СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАРЕНЫХ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A23B4/06 A22C11/00 F25D13/00 

Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения колбасных изделий, в частности вареных.

В отечественной и зарубежной практике колбасные изделия после варки охлаждают различными методами, техническими средствами и режимными параметрами.

При традиционном способе охлаждения вареных колбас на первой стадии их орошают водой, на второй охлаждают воздухом.

В камерах орошения применяют душевые устройства и форсунки. При этом наблюдается струйное стекание воды с поверхности продукта, на некоторые участки при этом вода вообще не попадает, что приводит к неравномерному охлаждению колбасных изделий. На некоторых мясокомбинатах для интенсификации процесса охлаждения, уменьшения расхода охлаждающей воды применяют центробежные форсунки.

Центробежные форсунки обеспечивают тонкое распыление и более развитую поверхность контакта воды с продуктом (1). Широкое применение в промышленности получили вентиляторы-распылители (2), обеспечивающие разбрызгивание воды на капли диаметром 0,5 мм с образованием поверхности до 1200 м².

Степень распыла получают путем подбора диаметра выходного отверстия и избыточного давления подаваемой воды. При подаче воды вентиляторами-распылителями достигается тонкий распыл воды и равномерное распределение ее капель в воздушном потоке при минимальных расходах воды и энергии.

Причем на первой стадии охлаждения предпочтительнее получение более крупных капель, которые, кроме охлаждения, смывают загрязнения, к недостаткам следует отнести продолжительность стадии охлаждения орошением и большой удельный расход воды.

На некоторых предприятиях применяется способ, при котором для охлаждения колбасных изделий их на первой стадии процесса погружают в проточную воду, а на второй стадии - в холодильную машину.

Хладагентом на второй стадии является воздух. К недостаткам следует отнести большой расход воды, а также потерю массы продукта до 2-3% (3).

В последнее время широко внедряются режимы интенсивного охлаждения колбас воздушным потоком и совершенные технические средства для охлаждения и распределения воздуха.

Предложено способ воздушного душирования вареных колбас (4) осуществлять при температуре до минус 10-12^oС и повысить скорость до 2-2,5 м/с вместо температуры 8^oС воздухом и со скоростью 0,1-0,2 м/с.

Испытания показали, что процесс охлаждения ускоряется примерно в 2-3 раза и снижается усушка продукта, но при эксплуатации возникли случаи подмораживания поверхностного слоя колбасных батонов.

Применяются периодические охлаждения вареных колбас в гидроаэрозольной среде в камере с воздушно-испарительным охлаждением (5, 6).

Гидроаэрозольное охлаждение может быть организовано с непрерывной подачей воды, отводом паров, подачей наружного воздуха.

При использовании наружного воздуха необходима его предварительная очистка и поддержание температуры не ниже 0^oС и не выше 15^oС.

Процесс охлаждения осуществляется в два этапа: на первом - орошение водой с обдувом колбасных батонов холодным воздухом со скоростью 1-2 м/с, на втором - доохлаждение до 15^oС в центре батона с одновременной подсушкой поверхности.

Потери массы колбас после охлаждения снизились на 50%. Общим недостатком систем гидроаэрозольного охлаждения является засорение форсунок. Применяемые для предварительной очистки воды отстойники и фильтры повышают надежность работы системы, однако полностью не исключают выхода форсунки из строя.

Ближайшим аналогом является изобретение (7). Данный способ включает предварительное охлаждение воды, смешение ее с воздухом, образование потока охлаждающей смеси, контактирование этой смеси с поверхностью изделий, разделение отработанной смеси на компоненты и возврат воды на охлаждение.

Причем воздух перед смешением с водой также предварительно охлаждают до температуры более низкой, чем температура воды, а смешение проводят путем распыления воды в потоке воздуха при условиях, обеспечивающих кристаллизацию части воды.

Основными недостатками данного способа являются большие затраты электроэнергии, потери массы продукта, продолжительность процесса.

Целью данного изобретения является сокращение продолжительности охлаждения вареных колбас, расхода воды и электроэнергии, уменьшение потери массы продукта.

Предложенный способ охлаждения вареных колбасных изделий включает предварительное охлаждение воды и воздуха, причем охлаждение воздуха до температуры более низкой, чем температура воды, распыление воды производят в потоке воздуха при условиях, обеспечивающих кристаллизацию части воды. Отличие от известного способа заключается в том, что поток распыленной смеси пропускают через электростатическое поле напряженностью до 30 кВ/м. Благодаря использованию ЭСП обеспечивается равномерное распыление воды по всему объему охлаждающей камеры.

На основании экспериментальных исследований выявлено, что охлаждение воздуха до температуры, более низкой, чем температура воды, и переохлаждение распыливаемых капель воды до кристаллического состояния при воздействии электростатического поля более чем в два раза увеличивает коэффициент теплоотдачи по сравнению с гидроаэрозольным способом (8).

Распыляемые капли малых размеров и их сравнительная монодисперсность способствуют образованию одноименного заряда частиц в ЭСП. Решающее влияние на рассеивание частиц в камере по всему его объему оказывают кулоновские силы. Заряженный поток распыленной смеси направляют под переменным углом атаки от 90^o до нуля относительно поверхности колбасных батонов.

Под "углом атаки" понимается угол, образованный между осью распыливаемой форсунками 13 жидкости и нормалью к охлаждаемой поверхности колбасных батонов.

В процессе конвективного теплообмена в качестве критерия выступает критерий Нуссельта N_u, характеризующий интенсивность конвективного теплообмена. При поперечном внешнем обтекании колбасного батона воздухом, в общем виде, может быть применена зависимость
N_u = CRne

При R_e<4•10⁴; C=0,66; n=0,5
При R_е>4•10⁴; С=0,037; n=0,8
R_e ⁿ - число Рейнольдса;
C_n - коэффициент, учитывающий влияние теплоотдачи от количества рядов колбасных батонов, расположенных на раме;
C_ϕ - коэффициент, учитывающий влияние теплоотдачи от угла атаки набегающего потока.

Численные значения коэффициента C_ϕ для рамы с колбасными батонами приведены в таблице.

Влияние электростатического поля на охлаждение происходит за счет взаимодействия капель жидкости между собой и направления распиливаемого потока относительно охлаждаемого продукта.

На фиг.2 показана принципиальная схема расположения форсунок 13, электродов воздухораспределительной панели 18 относительно колбасных батонов 19.

В этом случае скорость капель определяется по уравнению
W_k = (W2c

На фиг. 3 представлены зависимости изменения критерия Нуссельта от радиуса распыливаемых капель R₀ и угла ϕ. Наибольшее влияние размера капель сказывается на малых углах атаки. Так, при уменьшении радиуса от r₀=10^-4 до R₀= 10^-5 м критерий Нуссельта возрастает более чем в два раза. При больших значениях ϕ, т. е. когда ось струи становится параллельной оси продукта, изменение радиуса капель практически слабо влияет на эффективность теплоотдачи. Это можно объяснить тем, что при "атаке" струи по нормали к поверхности капли оказывают существенное возмущающее воздействие на поверхность стекающей пленки, увеличивая число N_u и эффективность теплоотдачи. Что в какой-то части и определяет способ охлаждения колбасных изделий.

В предложенном устройстве для охлаждения вареных колбас по данному изобретению форсунки закреплены подвижно, и система форсунок обеспечивает направление заряженного потока распыленной смеси с изменением "угла атаки", обеспечивая равномерное распыление струи по охлаждаемой поверхности. В случае распыления по нормали достигается наибольшая эффективность теплоотдачи.

Изменение "угла атаки" происходит за счет колебательного движения форсунок, расположенных на вращающейся оси и имеющих одну степень свободы.

Устройство для охлаждения колбасных изделий по данному изобретению содержит камеру охлаждения, воздуховоды, воздухораспределительную панель, вентилятор, контур, насос, систему хладоснабжения, испарители, поддон, форсунки, поворотную заслонку, исполнительный механизм, раму, каплеуловители.

Отличие от известных устройств заключается в том, что в конструкцию устройства включен высоковольтный блок.

На фиг.4 дана схема установки для охлаждения вареных колбасных изделий в электростатическом поле (ЭСП).

Камера охлаждения изделий 1, рама 2, на которой размещаются изделия, воздуховоды 3, каплеуловители 4, воздухораспределительная панель 5, кольцевые щелевые отверстия 6, система хладоснабжения 7, испарители 8, вентилятор 9, контур 10, жидкость 11 и насос 12. Форсунки 13, поворотная заслонка для отвода воздуха из камеры 14, заслонка для подачи свежего воздуха 15 с исполнительным механизмом 16, высоковольтный блок 17.

Способ и устройство работают следующим образом.

При включенной системе хладоснабжения 7 вода и воздух, омывающие испарители 8, охлаждаются и подаются в камеру 1 соответственно через форсунки 13 и кольцевые щелевые отверстия 6 в воздухораспределительной панели 5, к которой подведен отрицательный потенциал от высоковольтного блока 17.

Охлаждающая смесь с температурой 0^oС, содержащая воздух и воду, проходя через воздухораспределительную панель, получает заряд и вступает в контакт с охлаждаемыми изделиями. К раме с колбасными изделиями подведен положительный потенциал. Пройдя сверху вниз, смесь попадает в воздуховоды 3, проходит через каплеуловители 4 и, освободившись от капельной влаги, стекающей в поддон 11, выводится из камеры. Циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором 9, а воды в контуре 10 - насосом 12.

При использовании холода наружного воздуха, при таком формировании водовоздушного потока часть капель воды кристаллизуется за счет холода, вносимого наружным воздухом. Охлаждающая смесь с температурой 0^oС, содержащая воздух, воду и лед, вступает в контакт с охлаждаемыми изделиями, размещенными на раме 2. Воздух, отводимый из камеры, проходит через поворотную заслонку 14, частично выбрасывается в атмосферу, а частично возвращается на вход вентилятора 3, смешиваясь с порцией свежего воздуха, поступающего из атмосферы через заслонку 15 с исполнительным механизмом 16.

При применении ЭСП за счет разности потенциалов и расположения электродов в зоне охлаждения движение гидроаэрозольной струи специально организовано.

Причем большие капли, попадая в ЭСП, "взрываются" с образованием мелких. Образующиеся капли приобретают электрический заряд, увеличивается напряженность поля, уменьшается внутреннее давление в каплях и, соответственно, поверхностное натяжение.

Дробление капель в ЭСП особенно эффективно протекает при напряженности поля 25-30 кВ/м и скорости воздуха 8-1,2 м/с.

Малые капли, несущие электрический заряд, являются более устойчивыми к испарению и могут существовать в ненасыщенном потоке воздуха. При движении струи капель к охлаждаемой поверхности температура потока возрастает, что приводит к росту интенсивности испарения.

При "атаке" струи капель по нормали к поверхности колбасных изделий капли оказывают возмущающее воздействие на поверхность отекающей пленки, эффективность охлаждения возрастает.

Промышленные испытания показали, что с ростом напряженности ЭСП в интервале от 25 до 30 кВ/м и с уменьшением угла атаки набегающего потока до ϕ= 0 эффективность охлаждения возрастает в 1,5-2 раза.

Физико-химические исследования охлажденных колбасных изделий по предложенному способу показали полное соответствие требованиям ГОСТов.

Поверхность колбасных изделий сохранила вид и цвет, присущие рассматриваемому наименованию колбасных изделий.

Изобретение способствует экономии воды, электроэнергии, а также сокращению продолжительности охлаждения в 1,5 раза по сравнению с гидроаэрозольным охлаждением.

ЛИТЕРАТУРА
1. Курако О.Н. Совершенствование процесса охлаждения вареных колбасных изделий. Мясная промышленность. М., 1980. -40 С.

2. Малова Н.Д., Рогова В.А. Способы и техника охлаждения мяса и мясных продуктов (обзорная информация) АгроНЮЭИММП Сер. Холодильная промышленность и транспорт М., 1988. -26 С.

3. Быков В.А., Прописнова Н.Г. Новое в исследованиях по холодильной промышленности. М. , 1986 (обзорная информация) ЦНИИТЭИмясоагропром. Сер. Холодильная промышленность и транспорт.

4. Геллер А.В. Испарительное охлаждение вареных колбас. Мясная индустрия. 1974. 10 - С. 21.

5. Технология и техника гидроаэрозольного охлаждения вареных колбас. Холодильная техника. 1989 9, с. 23-25.

6. Совершенствование охлаждения вареных колбас на мясокомбинате. Холодильная техника. 1989. 9, с. 25-27.

7. Авторское свидетельство, Россия 1704737 5 А 22 С 11/00 с приоритетом 13.12.89 г. В.В. Киреев, В.И. Савинкин, А.С. Абрамов "Способ охлаждения вареных колбасных изделий и устройство для его осуществления".

8. Киреев В.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1990.

Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности. Способ предусматривает охлаждение колбасных изделий в камере распыленной водовоздушной смесью с кристалликами льда. Изделия размещают в камере на раме. Устройство содержит высоковольтный блок. Отрицательный потенциал подключен к воздухораспределительной панели. Положительный потенциал подключен к раме с изделиями. Поток водовоздушной смеси пропускают через электростатическое поле напряженностью до 30 кВ/м. Заряженный поток направляют к колбасным изделиям с уменьшением угла атаки до нуля. Изобретение обеспечивает ускорение процесса охлаждения колбасных изделий, сокращение расхода воды и электроэнергии, уменьшение потери массы продукта. 2 с.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ охлаждения вареных колбасных изделий, включающий предварительное охлаждение воды и воздуха, причем охлаждение воздуха до температуры более низкой, чем температура воды, распыление воды в потоке воздуха при условиях, обеспечивающих кристаллизацию части воды, отличающийся тем, что поток распыленной смеси пропускают через электростатическое поле напряженностью до 30 кВ/м и заряженный поток распыленной смеси направляют с уменьшением угла атаки до нуля относительно охлаждаемых изделий. 2. Устройство для охлаждения вареных колбасных изделий, содержащее камеру охлаждения, раму с размещенными на ней изделиями, систему хладоснабжения, испарители, форсунки и кольцевые щелевые отверстия в воздухораспределительной панели, воздуховоды с каплеуловителями, поддон, вентилятор для циркуляции воздуха, поворотную заслонку для отвода воздуха и заслонку для подачи свежего воздуха, контур для циркуляции воды с насосом, отличающееся тем, что установлен высоковольтный блок, отрицательный потенциал которого подведен к воздухораспределительной панели, а к раме с изделиями подведен положительный потенциал.