В настоящее время, дефицит качественных пищевых продуктов в России, обусловлен проблемой сохранения сырья, как растительного, так и животного происхождения, а также недостатком технологического оборудования и технологий, отвечающих мировым стандартам по ресурсо- и энергосбережению, экологичности и санитарным требованиям.
Одним из вариантов решения данной проблемы, является расширение отрасли производства быстрозамороженных продуктов, а также совершенствование методов замораживания, которое заключается в обеспечении необходимых скоростей процесса и проектировании новой эффективной скороморозильной техники [1].
Согласно международной классификации, процесс замораживания подразделяется по скорости на четыре вида: медленный — на уровне 0,5 см/ч; быстрый — от 0,5 до 5 см/ч; сверхбыстрый — от 5 до 10 см/ч; ультрабыстрый — от 10 до 100 см/ч.
Для обеспечения таких скоростей, в мировой практике используют несколько методов замораживания и соответствующие им разновидности скороморозильных аппаратов: воздушный, криогенный, погружной, комбинированный и контактный (рис. 1, а, б, в, г).
Наибольшее применение находит воздушный метод, где для осуществления процесса применяют камеры или скороморозильные аппараты, снабжаемые холодом от холодильной машины. Такой способ эффективен в плане эксплуатации оборудования, однако он не всегда обеспечивает требуемые режимы быстрого замораживания.
Погружной способ был широко распространен в прошлом столетии, однако на сегодняшний день, почти не применяется ввиду ограниченности по ассортименту продукции, которую возможно допускать к контакту с солевыми растворами, а также ввиду высоких эксплуатационных затрат.
а) б)
в) г)
Рис. 1. Общий вид скороморозильных аппаратов: воздушного (а), криогенного (б), погружного (в), контактного (г)
Наиболее перспективным принято считать криогенный метод с использованием жидкого и газообразного азота, являющегося низкотемпературной, экологически безопасной инертной средой. Однако его внедрение в широкое производство продукции существенно сдерживается за счет высокого расхода и стоимости криоагента.
Интерес вызывает комбинированный способ, когда на одной из стадий процесса используется воздушная среда, а на другой — азот, и наоборот. Применение такого способа мало изучено и может представлять интерес с точки зрения сокращения затрат на операцию холодильной обработки.
Возможны варианты организации процесса при комбинированном методе (рис.2): погружной в некипящей жидкости + криогенный метод; погружной в некипящей жидкости + воздушный метод; воздушный метод + криогенный метод [1].
Рис. 2. Классификация вариантов организации комбинированного метода
Наиболее актуален последний вариант, где основной интерес связан с комбинацией «азот-воздух» и возможностями сокращения затрат на производство быстрозамороженной продукции с учетом сохранения высоких показателей качества. Метод может позволить найти баланс между экологической безопасностью, низкотемпературным потенциалом азота и эксплуатационной надежностью воздушных систем.
Проведены аналитические исследования по определению продолжительности замораживания тушек птицы комбинированным методом в комбинациях «азот-воздух» и «воздух-азот». Получены новые уравнения, где для рассматриваемых вариантов комбинаций «азот-воздух» и «воздух-азот» общее время первого этапа состоит из продолжительности стадий охлаждения и кристаллизации, а второго — из стадии домораживания.
Получены результаты расчетов и построены графические зависимости суммарной продолжительности процесса для комбинаций «азот-воздух» и «воздух-азот» (рис. 3, а, б), в зависимости от толщины продукта, скорости воздуха и температуры отработанных паров азота.
а)
б)
Рис. 3. Графические зависимости продолжительности замораживания тушек птицы в комбинации «азот-воздух» (а), «воздух-азот» (б) от толщины бедренной части (), температуры отработанных паров азота (tвых) и скорости воздуха (в)
Анализ полученных данных показал, что продолжительность замораживания тушек птицы в комбинации «воздух-азот» практически в 2 раза выше, чем в комбинации «азот-воздух», а в ряде случаев — в четыре раза, и, поэтому, вариант с азотом на первом этапе, более приоритетен.
На этапах использования воздушной среды существенное влияние на продолжительность процесса оказывает скорость воздушного потока, а на этапах с азотом — температура его отработанных паров. Изменение данных параметров в рассматриваемых диапазонах позволяет добиться существенного сокращения времени процесса и определить в каждом конкретном случае наиболее рациональный вариант организации процесса.
На базе результатов аналитических исследований разработана конструкция устройства для комбинированного замораживания тушек птицы по варианту «азот-воздух», включающая в себя — азотную приставку в виде двухзонного туннельного аппарата и воздушный конвейерный аппарат с холодильной машиной (рис. 4).
Рис. 4. Общий вид устройства для комбинированного замораживания тушек птицы: 1 — корпус азотной приставки; 2 — конвейер азотной приставки; 3 — вентилятор; 4 — коллектор с форсунками; 5 — корпус воздушного аппарата; 6 — конвейер воздушного аппарата; 7 — воздухоохладитель с вентиляторами
Данная конструкция позволяет обеспечить непрерывность комбинированного замораживания тушек птицы за счет автоматического перемещения тушек с конвейера азотной приставки на конвейер воздушного аппарата.
Проведена технико-экономическая оценка предложенного технического решения, в сравнении с оборудованием криогенного и воздушного метода, равной производительности 300 кг/ч (табл.1).
Анализ полученных результатов показал, что для сравниваемых вариантов, основу затрат будут составлять затраты на азот. Например, при стоимости азота 20 руб/кг, наиболее предпочтительным по себестоимости холодильной обработки, будет воздушный метод, поскольку криогенный и комбинированный методы при расходе азота 1 и 0,7 кг/кг продукта существенно уступают.
Однако, при снижении затрат на азот, например, до 2 руб/кг, что возможно в ряде регионов Российской Федерации, себестоимость комбинированного способа позволит получить больший экономический эффект, чем криогенный или воздушный.
Таблица 1
Технико-экономические показатели
|
Показатели |
Ед. изм. |
Сравниваемые варианты: |
||
|
*К (криогенный) |
В (воздушный) |
**КВ (комбинированный) |
||
|
1. Годовой объем переработки продукции |
т |
1440 |
1440 |
1440 |
|
2. Общие инвестиции |
тыс. руб. |
2937,5 |
3987,5 |
5312,5 |
|
3. Удельные инвестиции |
руб/т |
2039 |
2769 |
3689 |
|
4. Себестоимость холодильной обработки за год |
тыс. руб |
32416 |
4188 |
25783 |
|
5. Себестоимость холодильной обработки 1т продукции |
руб/т |
2251 |
2908 |
17905 |
|
6. Годовой экономический эффект |
тыс. руб |
*26716 **23504 |
*3213 |
|
|
7. Срок окупаемости инвестиций |
мес |
*1,6 **2,2 |
*10 |
|
Примечание: * и ** — вариант, с которым производится сравнение
В заключение следует также отметить, что комбинация «азот-воздух» обеспечивает высокую скорость процесса и практически исключает потери массы продукта за счет усушки, так как моментально образуется замерзший слой, препятствующий испарению влаги с поверхности продукта, а также, в зависимости от себестоимости криоагента может обеспечить и экономические выгоды для производителей [2].
Литература:
- Антонов А. А., Венгер К.П, Азотные системы хладоснабжения для производства быстрозамороженных пищевых продуктов. Монография — Рязань.: изд.во «Узоречье», 2002, 205 с.
- Венгер, К. П. Холодильное технологическое оборудование. Быстрое замораживание. Учебное пособие — М.: ГПП «Печатник», 1997, 112 с.
