УСТАНОВКА КРИОЗАМОРАЖИВАНИЯ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
FLUID BED CRYO-FREEZING DEVICE

Изобретение относится к фармацевтической, медико-биологической, пищевой и другим отраслям промышленности и может быть использовано для криозамораживания сыпучего сырья растительного происхождения, например ягод, резаных овощей, грибов и т.д.
Технической задачей изобретения является получение продукта высокого качества, с сохранением большинства биологически активных элементов, реализация энергосберегающей технологии процесса криозамораживания, осуществления непрерывного процесса криозамораживания.
В настоящее время в отечественной и зарубежной промышленности для замораживания сыпучего сырья растительного происхождения (ягоды, рубленые овощи) используется морозильное оборудование, которое в зависимости от метода отвода теплоты и типа хладоносителя можно разделить на аппараты: контактные (замораживание с погружением в криогенную жидкость или орошение ею, или использующие некипящую жидкость), бесконтактные, воздушные и смешенного типа. Все эти аппараты могут быть как непрерывного, так и периодического действия.
К контактным морозильным установкам относятся аппараты туннельного или спирального типа. При использовании в качестве хладагента некипящей жидкости (растворы пропиленгликоля, этилового спирта) замораживание осуществляется погружным методом: с неподвижным положением продукта или с непрерывным его перемещением. При применении криогенных жидкостей (азот и диоксид углерода) наравне с погружным методом используют оросительный способ через диспергирующие устройства.
Бесконтактные аппараты для замораживания растительного сырья относятся к оборудованию блочного типа, в которых контакт продукта с теплоносителем осуществляется через разделяющую их стенку. Установки данного типа из-за низкой производительности и потребности в ручном труде находят все меньшее применение.
Оборудование с воздушной системой охлаждения представляет собой аппараты туннельного типа с машинной системой охлаждения воздуха. В зависимости от типа используемых транспортирующих устройств воздушные аппараты делятся на тележечные, конвейерные и флюидизационные.
Установки, использующие комбинированный метод замораживания, применяют следующие комбинации: воздушный - криогенный метод, погружной в некипящей жидкости - воздушный метод, погружной в некипящей жидкости - криогенный метод.
Предлагаемая установка для криозамораживания в псевдоожиженном слое в среде газообразного азота позволяет в отличие от вышеописанных аппаратов проводить процесс с высокой тепловой эффективностью взаимодействия теплоносителя и частиц продукта, обеспечить наибольшую площадь контакта хладагента с продуктом, создать условия саморегуляции тепловых потоков системы продукт-хладагент, получить продукт высокого качества, снизить расход теплоносителя, уменьшить как эксплуатационные, так и капитальные затраты (отсутствие транспортирующих устройств, меньшие габаритные размеры).
Для решения поставленной технической задачи изобретения предложена установка для криозамораживания в псевдоожиженном слое непрерывного действия, содержащая цилиндрическую камеру с газораспределительной решеткой, систему загрузки исходного материала, состоящую из бункера для подачи исходного материала, соединенного для исключения смятия частиц материала верхним слоем трубопроводом подачи исходного материала, расположенным под углом 45°, с лопастным питателем, и трубопровода с шиберной заслонкой на входе в цилиндрическую камеру, соединяющего лопастной питатель с цилиндрической камерой, систему выгрузки готового замороженного продукта из цилиндрической камеры, состоящей из трубопровода подачи готового продукта с шиберной заслонкой на выходе из камеры, соединяющего цилиндрическую камеру в нижней ее части с лопастным питателем и бункером для готового продукта, причем цилиндрическая камера опирается на емкость с жидким азотом и с расположенным в ее внутренней части барботером, соединенную трубопроводом с системой дозированной подачи жидкого азота, включающей емкость с жидким азотом, находящимся под избыточным давлением, причем барботер соединен с паровым коллектором системы рециркуляции газообразного азота, снабженной вентилятором и сбросным клапаном выравнивания давления в системе, соединенным с верхней частью цилиндрической камеры на выходе из системы, при этом внешние поверхности емкости с барбатером, емкости с жидким азотом, трубопровода для его подачи, системы рециркуляции газообразного азота и цилиндрической камеры покрыты теплоизолирующим материалом.
Технический результат заключается в получении продукта высокого качества и сохранения большинства необходимых для организма человека биологически активных элементов за счет осуществления быстрого замораживания во взвешенном состоянии, реализации энергоресурсосберегающей технологии процесса криозамораживания за счет эффективного использования теплоты газообразного азота по всей высоте псевдоожиженного слоя, проведении непрерывного процесса криозамораживания.
На фиг.1 показана конструктивная схема предлагаемой установки.
Установка для криозамораживания состоит из цилиндрической камеры 1 с газораспределительной решеткой 2, расположенной в нижней ее части, системы загрузки исходного материала, расположенной в верхней части цилиндрической камеры 1, состоящей из бункера 8 для подачи исходного материала, трубопровода 6, соединяющего под углом 45° лопастный питатель 7 и бункер 8, трубопровода 5 с шиберной заслонкой 9 на входе в цилиндрическую камеру 1, соединяющего цилиндрическую камеру 1 с лопастным питателем 7, и системы выгрузки готового замороженного продукта, расположенной в нижней части камеры 1 и состоящей из трубопровода 10 с шиберной заслонкой 13 на выходе из цилиндрической камеры для подачи готового замороженного продукта, соединяющего цилиндрическую камеру 1 с лопастным питателем 11 под углом 45° и бункера 12 для готового продукта, соединенного с лопастным питателем 11.
При этом в системе загрузки бункер 8 для подачи исходного материала соединен с лопастным питателем 7 трубопроводом 6 под углом 45°, что исключает возможность повреждения мягкого растительного сырья верхним слоем. Для предотвращения попадания потока газообразного азота в систему загрузки исходного материала и возможности регулирования процесса выгрузки готового продукта предусмотрены шиберные заслонки 9 и 13.
Цилиндрическая камера 1 опирается на емкость 3 с жидким азотом, во внутренней части которой установлен барботер 4, служащий для диспергирования нагретых тепловым потоком материала паров азота до температуры минус 40-50°С, которые охлаждаются в среде жидкого азота в емкости 3 до температуры минус 150°С и служат для замораживания материала в псевдо-ожиженном слое в цилиндрической камере 1. Барботер 4 соединен с паровым коллектором системы 15 рециркуляции газообразного азота, снабженной вентилятором 16 и сбросным клапаном 17.
Емкость 3 с жидким азотом соединена трубопроводом с системой 14 дозированной подачи жидкого азота, содержащей емкость с жидким азотом, находящимся под избыточным давлением.
Внешние поверхности емкости 3, емкости с жидким азотом, трубопровода для его подачи, системы 15 рециркуляции и цилиндрической камеры 1 покрыты теплоизолирующим материалом.
Для ведения непрерывного процесса криозамораживания в емкости 3 необходимо поддерживать постоянный уровень жидкого азота. Это возможно только при своевременной дозированной подаче жидкого азота. Такая подача хладагента осуществляется системой 14.
Вентилятор 16 и система рециркуляции газообразного азота 15 служат для создания необходимого для псевдоожижения напора газообразного азота. Клапан 17 предназначен для выравнивания давления в системе.
Установка для криозамораживания в псевдоожиженном слое работает следующим образом.
Из бункера 8 системы загрузки сырья по трубопроводу 5 и 6 лопастным питателем 7 дозируется сырье в цилиндрическую камеру 1. При этом в цилиндрической камере 1 образуется слой материала, ограниченный в нижней ее части газораспределительной решеткой 2. Из емкости 14 жидкий азот поступает в емкость 3 и заполняет ее до фиксированного уровня. Через барботер 4 по системе рециркуляции газообразного азота 15 через газораспределительную решетку 2 и слой материала в цилиндрический камере 1 вентилятором 16 рециркулируется газообразный азот.
При запуске установки первоначально воздух вентилятором 16 забирается из атмосферы. Далее за счет тепла атмосферного воздуха путем его диспергирования через слой жидкого азота барботером 4 происходит испарение азота, и парообразный азот поступает в цилиндрическую камеру 1 с продуктом. В цилиндрической камере 1 за счет напора, создаваемого вентилятором 16, происходит псевдоожижение газообразным азотом частиц продукта в слое. Таким образом, обеспечивается равномерное обтекание поверхности частиц потоком газообразного азота, способствующее равномерному и интенсивному замораживанию частиц в слое. При этом шиберные заслонки 9 и 13 закрыты. На выходе из цилиндрической камеры 1 нагретые пары азота поступают в систему рециркуляции газообразного азота 15, а продукт отводится системой выгрузки. Для обеспечения необходимого температурного напора для эффективного замораживания в емкости 3 в течение всего времени цикла замораживания системой дозирования жидкого азота 14 поддерживается определенный уровень хладагента. По окончании времени цикла замораживания происходит одновременное открытие шиберных заслонок 9 и 13 и осуществляется непрерывной ввод свежего материала и вывод замороженного продукта из слоя. При этом лопастные питатели работают синхронно. После полной замены сырья в слое происходит отключение лопастных питателей 7 и 11, закрытие шиберных заслонок 9 и 13 и повторение цикла замораживания. Газорбразный азот непрерывно циркулирует в системе. Излишки использованного газообразного азота сбрасываются через клапан 17, таким образом, в установке поддерживается постоянное давление. Готовый продукт накапливается в бункере 12 системы выгрузки сырья.
Предлагаемая установка для криозамораживания в псевдоожиженном слое позволяет: значительно повысить качество получаемого продукта за счет быстрого криозамораживания частиц во взвешенном слое, обеспечивающем равномерное обтекание всей поверхности частиц замораживаемого продукта потоком газообразного азота, реализовать энергоресурсосберегающую технологию процесса криозамораживания за счет эффективного использования теплоты газообразного азота по всей высоте взвешенного слоя, осуществлять непрерывный процесс за счет использования систем дозированной загрузки материала и выгрузки продукта.