IQF — Индивидуальная быстрая заморозка — Туннельный морозильник

Основная цель и основополагающий принцип

Цель: быстро снизить внутреннюю температуру пищевых продуктов через критическую зону образования кристаллов льда (обычно от 0°C до -5°C) до -18°C или ниже в течение нескольких минут, минимизируя повреждение кристаллов льда.

Принцип: использует фазовый переход (испарение) хладагента (например, аммиака, R404A/R507, CO₂) в испарителе. Это поглощает тепло в сочетании с высокоскоростным потоком воздуха сверхнизкой температуры, что обеспечивает чрезвычайно быстрый отвод тепла от продукта.

Ключевое различие: быстрое замораживание и медленное замораживание:

Медленное замораживание (например, хранение в холодильнике): образует крупные кристаллы льда, разрушая клеточные стенки. Результат: потеря сока, ухудшение текстуры (жёсткое мясо, размякшие овощи), потеря вкуса/питательных веществ, ухудшение внешнего вида.

Быстрое замораживание: образует многочисленные, равномерно распределенные микрокристаллы, сохраняя:

• Удержание влаги/сока

• Натуральный цвет

  Вкусовые соединения

• Пищевая ценность

• Текстура и ощущение во рту

• Структурная целостность

Принцип работы и технологический процесс (пример туннеля с принудительной циркуляцией воздуха)

Начало цикла охлаждения:

Компрессор запускается, сжимая газообразный хладагент низкой температуры и низкого давления в газ высокой температуры и высокого давления.

Высокотемпературный и находящийся под высоким давлением газообразный хладагент поступает в конденсатор (с воздушным или водяным охлаждением), где он отдает тепло окружающему воздуху или воде, конденсируясь в жидкость под высоким давлением.

Жидкий хладагент высокого давления проходит через расширительный клапан (или электронный расширительный клапан), дросселируя и снижая свое давление, превращая его в низкотемпературную и низконапорную смесь жидкости и пара.

Смесь жидкости и пара, имеющая низкую температуру и низкое давление, поступает в испаритель (расположенный внутри морозильной камеры).

Теплопередача в зоне замерзания:

Низкотемпературный хладагент внутри испарителя поглощает тепло из проходящего через него воздуха, испаряясь (кипя), превращаясь в газ с низкой температурой и низким давлением.

Мощный вентилятор (обычно осевой или центробежный) принудительно прокачивает большой объем воздуха внутри морозильной камеры, прогоняя его с высокой скоростью через холодные ребра испарителя, что позволяет быстро охлаждать воздух до температуры от -30°C до -50°C или даже ниже (в зависимости от конструкции).

Этот сверхнизкотемпературный высокоскоростной поток воздуха (обычно 3–12 м/с или выше) равномерно продувается по направлению к пищевым продуктам или через них, непрерывно подаваемым на конвейерную ленту.

Высокоскоростной поток воздуха разрушает застойный пограничный слой воздуха вокруг продуктов, значительно повышая эффективность теплообмена.

Высокоскоростной холодный воздух быстро отводит тепло от поверхности продуктов, что приводит к их быстрому замерзанию.

Тепло из продуктов непрерывно передается на поверхность, где оно затем удаляется холодным воздухом, что обеспечивает быстрое замораживание снаружи внутрь.

Этапы заморозки продукта:

Стадия предварительного охлаждения: продукты охлаждаются от температуры на входе (например, температуры окружающей среды или предварительно охлажденные) до температуры, близкой к температуре замерзания.

Зона максимального образования кристаллов льда: температура внутри продукта находится в диапазоне от 0°C до -5°C. Ключевая задача конструкции аппарата для быстрой заморозки — ускорить этот этап, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов льда.

Стадия глубокой заморозки: температура внутри продукта продолжает снижаться до целевой температуры хранения (обычно -18 °C или ниже).

Выгрузка продукта и рециркуляция воздуха:

Замороженный продукт выходит из туннеля.

Более теплый воздух (после контакта с продуктом) возвращается через испаритель, повторно охлаждается и рециркулируется.

Основные механические компоненты морозильной камеры

Туннель/камера быстрой заморозки:

Хорошо изолированное, замкнутое пространство (обычно построенное из полиуретановых сэндвич-панелей), где происходит заморозка продуктов. Имеет входное и выходное отверстия.

Конвейерная система:

Типы: сетчатая лента из нержавеющей стали (наиболее распространенная), цепная пластина, спиральная башня (экономит место), вибрационный псевдоожиженный слой (подходит для мелких частиц), подвесная корзина/толкаемый лоток (подходит для крупных или нестандартных предметов).

Функция: перемещает продукты через зону быстрой заморозки с регулируемой скоростью, гарантируя, что каждая порция продукта получает одинаковое время заморозки.

Испаритель (теплообменник):

Состоит из медных трубок/алюминиевых трубок с алюминиевыми ребрами (или пластинчатого теплообменника).

Хладагент испаряется внутри этой камеры, поглощая тепло и выступая в качестве основного компонента охлаждения.

Конструкция должна обеспечивать большую площадь теплопередачи и хорошую циркуляцию воздуха.

Система вентиляции:

Основной компонент: высокоэффективные, устойчивые к низким температурам осевые или центробежные вентиляторы.

Функция: Обеспечивает мощный, равномерный поток воздуха, эффективно передающий охлаждающую энергию от испарителя к поверхности продукта. Воздушный поток может быть вертикальным (вверх-вниз), горизонтальным (прямоток/противоток) или комбинированным.

Система охлаждения:

Компрессор: «сердце» системы, обеспечивающее питание и сжатие хладагента (поршневой, винтовой, спиральный и т. д., выбирается в зависимости от требований к холодопроизводительности).

Конденсатор: рассеивает тепло в окружающий воздух, конденсируя высокотемпературный и находящийся под высоким давлением газообразный хладагент в жидкость (с воздушным или водяным охлаждением).

Расширительный клапан: регулирует расход хладагента, обеспечивая дросселирование и снижение давления (термостатический расширительный клапан или более точный электронный расширительный клапан).

Трубопроводы хладагента и комплектующие: соединяют различные компоненты, включая ресивер жидкости, маслоотделитель (большой), фильтр, клапан, датчики системы управления и т. д.

Система размораживания:

Образование инея на испарителе снижает эффективность. Распространенные методы размораживания:

Размораживание горячим газом: использует высокотемпературный отработавший газ из компрессора непосредственно в испарителе для размораживания (эффективно и широко применяется).

Размораживание водой: Размораживание путем распыления теплой воды (требует очистки сточных вод и предъявляет высокие требования к гигиене).

Электрическая разморозка: разморозка с помощью электрического нагревательного элемента (высокое энергопотребление, обычно используется для небольшого оборудования).

На нашем заводе обычно применяется водяное размораживание: размораживание осуществляется искусственной теплой водой, а дренажные трубы и встроенные полы из нержавеющей стали спроектированы так, чтобы облегчить гигиеническую уборку.

Система управления:

Ядро: интеллектуальное управление ПЛК (программируемый логический контроллер).

Функции:

• Устанавливайте и контролируйте температуру быстрой заморозки, скорость конвейера и состояние вентилятора.

• Управление запуском и остановкой холодильной системы, а также регулировка производительности.

• Управление программами автоматического размораживания (триггеры времени/перепада давления/температуры).

• Отображение рабочих параметров и тревожных сообщений (отклонения от нормы температуры, неисправность двигателя, чрезмерный слой инея и т. д.).

• Запись эксплуатационных данных (необязательно).

Изоляция:

Наполнитель из пенополиуретана высокой плотности обеспечивает сохранение холодопроизводительности, снижая потребление энергии.

Роль в линии переработки пищевых продуктов

Быстрая заморозка — это важнейший этап консервации, определяющий качество конечного замороженного продукта:

Сохранение основного качества:

Сохраняет свежесть, цвет, вкус, питательные вещества, текстуру, форму.

Микробный контроль:

Быстрое падение температуры подавляет рост патогенных/вызывающих порчу организмов (потенциал критической контрольной точки ХАССП).

Инактивация ферментов:

Замедляет реакции порчи (потемнение, появление неприятных привкусов).

Уменьшение обезвоживания/потери веса:

Минимизирует сублимацию поверхностной влаги («морозный ожог»).

Обеспечивает непрерывную обработку:

Полностью интегрируется с операциями на предыдущих этапах (подготовка, приготовление, нанесение покрытия) и последующих этапах (упаковка, проверка).

Облегчает последующую обработку:

Замороженный продукт жесткий, что облегчает упаковку, взвешивание и обнаружение металла.

Продлевает срок годности:

Обеспечивает возможность длительного хранения замороженной продукции, распространения и розничной торговли.

Спецификация