Контактные аппараты для быстрого замораживания в криогенных жидкостях применяют в холодильной промышленности с 60-х годов прошлого века.
В аппаратах контактного замораживания в криогенных жидкостях в качестве хладагента чаще всего используют жидкий азот, реже – сжиженный диоксид углерода и фреон.
Можно выделить два способа замораживания с использованием жидкого азота: по первому – способу погружения – ленту конвейера транспортирующую замораживаемые продукты, опускают в ванну с жидким азотом. Поскольку хладагент непосредственно соприкасается с продуктом, замораживание происходит очень быстро;
по второму – способу опрыскивания – замораживаемые продукты орошают жидким азотом, а образующийся газ служит для предварительного их охлаждения и домораживания. Большинство современных криогенных морозильных аппаратов работают именно по этому принципу.
На рис.5 представлена принципиальная схема азотного скороморозильного туннельного аппарата.
Рис. 5. Азотный скороморозильный туннельный аппарат
Скороморозильный аппарат состоит из трех зон: зоны предварительного охлаждения 4 продукта, зоны замораживания 6 и зоны выравнивания температур 8, а также из теплоизолированной плиты (основания) 16, установленной на опорах 15, на которой размещается теплоизолированный подъемный короб 2. Между плитой и подъемным коробом для уплотнения проложена прокладка. На торцевых поверхностях короба 2 расположены загрузочное 17 и разгрузочное 9 окна.
На верхней части зоны 4 расположено попарно 10 осевых вентиляторов 3, электродвигатели которых размещены на наружной поверхности крышки короба 2. Эти вентиляторы обеспечивают движение потока холодных паров азота перпендикулярно движущейся ленте конвейера 10, что позволяет интенсифицировать охлаждение продукта, расположенного на ленте конвейера.
Пары азота на выходе из зоны 4 удаляются через отверстие, расположенное у загрузочного окна 17 короба 2, которое соединено с системой отсоса 1 отработанных паров азота с помощью центробежного вентилятора. За счет одновременной работы вентилятора системы отсоса 1 паров азота и осевых вентиляторов 3 во внутреннем объеме зоны предварительного охлаждения 4 создается достаточно интенсивное движение потока газообразного азота в продольном и поперечном направлениях, обеспечивая необходимое охлаждение продукта, проходящего через эту зону.
В зоне замораживания 6 установлена металлическая вставка 7, ограничивающая эту зону, на боковых поверхностях которой имеются окна для прохода ленты конвейера.
Привод конвейера, включающий электродвигатель 13 и цилиндрический редуктор 12, располагается на отдельном фундаменте. Движение ленты конвейера от редуктора осуществляется с помощью цепной передачи 11.
Из емкостей жидкий азот по трубопроводу через фильтр и электромагнитный клапан поступает в азотный коллектор 5, расположенный в зоне замораживания 6. Коллектор выполнен из трех параллельно расположенных труб. В каждой трубе установлены 12 форсунок, через которые жидкий азот распыляется на замораживаемые продукты, находящиеся на движущейся ленте конвейера.
Для контроля температуры внутри скороморозильного аппарата и регулирования расхода жидкого азота в трех сечениях аппарата установлены термодатчики 14. Система регулирования подачи жидкого азота выполнена так, что можно регулировать его расход по заданной температуре любого из трех термодатчиков 14.
Целесообразность применения жидкого азота как хладагента, несмотря на его высокую стоимость, обусловливается следующими факторами: небольшими габаритами и простотой конструкции установок; хорошим качеством замораживаемых продуктов и небольшой их усушкой; отсутствием потребности в дополнительном холодильном оборудовании; возможностью организации непрерывного процесса, что снижает затраты труда; регулированием производительности скороморозильных установок в широких пределах; возможностью автоматизации процесса. Однако широкого распространения этот способ пока не получил по экономическим соображениям.