The art of air blast freezing: Design and efficiency considerations

more, one above the other thus reducing floor space to
a minimum. Spiral freezing is one of the most currently
used methods in the freezing industry for large
production needs due to its convenience, reduced floor
space, flexibility and efficiency
[19]
(
Fig. 2
).
3. Fluidised bed freezers are used to freeze particulate foods of
uniform size and shape such as peas, cut corn, diced carrots,
and strawberries. The foods are placed on a mesh conveyor belt
and moved through a freezing zone in which cold air is directed
upward through the mesh belt and the food particulates begin
to tumble and float. This tumbling exposes all sides of the food
to the cold air, thus the product is individually quick frozen
(IQF). Typically, heat transfer coefficients range from 110 to
160 W/m
2
K (
Fig. 3
).
4. Impingement jet freezers are straight-belt freezers involving
only one step where the top, or more generally, both faces of
the product receive very high velocity air at low temperature
via uniformly distributed nozzles. The jets break the stagnant
boundary layer surrounding the product, leading to a consid-
erable increase in the heat-transfer coefficient, up to
300 W/m
2
K. The performance is comparable to cryogenic
freezers in relation to freezing time and weight, but at a much
lower cost (typically half the price).
Table 1
summarises the characteristics and operating parame-
ters of the freezers described above. The cooling air temperature for
each freezers ranges between 30 and 45

C. With similar cooling
air temperatures, it is the air velocity over the product that is the
main factor affecting the heat transfer coefficient.
5. Products blast frozen
Typical products frozen in air blast freezers include but are not
limited to:
 Meat e carcasses, cartons, large individually wrapped cuts,
cured or processed, hamburger patties
 Poultry e whole bird or pieces, processed or breaded products
 Fish e whole or eviscerated, fillets or small diced pieces, pro-
cessed or breaded products, shellfish, prawns and shrimp
 Fruits e small size (whole), large size (sliced), purée or pulp
 Vegetables e small and medium size, leafy
 Other e Cheese and butter, dough, bread and baked products,
pre-cooked ready meals
Selecting which freezing method to use is usually determined by
quality specifications, economics and availability. Each food
product has its own unique characteristics which determine their
appropriate freezing temperature and freezing rate. Seafood, such
as prawns, requires faster freezing rates than red meat to maintain
their texture and taste. As such, prawns are suited to Individual
Quick Freezing (IQF) methods such as fluidised bed freezers. Red
meat however, does not require IQF freezing methods to maintain
quality and can be adequately frozen in tunnel freezers.
6. Packaging
It is common practice to freeze meat or fish products in their
transport packaging. Packaging is important in air blast freezing as
it prevents dehydration, freezer burn and adherence by freezing
and oxidation. The detriment of packaging is a decrease in heat
transfer and hence an increase in the freezing time due to the
insulating properties of the packing material and excess enclosed
air.
Fig. 4
shows a typical temperature versus time graph of pack-
aged and unpackaged meat products in an air-blast freezer.
Fig. 4
clearly illustrates the increased freezing time as a result of
packaging. Stage 1 refers to the sensible cooling from the product
inlet temperature (usually chilled) to freezing, stage 2 the latent
heat extracted during crystallisation and stage 3 the sensible
cooling from the freezing temperature to the desired storage
temperature.
Table 2
shows the heat transfer resistance of pack-
aging for frozen beef and fish. It may be noted from the Table that
the heat transfer resistance due to packaging can account for up to
59% of the total resistance when fish is the product being frozen. For
beef, the portion of heat transfer resistance from packaging is less
at 38%, but still significant.
Food Packaging must perform three functions: i) Control the
local environmental conditions to enhance storage life. This is
usually met by the packaging layer closest to the food. Typical
examples include sealed plastic film and tin-plated cans. ii) Display
the product in an attractive manner for the potential buyer.
iii) Protect the product during handling and transit. Corrugated
cardboard is commonly used which unfortunately is a very good
insulator. To reduce freezing times, cartons should use single layer
cardboard with a high heat transfer coefficient on the top and
bottom as this is where the surface area is largest.
7. Air blast freezer operation and design
Air blast freezers are designed to supply cool air over the food
product with a uniform air velocity throughout the freezer
[23e28]
.
Most operation problems are related to improper positioning of the
pallet or cart in the freezer
[29]
. Therefore, it is imperative the
pallets and products are stacked in such a way that the air is free to
move over the entire product. The stacking method must enable
the cold air to circulate between the trays or boxes unhindered. For
carton freezing, a spacer up to 70 mm should be implemented to
allow sufficient air velocity between cartons
[30]
. Boast
[18]
recommends an air space equal to approximately 50% of the
product thickness. Air temperature must be at least
35

C, and in
some cases
45

C
[31]
. This equates to a refrigerant evaporation
temperature of
42

C and
52

C respectively.
Fig. 2.
Schematic of a typical spiral belt freezer.
Fig. 3.
Schematic of a fluidised bed freezer.

tải về 1.05 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: