Заморозка в бокс фризерах

Морозильные камеры шоковой заморозки повсеместно используются для замораживания пищевых продуктов. Тип морозильного оборудования выбирается исходя из особенностей самого продукта, от требуемой температуры охлажденного продукта и его дальнейшей температуры хранения. Шоковая заморозка продуктов обычно происходит при температуре нагнетаемого воздуха от -35°C до -45°C.

Шоковая заморозка классифицируется, как процесс принудительной конвекции, при котором использование вентиляторов увеличивает коэффициент теплоотдачи с поверхности продуктов и обеспечивает более равномерную температуру воздуха внутри морозильной камеры. Шоковые морозильники периодического действия обычно применяются для небольших количеств разнообразных продуктов с коэффициентом теплопередачи менее 50 Вт/м²К.

Воздушное замораживание мяса или других пищевых продуктов в картонных коробках осуществляется практически с момента появления холодильного оборудования. Однако, шоковое замораживание таких продуктов стало интенсивно применяться с 1960-х - 1970-х годов, когда как Австралия и страны Южной Америки начали разделывать для экспорта мясные туши на первичные отрубы. Раньше основной статьей экспорта были только туши целиком.

Появление различных сетей быстрого питания, открыло новый рынок замороженной бескостной говядины, пригодной для прямой переработки. В ответ на возникший ажиотажный спрос на бескостную продукцию была построена первая в мире морозильная камера непрерывного действия для замораживания разделанной говядины в картонных коробках, вмещающих 27,2 кг продукта. Морозильная камера продувалась воздухом, охлажденным до температуры -40°C, обтекающим картонные коробки со скоростью около 3 м/с и обеспечивала время заморозки 24 часа.

Морозильники, в которых продукты замораживаются в картонных упаковках, также называемые «бокс фризерами», представляют собой механически сложные морозильные системы, основанные на относительно простой концепции замораживания. Уже упакованные и помещенные в картонные коробки продукты сортируются, транспортируются, и складируются механическим способом с помощью автоматизированного механизма. Затем они размещаются в хранилище на стеллажах с циркуляцией холодного воздуха. Впоследствии эти коробки обычно оставляют в хранилище на длительное время, и в конечном итоге выгружая их также механически. Весь механизм автоматизирован и практически не требует обслуживающего персонала. Однако, эта технология замораживания не подходит для многих типов продуктов.

Принципиальная схема морозильной камеры периодического действия с воздушным охлаждением для заморозки мясных изделий в картонных коробках представлена на рисунке ниже. Упакованный в картонные коробки продукт размещается на поддонах с воздушными промежутками между упаковками. Промежутки обеспечиваются проставками из гофрированного картона или пластика. Поток охлажденного воздуха с помощью мощных вентиляторов циркулирует через всю укладку, отражаясь от плотно прилегающего подвесного потолка.

Обычной практикой является замораживание мясных или рыбных продуктов в транспортной упаковке. Упаковка имеет существенное значение при воздушной заморозке в морозильной камере, поскольку она предотвращает обезвоживание, окисление, ожог и прилипание продуктов, происходящие в результате замораживания. Недостатком применения упаковки является снижение коэффициентов теплопередачи и, следовательно, увеличение времени замораживания из-за изолирующих свойств упаковочного материала, а также избытка воздуха, окружающего продукт внутри коробки.

Исследования показали, что сопротивление теплопередаче упаковки может составлять до 59% от общего сопротивления для замораживаемой рыбы. Для говядины доля сопротивления теплопередаче от упаковки составляет 38%, что так же существенно.

Упаковка пищевых продуктов должна выполнять три функции:

Контролировать локальные параметры среды, окружающей продукт внутри упаковки, для увеличения срока хранения. Обычно этому требованию соответствует слой упаковки, ближайший к пищевому продукту. Типичным примером могут являться герметичная пластиковая пленка или фольга.
Представление для потенциального покупателя внешнего вида продукта привлекательным образом.
Защита продукта во время обработки и транспортировки.

Обычно в качестве упаковки используется гофрированный картон, который, к сожалению, является очень хорошим теплоизолятором. Чтобы сократить время замораживания, для картонных коробок следует использовать однослойный картон с высоким коэффициентом теплопередачи, особенно сверху и снизу, где площадь поверхности контакта продукта с упаковкой наибольшая.

Как правило, картонные коробки изготавливаются из гофрокартона или цельного картона, который имеет гораздо более высокую теплопроводность. Преимущество гофрированного картона, как правило, заключается в том, что его изготовление дешевле, и упаковку нужного объема можно формировать путем сгибания. Но при этом могут сформироваться несколько слоев, что может стать катастрофическим с точки зрения коэффициента теплопередачи. Таким образом, рассмотрение типа коробки для условий и продолжительности замораживания имеет первостепенное значение.

Геометрия продукта играет важную роль в определении времени замораживания. Большинство мясокомбинатов используют стандартную высоту картонных коробок 160-165 мм. Уменьшение высоты коробки может значительно сократить время замораживания.

Если сравнивать экономичность морозильных камер с временем замораживания 24-часа и морозильные камеры с временем замораживания 48-часов, то это сравнение основывается на конкретном показателе, а именно на эксплуатационных расходах. Если рассматривать два варианта конструкции и оснащения морозильной камеры периодического действия, то эксплуатационные затраты связаны исключительно с потреблением электроэнергии холодильной установкой. Для обоих вариантов стоимость рабочей силы для укладки на поддоны и снятия с поддонов одинакового количества продукции в день одинакова.

Потребление электроэнергии будет значительно меньше для 48-часовых установок, поскольку холодильный контур будет работать с температурой кипения -32°C, а не -40°C. Кроме того, потребление электроэнергии вентиляторами будет меньше при меньшей скорости воздуха.

Например, при работе 24-часовой системы с -40°C кипения хладагента холодильный коэффициент EER=1,6 по сравнению с EER=2 при 48-часовой работе. Принимая во внимание эти факторы, 24-часовая установка будет потреблять примерно 4,1 кВт электроэнергии на тонну охлаждаемого продукта, а 48-часовая установка будет потреблять примерно 3,3 кВт на тонну замораживаемого продукта или 98 кВт·ч/т и 79 кВт·ч/т соответственно. При цене электроэнергии, равной 7,0 рублей/кВт·ч, стоимость электроэнергии на тонну замороженного продукта составит 687 и 553 рублей соответственно. Эти различия в стоимости будут в равной степени применимы к дискретному или непрерывному режиму работы.