Способ замораживания мелкоштучных пищевых продуктов Советский патент 1992 года по МПК A23B4/06 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам замораживания пищевых продуктов.

Известен способ замораживания мелкоштучных пищевых продуктов, предусматривающий подачу к продукту на несущей поверхности охлажденного газа и создание псевдоожиженного слоя.

Недостатком способа, принятого за прототип, является большая продолжительность холодильной обработки и довольно значительные энергетические затраты.

Целью изобретения является интенсификация процесса отвода тепла и сокращение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается техническим решением, представляющим новый способ замораживания мелкоштучных пищевых продуктов, предусматривающий подачу к продукту на несуа(рй поверхности охлажденного газа и создание псеедоожй-

женного слоя, отличающийся от известного тем, что псевдоожиженный слой создают путем механической вибрации несущей поверхности, причем режим вибрации осуществляют при условии, что разность между безразмерным коэффициентом режима работы вибратора и отношением аэродинамической силы, действующей на штучный продукт, к нормальной составляющей его силы тяжести должна быть равна единице для достижения продуктом первой критической скорости флюидизации.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен характер изменений коэффициента теплоотдачи от скорости потока охлаждающего газа, а на фиг. 2 представлена схема сил, действующих на штучный продукт.

Для пояснения сути заявленного способа замораживания мелкоштучных пищевых продуктов рассмотрим механизм теплообXI

сл XI сл о о

мена между охлаждающим газом и продуктом при замораживании известным и предлагаемым способом.

При замораживании мелкоштучных продуктов в плотном слое с увеличением скорости подаваемого снизу потока охлаждающего газа, коэффициент теплоотдачи также повышается, но при переходе к псев- доожиженному слою (т.е. при достижении величины скорости потока больше первой критической скорости ViKp) - резко падает. Последнее объясняется двумя основными причинами:

-в неподвижном слое фактические (локальные) скорости обтекания продуктов охлаждающим потоком больше, чем в псевдоожиженном, в котором увеличивается живое сечение для прохода потока газа;

-каналообразование, а также прорыв через псевдоожиженный слой части охлаждающего газа в виде пузырей резко ухудшает контакт между потоком и продуктами.

На фиг, 1. показан характер изменения коэффициента теплоотдачи от скорости потока охлаждающего газа, из которого видно, что величина коэффициента теплоотдачи псёвдоожиженного слоя достигает величины коэффициента теплоотдачи плотного слоя (перед началом псевдоожиженил) лишь при значительном увеличении скорости потока.

Таким образом, длительность процесса замораживания одного и того же продукта может быть одинаковой при сравнительно малой (плотный слой) и большой (псевдоожиженный слой) скоростях потока охлаждающего газа. Соответственно, повышение скорости потока влечет за собой увеличение энергетических затрат.

Суть изобретения заключается в том, что с помощью механической вибрации осуществляют режим движэния штучных продуктов (в процессе холодильной обработки) соответствующий режиму начала псевдоожижения, а охлаждающий газ, например воздух может подаваться на слой продукта как сверху так и снизу.

Такая организация теплоотвода в процессе холодильной обработки позволяет интенсифицировать процзсс с одновременным сокращением энергетических затрат. Кроме того, получение псевдоожижения за счет механической вибрации обеспечивает стабильный режим без каналообразования, а при подаче охлаждающего газа сверху увеличивается локальная скорость обтекания продукта потоком-(за счет их встречного движения), что также интенсифицирует процесс теплообмена.

Для определения параметров механической вибрации, обеспечивающих режим начала псеодоожижения, рассмотрим два случая:

- движение продукта происходит на

вибрирующей поверхности без подачи охлаждающего газа

- движение продуктов на вибрирующей поверхности с одновременной подачей потока охлаждающего газа сверху (т.е. наиболее сложный, с точки зрения энергозатрат, случай) на продукт.

В случае вибрации без подачи потока холодного газа, штучный продукт будет

иметь контакт с вибрирующей поверхностью до тех пор, пока составляющая силы инерции частицы, нормальная к вибрирующей поверхности не превысит или станет равной нормальной составляющей силы тяжести (3), т.е. (см. фиг. 2),

- Аш2 G cos a,

где ft - угол между вибрирующей плоскостью и направлением вибрации;

G - сила тяжести, действующая на штучный продукт;

а- угол между горизонтом и вибрирую- щей плоскостью;

А и о) - соответственно амплитуда и частота колебаний вибрирующей поверхности.

При максимальной левой части (sin

УТ

или urt -n) происходит отрыв продукта от

вибрирующей поверхности или:

Кв

АаЯ . slr.fi

g

cos a

1

(D

где Кв - безразмерный параметр, называемый коэффициентом режима работы вибрирующей поверхности или вибратора.

В зависимости от величины Кв могут иметь место следующие режимы:

при -движение без отрыва от вибрирующей поверхности (т.е. режим плотно- го слоя);

при - движение с отрывом (т.е. режим псевдоожижеиия);

при -соответствует границе режимов движения с отрывом и без отрыва материала от вибрирующей поверхности (т.е.

соответствует первой критической скорости или началу процесса псевдоожижения).

При подаче охлаждающего газа сверху (т.е. перпендикулярно вибрирующей поверхности с направлением скорости потока

вниз) на слой мелкоштучных продуктов последние будут испытывать воздействие аэродинамической силы, направление кото- рой противоположно направлению движущей силы, действующей на штучные 5 продукты .расположенные на вибрирующей поверхности. При этом для достижения продуктами первой критической скорости начала псевдоожижения должно удовлетворяться условие:10

+

FA

G cos a

(2)

где Рд - аэродинамическая сила, действую- 15 щая на штучный продукт, величина которой определяется:

VS

р-Ј

Знак - вектора определяет знак перед вторым членом правой части выражения (2), (т.е. общий случай). Например, при подаче воздуха сверху вниз, это знак +, при подаче снизу вверх, соответственно -, где: Сд - коэффициент аэродинамической силы;

5м площадь миделевого (самого широкого) сечения штучного продукта;

р и VB - соответственно плотность и скорость охлаждающего газа.

Таким образом, для осуществления режима движения штучных продуктов на вибрирующей поверхности соответствующего начальному моменту режима псевдоожижения (т.е. скорость движения штучных продуктов достигла первой критической скорости) при одновременной подаче сверху на псевдоожиженный слой материала потоком охлаждающего газа необходимо и достаточно выполнение условия, которое следует из выражения (1) и (2):

В случае нарушения поставленного условия либо не будет осуществляться режим псевдоожижения, либо псевдоожижение будет чересчур интенсивным, т.е. движе5 10

15

20

25

ние материала превысит значение первой критической скорости (например, достигнут скорости витания, что нежелательно).

Предлагаемый способ замораживания мелкоштучных пищевых продуктов реализован следующим образом.

Холодильную обработку ведут в теплоизолированной камере. В нижней части камеры устанавливают перфорированную вибрирующую поверхность, а в верхней части воздуховоды для подачи охлаждающего воздуха.

Перед началом замораживания температуру в камере устанавливают равной температуре охлаждающего воздуха (минус 25° - минус 30°С).

После включения механического вибратора производят загрузку мелкоштучного продукта через загрузочное окно, выгрузку замороженных продуктов осуществляют через разгрузочное окно,

В таблице приведены результаты замораживания при различной скорости подачи охлаждающего воздуха. Как показывают результаты замораживания сливы и вишни. FA

если Кв1, то (приведенные в

G cos a

табл. ), предлагаемый способ позволяет сократить удельное энергопотребление на

30 процесс замораживания на 40-60%, при этом продолжительность замораживания сокращается на 5-18%.

Формула изобретения Способ замораживания мелкоштучных

35 пищевых продуктов, предусматривающий подачу к продукту на несущей поверхности охлажденного газа и создание псевдоожи- женного слоя, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса отвода

0 тепла и сокращения энергетических затрат, псевдоожиженный слой создают путем механической вибрации несущей поверхности, причем режим вибрации осуществляют при условии, что разность между безраз5 мерным коэффициентом режима работы вибратора и отношением аэродинамической силы, действующей на штучный продукт, к нормальной составляющей его силы тяжести должна быть равна единице для

0 достижения продуктом первой критической скорости флюидизации.

r#1

Область использования: в холодильной технике, при замораживании пищевых продуктов. Сущность изобретения; к продукту на несущей поверхности подают охлажденный газ и путем механической вибрации этой поверхности создают псевдоожижен- ный слой. При этом режим вибрации осуществляют при условии, что разность между безразмерным коэффициентом режима работы вибратора и отношением аэродинамической силы, действующей на штучный продукт, к нормальной составляющей его силы тяжести должна быть равна единице для достижения продуктом первой критической скорости флюидизации. 2 ил., 1 табл.

P

У//Ф

Van fl)W8.J

Tunica

vНаправление потока ох/шжЗающего

угаза

Штучный продукт

J8 Вибрирующая поберхность

Горизонт

ФМ.Ч