Условия размораживания (скорость и т.п.) должны быть идентичны условиям замораживания, что недостижимо в обычных условиях (а сублимированный продукт в разморозке не нуждается).
Для продуктов животного происхождения такие факторы, как рН, сезонные различия в составе тканей, время, прошедшее до замораживания, влияют на качество не меньше, чем способы замораживания.
Упаковка:
Практика пищевой промышленности показывает, что несмотря на полную обезвоженность продукта (до остаточной влажности порядка 0,01%), несмотря на заполнение пакета инертным газом или создание там вакуума, в продукте могут происходить нежелательные процессы под действием солнечных лучей. Следовательно упаковка должна быть:
герметичной;
заполненной инертным газом;
металлизирована фольгой.
Инертный газ требуется, если говорить о длительном хранении, если нет гарантии целостности упаковки. Но и газонаполненные и вакуумные упаковки уже не являются проблемой даже в России, и этот вопрос (единственный!) можно считать закрытым.
Сублиматор
Вакуумная камера, где при остаточном давлении (например не более 100 Па, или 0,77 мм ртутного столба) лёд из предварительно замороженного продукта испаряется при температуре минус 20°С. Температурные режимы и остаточное давление варьируются в зависимости от поставленных задач. Камеры бывают самыми разнообразными и по форме и по методу загрузки сырья.
Условно в такой камере можно выделить такие устройства:
устройство для откачивания воздуха (вакуумный насос);
устройство для компенсации теплопотерь продукта при испарении влаги (спирали, ТЭНы, ИК-излучатели, ВЧ-излучатели);
устройство для отвода водяных паров (холодные стенки-конденсаторы и т.п.);
контрольно-измерительные устройства и приборы (КИП).
Преимущества предлагаемой техники
У предприятия Российского ВПК существуют компрессорные холодильные камеры, обеспечивающие температуру 100°С ниже нуля. Каскад фреона-13 охлаждают каскадом фреона-22, который охлаждается водой. Всё это циркулирует по кругу и кроме расходов на электромоторы компрессоров никаких затрат.
Российский ВПК имеет такие камеры для климатических испытаний приборов. Итак, первый вывод касается замораживания продуктов -- только компрессионная камера! (Аргументы смотри выше - «Замораживание»).
Принципиальная новизна вакуумного насоса
«Интеллектуальным прорывом» в области вакуумных насосов является создание низковакуумного насоса, работающего по турбовихревому принципу. Россия имела их уже в 1993 году. Ранее такие насосы изготавливались только для высокого вакуума, т.е. требовали предварительной откачки воздуха низковакуумным дешёвым насосом. Проблема технологии заключалась в том, что подобно лопаткам турбины самолёта, в материал лопаток внедряются молекулы газов из-за больших скоростей соударений. Этот процесс постепенно разрушает лопатки насоса (турбины). Сейчас проблема решена. Наши конструкторские бюро, запустив самолёты, не оставили без внимания и вакуумную технику (опять-таки только военную). А стоимость этих низко- и средне-вакуумных насосов-новинок сравнима с традиционными «низковакуумными дешёвыми» насосами. вакуумный охлаждение сублимация замораживание
Рисунок 1.4. Технологическая схема сублимирования.
Этот идеальный для сублимированиятурбовихревой насос позволяет полностью отказаться от дорогой в изготовлении и разорительной в эксплуатации конденсаторной части сублиматора. Ведь «старые» вакуумные насосы были критичны к парам воды, и воду приходилось намораживать в конденсаторе. Стоимость и размеры установки сублимационной сушки снизятся вдвое, т.к. «морозильник» отсутствует.
Принципиальная новизна вакуумного насоса наполовину снижает металлоёмкость, а эксплуатационную экономию подсчитать невозможно.
Принципиальная новизна метода компенсации теплопотерь
при сублимации -- активизация внутриклеточных ферментов
В отличие от 60-х годов, сегодня доступны микроволновые устройства (ВЧ).
В сравнении с традиционными ИК излучателями ВЧ-теплоприток интенсифицирует процесс сублимации в 100 раз (ранее в вакууме теплопередача ограничивалась теплопроводностью самого продукта).
Принципиальная новизна метода компенсации теплопотерь заключается отнюдь не в применении ВЧ-излучателя. Дело в режиме излучаемых частот, запатентованных и апробированных МАПП. «Многомодовое поле стоячих волн, спектр частот которого близок к спектру аномальной дисперсии воды». Активизируются внутриклеточные ферменты в результате воздействия МВ на ферментосодержащую систему. Что это значит? Требуются пояснения.
До сегодняшнего дня все технологии лишь сохраняли продукт, снижая его качество на каждой стадии технологической цепочки. Перспективность такой технологии в комментариях не нуждается!
Принципиальная независимость готового продукта
Готовый продукт независим от сезона, качества складских помещений, качества транспортных средств и т.д. Срок годности не имеет аналогов. В качестве питательной ценности (не энергетической, а именно питательной) не уступает свежим «живыми» продуктами. Обезвоженный продукт (малый вес) выгоднее в транспортировке и складировании.
Это единственный способ сохранить форму и все органолептические свойства свежего материала.
Вне конкуренции -- продажа узкосезонных деликатесов в течение всего года.
Маркетинговые проблемы
Продукты вакуумной сушки дискредитируют сублимационную идею, поскольку в представлении населения сублимационная и вакуумная сушка -- одно и тоже.
2. Конструкторско-технологический раздел
2.1 Описание установки
Проектируемая холодильная установка состоит из холодильного контура, холодильной камеры, вакуум-насоса и станины, на которую устанавливаются данные составляющие.
Холодильный контур включает компрессорно-конденсаторный агрегат, четырехходовой клапан, дроссельное устройство (капиллярная трубка), испаритель-воздухоохладитель и отделитель жидкости.
2.1.1 Компрессорно-конденсаторный агрегат
Данный тип агрегата фирмы Danfoss (рис. 2.1) состоит из поршневого герметичного компрессора, с вертикальным расположением оси коленчатого вала и из конденсатора воздушного типа. Марка агрегата FR6DLX, где[11]:
FR - тип компрессора;
6 - рабочий объем (см3);
DL - R404A/R507, высокое давление всасывания (HBP);
X - высокий пусковой момент;
Модификация: N0 - для капиллярных трубок без запорных вентилей.
В таблице 2.1 приведены технические характеристики компрессорно-конденсаторного агрегата.
Таблица 2.1 - Характеристики компрессорно-конденсаторного агрегата FR6DLXDanfoss
|
Холодопроизводительность аппарата (Вт) при температуре окружающей среды +43 °С и температуре кипения хладагента (°С) |
Рабочий температурный диапазон при температуре окружающей среды +43°C |
||||||||
|
-45 |
-40 |
-35 |
-30 |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-45…-10°С |
|
|
91 |
128 |
171 |
219 |
273 |
332 |
397 |
468 |
Рисунок 2.1 - Компрессорно-конденсаторный агрегат Danfoss:
H = 256 мм; W = 321 мм; D = 444 мм; a = 325 мм
2.1.2 Четырехходовой клапан
Проектируемая холодильная установка рассчитана на работу в двух режимах: режим «замораживания» и режим «размораживания». Это осуществляется благодаря четырехходовому клапану, позволяющему поменять направление движения хладагента (принцип реверсирования холодильного цикла). Схемы и принцип действия четырехходового клапана в разных вариантах рассмотрены на примере его работы в кондиционере и приводятся на рис. 2.2[9].
1 - компрессор, 2 - четырехходовой клапан, 3 - поршень, 4 - переходная капиллярная трубка четырехходового клапана, 5 - капиллярная трубка, 6 - внутренний блок кондиционера, 7 - внешний блок кондиционера, 8 - обмотка четырехходового клапана.
Рисунок 2.2 - Принцип работы четырехходового клапана
2.1.2.1 Работа клапана в режиме охлаждения
В режиме охлаждения обмотка соленоида обесточена, и управляющий клапан соединяет левую полость поршня (3) с линией всасывания перед компрессором (1). Поршень смещен влево и соединяет сторону нагнетания компрессора (1) с воздушным конденсатором (7). Сторона всасывания компрессора соединяется с испарителем (6)[9].
2.1.2.2 Работа клапана в режиме теплового насоса
В режиме обогрева находящаяся под напряжением обмотка (8) смещает управляющий клапан (2) вправо, позволяя соединить правую полость поршня (3) с входом в компрессор, меняя направление циркуляции хладагента - всасывающая сторона компрессора соединяется с воздушным конденсатором (7).
В нашей установке задействован четырехходовой клапан фирыDanfoss с электромагнитной катушкой 220 В[9].
2.1.3 Капиллярная трубка
Капиллярная трубка (рисунок 2.3)(свернутая в спираль тонкая длинная трубка)предназначена для дросселирования фреона от давления конденсации до давления кипения. Является простейшим регулятором потока холодильного агента. Благодаря низкой стоимости, надежности и простоте конструкции капиллярные трубки нашли широкое применение (сплит-системы, бытовые холодильники)[9].
Для проектируемой установки расчет длины капиллярной трубки в зависимости от подобранного сечения, будет осуществлен и представлен далее в пояснительной записке.
Рисунок 2.3 - Капиллярная трубка
2.1.4 Испаритель
Испаритель-воздухоохладитель состоит из медного змеевика испарителя (рисунок 2.4), медного цилиндра и воздушного вентилятора. Змеевик изготовлен из гладкой медной трубки диаметром 12 мм. Длина трубки и диаметр витка будут определены в ходе расчета. Цилиндр изготовлен из медного листа толщиной 0,8 мм. Вентилятор состоит из четырехлопастной пластиковой крыльчатки, которая устанавливается и крепится заклепочным соединением к двигателю мощностью 18 Вт.
2.1.5 Холодильная камера
Холодильная камера (рисунок 2.5) представляет собой стальной цилиндр, один торец которого герметично заварен. Передний торец имеет соединительный фланец, на который разъемным болтовым соединением герметично крепится оргстекло. Оргстекло диаметром 357 мм и толщиной 30 мм дает возможность наблюдать за изменением состояния продукта, располагаемого внутри камеры, в период работы холодильной установки. На задней торцевой части вмонтирована трехходовая втулка, на которую устанавливаются герметичные электрические разъемы. Герметичные разъем подводит внутрь цилиндра термопары для регулирования и измерения температуры внутри камеры, а также питание на вентилятор. Наружный контур цилиндр изолирован теплоизоляцией K-Flex.
К нижней части холодильной камеры приварены лапы.
Более подробное описание с указанием конструктивным размеров, расчет теплоизоляции, а также описание технологии изготовления камеры приведено далее в пояснительной записке.
Рисунок 2.4 - Змеевиковый испаритель
Рисунок 2.5 - Холодильная камера
2.1.6 Герметичный разъем
Герметичный разъем поводит внутрь холодильной камеры питание на вентилятор и термопары, которые для предназначены для регулирования и измерения температуры внутри камеры.
Разъем (рисунок 2.6) состоит из двух соединительных частей, изготовленных из алюминиевого сплава. Соединители состоят из герметичной приборной вилки и кабельной розетки. Каждый разъем имеет двенадцать медных контактов покрытых техническим серебром[3].
Рисунок 2.6 - Герметичный разъем
2.1.7 Отделитель жидкости
Отделитель жидкости(рисунок 2.7) устанавливается перед компрессором, чтобы предотвратить попадание жидкого холодильного агента в компрессор при изменении режима работы холодильной установки[9].
Рисунок 2.7 - Отделитель жидкости
2.2 Принцип работы холодильной установки
Компрессор сжимает пар холодильного агента, в результате чего его температура повышается. После, пар поступает в четырехходовой клапан, который в зависимости от установленного режима работы холодильной установки, направляет сжатый перегретый газ в воздушный конденсатор или в воздухоохладитель. В режиме замораживания (рисунок 2.8), сжатый пар поступает в конденсатор воздушного типа, где конденсируется, отдавая теплоту потоку воздуха, создаваемого вентилятором конденсатора. Затем жидкий хладагент поступает в капиллярную трубку, где он дросселируется, температура и давление его при этом понижаются.
Жидкий хладагент направляется в воздухоохладитель, отнимает теплоту от охлаждаемого объекта находящегося в холодильной камере. В холодильной камере, в которой находится теплообменник, при помощи вакуум-насоса создается вакуум, что способствует увеличению отвода теплоты от охлаждаемого объекта. В дальнейшем хладагент из испарителя через четырехходовой клапан поступает в отделитель жидкости, в котором происходит отделение оставшегося жидкого хладагента и отсасывание сухого пара компрессом. Тем самым, отделитель жидкости предотвращает возникновение влажного хода компрессорного агрегата.
В режиме размораживания (рисунок 2.8) сжатый в компрессоре пар нап-равляется четырехходовым клапаном в воздухоохладитель и тогда, последний выступает в роли конденсатора. Отдавая теплоту телу, находящемуся в камере, хладагент превращается в жидкость. Затем жидкий хладагент дросселируется, проходя через капиллярную трубку, и поступает в конденсатор, который уже выступает в роли испарителя. Далtt, пар через четырехходовой клапан, направляется в отделитель жидкости и после в компрессор.