В последние годы сильный интерес у жителей России получают быстрого приготовления продукты. Внедряется мода на правильное питание и стремление к здоровому образу жизни твердят, что быстрое питание должно быть полезным и по возможности сбалансированным [1]. Этот факт и есть одной из основных причин развития рынка замороженных продуктов, а так же свежезамороженных ягод и овощей.
Срок хранения быстрозамороженных продуктов выше, чем продуктов замороженных при обычной заморозке. Быстрозамороженные продукты сохраняют лучше свои качества при длительном хранении, чем свежие. Таким образом, технология шоковой заморозки обеспечивает сохранность качества свежего продукта, и делает это лучше других способов консервирования и хранения [2].
Рассчитаем флюидизационный аппарат для замораживания гороха, для начальных данных возьмем производительность G =1000 кг/ч=0,278 кг/с. Температура воздуха на входе в грузовой отсек аппарата tв=-30℃, начальная температура продукта t1=10℃, а конечная t2=-18℃.
Оптимальную скорость движения воздуха в грузовом отсеке флюидизационного аппарата определяют по формуле [3]
wопт=2,25+1,95lgGед
wопт=2,25+1,95lg1,4(1)
wопт=2,53 м/с,
где Gед — масса единичного продукта, г (для гороха, пригодного для заморозки Gед=1,4 г).
Для устойчивой работы флюидизационного морозильного аппарата должно быть выполнено условие w_кр1
Значения этих скоростей определяют в зависимости от числа Архимеда по формулам
,(2)
,(3)
где 
– кинематическая вязкость воздуха, м/с (при 
); 
– диаметр наиболее крупной сферической части продукта, м (для горошка массой 
), 
.
Число Архимеда 
определяют по формуле
,(4)
здесь 
– ускорение свободного падения, м/с2;
, 
– плотность соответственно продукта (для горошка
) и воздуха (при 
), 
.
,
.
Оптимальная скорость движения воздуха в грузовом отсеке аппарата, найденная по зависимости (1), гарантирует устойчивую работу флюидизационного морозильного аппарата.
Коэффициент теплоотдачи от площади поверхности продукта к воздуху определяют из соотношения вида 
или 
, откуда
,(5)
где
– теплопроводность воздуха, при
,
Тепловая нагрузка от продукта при его замораживании можно найти по формуле:
,(6)
где 
, 
– удельная теплоемкость продукта соответственно охлажденного (для гороха
) и замороженного (для гороха 
; 
– температура начала замерзания соков в продукте, 
(для гороха 
); 
; 
-скрытая теплота замораживания, Дж/кг, 
– температура хранения горошка 
; m – почасовой грузооборот в сутки, кг/сутки, m=1000кг; 3600-количество минут в сутки.
Тогда,
Вт,
Площадь поверхности решетки определяется по формуле:
,(7)
где 
– удельная теплоемкость воздуха; 
– температура нагрева воздуха в флюидизированном слое (в грузовом отсеке аппарата); ориентировочно составляет 
(принимаем 
).
Проектируем флюидизационный аппарат универсальным, т.е. для замораживания продуктов как в «кипящем» (флюидизированном), так и в плотном слоях. С этой целью поддерживающая решетка выполняется в виде непрерывной конвейерной ленты, изготовленной из плетеной сетки с ячейками размером 3×3 мм, выполненной из нержавеющей стали.
Ширину конвейерной ленты 
принимаем 0,8 м, тогда длина ленты:
(8)
.
Высоту неподвижного слоя продукта на решетке ориентировочно принимаем 
.
Тогда масса продукта на решетке:
(9)
где 
– насыпная плотность продукта, 
(для горошка 
).
,
Объем циркулирующего воздуха
(10)
.
Масса циркулирующего воздуха:
(11)
.
При расчете флюидизационного морозильного аппарата должно быть выполнено равенство:
,(12)
где 
, 
– теплоприток соответственно от площади поверхности находящегося на решетке продукта и от замораживаемого воздухом продукта, Вт.
Теплоприток от площади поверхности находящегося на решетке продукта
,(13)
где 
– площадь поверхности сферических частиц продукта, находящихся на решетке,
(14)
.
Теплоприток от замораживаемого воздухом продукта
(15)
.
Продукт непрерывно вводится в аппарат с температурой 
и непрерывно выводится из него с температурой 
. Интенсивное перемешивание частиц продукта в замораживаемом слое приводит к выравниванию температур отдельных частиц. С достаточной для инженерных расчетов точностью можно принять, что температура продукта постоянна по всему объему и равна температуре выходящего из аппарата продукта.
(16)
.
Тогда действительная масса находящегося на решетке продукта:
(17)
.
Действительная высота насыпного слоя на решетке
(18)
.
Действительная температура воздуха на выходе из грузового отсека аппарата определяется по формуле:
(19)
,
Прочность флюидизированного слоя продукта находят из зависимости:
(20)
,
Здесь 
.
.
Высота флюидизированного слоя продукта:
,(21)
где 
– порозность насыпного слоя (для горошка 
.
,
Продолжительность замораживания продуктов сферической формы в аппарате 
определяют по формуле:
.(22)
(23)
.
Тогда 
.
Длина аппарата:
,(24)
где
– диаметр барабана транспортера; 
– зазор между барабаном и торцевыми стенками туннеля (со стороны загрузки и разгрузки); 
– толщина стенки аппарата с изоляцией.
,
Ширина аппарата:
(25)
где , 
– ширина соответственно ленты транспортера и центробежного вентилятора, м (ориентировочно принимаем 
).
,
Высота аппарата:
(26)
где 
– ориентировочная высота секции воздухоохладителя; 
– зазоры по высоте аппарата.
,
Теплоприток через ограждения аппарата составляет 
.
Тепловой эквивалент работы вентиляторов воздухоохладителей ориентировочно принимают в размере 30% от
.
Тогда:
.
Теплоприток от поступающего в аппарат через окна загрузки и выгрузки воздуха принимают в размере 40% от 
:
.
Тогда:
.
Разность между температурами воздуха и холодильного агента из-за сравнительно небольшого изменения температуры воздуха в грузовом отсеке аппарата () можно принять как среднюю арифметическую, и она составит при температуре кипения холодильного агента 
(27)
.
Тогда 
Для непрерывной работы морозильного аппарата воздухоохладитель изготовляют из шести самостоятельных секций, изолированных друг от друга специальными перегородками. Так как одна из них периодически отключается для оттаивания, в морозильном аппарате непрерывно работают только пять секций. Поэтому расчетная теплопередающая площадь поверхности каждой секции:
(28)
Полагаем, что воздухоохладитель будет изготовлен из труб размером 38×25 мм, оребренных лентой толщиной 0,8 мм и высотой ребра 30 мм с шагом оребрения 20 мм. Площадь поверхности охлаждения одного погонного метра такой трубы составляет 
.
Литература:
- Сборник примеров расчетов и лабораторных работ по курсу «Холодильное технологическое оборудование» / [Голянд М. М., Малеванный Б. Н., Печатников М. З., Плотников В. Т.]. — Легкая и пищевая пром-сть, 1981. — 168 с.
- Голянд М. М., Малеванный Б. Н. / Холодильное технологическое оборудование. Учеб. для вузов. — М.: Пищевая промышленность. — 1977г. 336 с., ил.
- Курылев С. Е., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. «Холодильные установки» Политехника. Санкт-Петербург, 2000 год.
- Колач С. Т. «Холодильное оборудование для предприятий торговли и общественного питания.
