер ротора, m – масса семян, находящихся в камере, т.

<предыдущая страница | следующая страница>