Фризер: понятие, устройство и принцип действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Фризер: понятие, устройство и принцип действия

Цель работы: изучение теоретических основ процесса производства мороженого, знакомство с классификацией фризеров, изучение устройства и принципа действия фризера и выполнение его расчета.

Задачи:

1. Изучить процесс фризерования.

2. Изучить устройство, принцип работы и классификацию фризеров.

3. Выполнить основные технологические расчеты фризера.

4. Вычертить схему фризера

Общие сведения:

Фризерование - процесс, при котором смесь мороженого частично замораживается и насыщается воздухом. Смесь поступает во фризер при температуре от 2 до 6°С (оптимальная температура 2-4°С); на первой, стадии фризерования происходит дальнейшее охлаждение смеси, затем ее частичное замораживание (вымораживание) с образованием мелких кристалликов льда. На количество вымороженной воды влияет главным образом содержание сахара в мороженом: чем выше содержание сахара в смеси мороженого, тем ниже должны быть температуры замораживания. Чем ниже температура фризерования и чем лучше циркуляция смеси во фризере, тем быстрее образуются кристаллы льда и тем они мельче. В мороженом хорошей структуры величина кристаллов льда не должна превышать 60-80 мкм.

С образованием кристаллов льда повышается концентрация незамерзшей части раствора в смеси и понижается температура замерзания. По мере отвода тепла увеличивается количество замороженной воды и понижается температура мороженого. К концу фризерования температура смеси во фризере достигает -4…-6°С; в результате фризерования вымораживается 30-60% воды, содержащейся в смеси. В дальнейшем в процессе закаливания в морозильных камерах, закалочных шкафах и скороморозильных аппаратах температура мороженого понижается до -18…-20°С и количество вымороженной воды составляет 70-80%. При длительном хранении мороженого температура понижается до -25°, в результате чего 90% воды превращается в лед.

Выгружаемое из фризера мороженое должно иметь консистенцию густой сметаны, пасты или густого крема (незакаленное, или мягкое, мороженое).

Одновременно с замораживанием во фризере происходит насыщение смеси воздухом (взбивание). Взбитость выражают в процентах прироста объема мороженого против первоначального объема смеси.

Фризеры бывают непрерывного и периодического действия. В промышленности используются преимущественно фризеры непрерывного действия. По сравнению с фризерами периодического действия преимущества фризеров непрерывного действия являются высокая производительность, меньшие энергетические затраты на единицу продукции, более высокое качество продукта.

Важнейшими узлами фризеров являются рабочий цилиндр (с механизмом взбивания), который с внешней стороны охлаждается, системы охлаждения рабочего цилиндра и подачи продукта в него. В рабочем цилиндре подготовленный продукт частично замораживается и насыщается воздухом. Как правило, фризеры изготовляются с одни цилиндром, но существуют и фризеры, в которых может быть размещено от двух до шести цилиндров с последовательным или параллельным прохождением продукта. Приводное устройство конструируется различно: с одним электродвигателем для двух цилиндров или с электродвигателями для каждого цилиндра, работающими самостоятельно. Система охлаждения бывает аммиачной (реже фреоновой) или рассольной, обеспечивающей охлаждение продукта до температуры -3…-5°С. Система подачи продукта осуществляет впуск в рабочий цилиндр вместе с продуктом также и воздух для насыщения им продукта.

На рис. 1 показан фризер непрерывного действия Е4-ОФЛ для получения мороженого из сливочной, молочной и других смесей производительностью 250-400 кг/ч. Подготовленная для взбивания смесь мороженого из бака 7 подается в рабочий цилиндр 5 фризера двухступенчатым насосом, установленным на станине 3. Цилиндр фризера включает мешалку, которая приводится во вращение с помощью привода 6. Насадка 8 предназначена для наполнения продуктом цилиндра фризера. В цилиндре происходит термомеханическая обработка продукта: дробление воздушных пузырьков и равномерное их распределение в массе продукта, а также раздробление слоя льда, намерзающего на стенках цилиндра. На выходе готового мороженого из цилиндра установлен клапан противодавления, после которого поток мороженого выходит из фризера через выпускной кран 4.

Жидкий аммиак, предназначенный для охлаждения и замораживания смеси мороженого из трубопроводов 2 и 9 поступает в регулирующий вентиль и аккумулятор 1, а далее в рубашку фризера для охлаждения взбиваемой массы. Через отверстия в стенке рубашки жидкий аммиак проходит в кольцевой зазор, в результате чего продукт во фризере охлаждается. Парожидкостная смесь из рубашки возвращается в аккумулятор 1, в котором капли жидкого аммиака отделяются от пара, а последний отсасывается из системы компрессором.

мороженое фризер технологический

Рис. 1. Фризер непрерывного действия Е4-ОФЛ: 1 - аккумулятор; 2, 9 - трубопровод; 3 - станина; 4 - выпускной кран; 5 - рабочий цилиндр; 6 - привод; 7 - бак; 8 - насадка.

Цилиндр фризера с приемным бункером и впускным клапаном показан на рис. 2. Привод мешалки состоит из электродвигателя 8, клиноременной передачи 7, подшипникового узла 6 и шнека 9. Между лопастями мешалки и внутренней стенкой цилиндра имеется небольшой зазор. Вал мешалки со стороны привода уплотнен съёмной резиновой гофрированной манжетой. В приемный бункер 2, снабженный теплоизоляцией 5, вместимостью 10 л заливают жидкую смесь мороженого температурой 12-18°С до нижней кромки крышки впускного клапана 3. Необходимое количество смеси поступает через впускной клапан 4 в цилиндр 12. Хладагент R22 поступает по штуцеру 10 и кипит в испарителе 11, образованном цилиндром 12 и наружной обечайкой. После включения фризера температура кипения R22 постепенно понижается и через 8-9 минут достигает -23…-26°С. При этом жидкая смесь охлаждается на стенках цилиндра до -5°С и замерзает. Во время процесса охлаждения мешалка взбивает смесь, внедряя в нее воздух, а затем снимает замерзшее мороженое со стенок цилиндра и перемещает его в сторону выпускного устройства 1. Продолжительность приготовления мороженого 10-15 мин.

Рис. 13.2. Цилиндр фризера с приемным бункером и выпускным клапаном. 1 - выпускное устройство, 2 - приемный бункер, 3 - крышка впускного клапана, 4 - впускной клапан, 5 - теплоизоляция, 6 - подшипниковый узел, 7 - клиноременная передача, 8 - электродвигатель, 9 - шнек, 10 - штуцер, 11 - испаритель, 12 - цилиндр.

Задание: выполнить расчет фризера если заданы:

толщина слоя срезаемого мороженого ?м.ср = 0,2•10-4 м; число оборотов ножевого вала n = 450 мин-1; внутренний диаметр цилиндра D = 0,10 м; длина ножа l - 0,80 м; процент поступившего во фризер воздуха s = 50%; наружный радиус мешалки с ножами rн = 0,05 м; внутренний радиус мешалки с ножами rвн = 0,025 м; число ножей z = 6 шт.; содержание СОМО, в процентах к общему весу, К = 10,5%; содержание сахара, в процентах к весу смеси, Z = 16%; содержание воды в смеси, в процентах к весу смеси, Wc = 69,7%; угол установки ножа ? = 38°; плотность исходной смеси, поступившей на фризерование, ?см = 1010 кг/м3; температура мороженого tм = -3°С.

Методика расчета

Определение производительности фризера.

Производительность фризера Пм, кг/ч, определяют по формуле:

где ?м.ср - толщина слоя срезаемого мороженого, м; z - число ножей, шт.; n - число оборотов ножевого вала, мин-1; Fc - внутренняя поверхность морозильного цилиндра, м²:

где D - внутренний диаметр цилиндра, м; l - длина ножа, м; ?с - средний удельный вес срезаемых слоёв, кг/м³ (?с = 894 кг/м³); Фп - средний коэффициент плавления срезаемого слоя (Фп = 1,35); Фнс - средний коэффициент срезания слоя (Фнс = 1,15).

Расчет количества замороженной воды.

Процентное количество замороженной воды Wз, %:

где K - содержание СОМО, процент к общему весу, %; Z - содержание сахара, процент к весу смеси, %; tм - температура мороженого, °С; Wc - содержание воды в смеси, процент к весу смеси, %; А - эмпирический коэффициент, учитывающий содержание лактозы и солей в СОМО и понижение температуры замерзания, вызываемое присутствием этих веществ, и определяемый по формуле:

где В - поправочный коэффициент (В = 6).

Расчет мощности, затрачиваемой на привод.

Мощность затрачиваемая на срезание слоя мороженого N1, кВт, рассчитывается по формуле:

где ?м.ср - толщина слоя срезаемого мороженого, м; ?м.ср - скорость срезания слоя мороженого, м/с; определяемая по формуле:

где D - внутренний диаметр цилиндра фризера, м; n - число оборотов ножа, мин-1; ? - угол установки ножа, °; Pм.ср - механическое напряжение при срезании мороженого, Н/м².

Механическое напряжение при срезе мороженого Pм.ср, Н/м²:

где Рл - механическое напряжение при срезании слоя льда, Н/м² (Рл = 98100 Н/м²); ?м.ср - плотность слоя срезаемого мороженого, кг/м³, определяется по формуле:

где - плотность исходной смеси, поступившей на фризерование, кг/м³; s - процент поступившего во фризер воздуха, %; ?л - плотность льда, кг/м³ (?л = 900 кг/м³).

Мощность на трение и на вращение мешалки с ножами в вязкой среде N2, кВт, можно определить приближенно по следующей формуле:

где ?тр - коэффициент трения (?тр = 0,517); rн - наружный радиус мешалки с ножами, м; rвн - внутренний радиус мешалки с ножами, м; ? - угловая скорость вращения ножей мешалки, рад/с (? = ?n/30); Фдоп - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты мощности при усложнении конструкции мешалки (Фдоп = 1,2…1,5).

Мощность электродвигателя N, кВт, определяется по формуле:

где ? - КПД привода мешалки фризера (? = 0,85).

Оформление работы

- цель работы;

- теоретическая часть, в которой излагаются теоретические основы процесса фризерования;

- расчетная часть, в которой приводится расчет фризера по предлагаемому варианту из таблицы (табл. 1), описание конструкции и принципа действия фризера;

- графическая часть, в которой дается схема фризера.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое процесс фризеорования?

2. Какова оптимальная температура смеси для фризерования?

3. В чем заключаются особенности стадий фризерования?

4. Какие факторы влияют на качество готового продукта?

5. Какова классификация фризеров?

6. В чем преимущества фризеров непрерывного действия перед фризерами периодического действия?

7. Опишите конструкцию фризера, его основные узлы и их функционирование.

Таблица 1

Размещено на Allbest.ru