Kryogene Frostersysteme

Flüssigstickstoff oder flüssiges Kohlendioxid wird eingekauft und in einem Lagertank unter Druck gelagert. Das Kältemittel wird als Flüssigkeit in den Froster geleitet und direkt auf das Produkt angewendet. Je nach Kältemittel, Frostertyp und Art des Lebensmittels sind hierfür verschiedene Verfahren möglich. Allerdings ist das Kältemittel ein Verbrauchsmittel und mit Ausnahme von sehr ungewöhnlichen Umständen nur einmal verwendbar.

Kryogene Frostersysteme sind mit mittlerem Investitionsaufwand, minimalen Kosten für vorbeugende Instandhaltung und einem kleineren, flexibleren Platzbedarf verbunden. (Kryogene Froster können an einem Wochenende installiert oder abgebaut werden.) Allerdings variieren die Preise für Flüssigstickstoff oder flüssiges Kohlendioxid je nach geografischem Standort des Verarbeitungsbetriebs, und die Kosten dieser Art von Kühlung können mehr als dreimal so hoch ausfallen wie bei einer mechanisch hergestellten Kühlung.

Im Gegensatz zur mechanischen Kühlung tendiert das kryogene Frosten zur „Krustenbildung“ an der Außenseite des Produkts, wodurch ein übermäßiger Feuchtigkeitsverlust verhindert wird. Dies kann je nach Produkt als Qualitätsvorteil betrachtet werden.

Haupttypen kryogener Tunnel:

Flachband-Tunnelfroster
Das Band ist über die gesamte Länge des Systems flach. Entweder LN2 oder CO2.

Multipass-Tunnelfroster
Das Band ist über die gesamte Länge des Systems flach, allerdings sind drei (oder mehr) Bänder übereinander vorhanden. Am Ende der ersten Ebene wird das Produkt auf die zweite Ebene geladen und zum Zufuhrende des Systems zurückgeführt, wo es auf die dritte Ebene geladen und zum Auslaufende des Frostersystems geführt wird. Entweder LN2 oder CO2.

Stollenband-Tunnelfroster
Das Förderbandsystem besteht aus drei oder mehr kurzen geneigten Bändern, die das Produkt von einem Mitnehmer zum nächsten rieseln lassen. Dies ist ausgezeichnet für kleine Lebensmittelprodukte geeignet, die dazu neigen, bei Berührung aneinander zu frieren. Indem die einzelnen Stücke in Bewegung bleiben, können große Mengen kleiner Lebensmittelprodukte wie beispielsweise Fleischwürfel, Beeren oder Gemüse einzeln schnell gefrostet werden (IQF). Entweder LN2 oder CO2.

Tauchfroster
Das Lebensmittelprodukt wird durch ein Bad aus Flüssigstickstoff geführt. Es handelt sich hierbei um die schnellstmögliche Wärmeübertragungsrate, die im Bereich des kryogenen Frostens möglich ist. Diese Methode erzielt jedoch im Vergleich mit anderen Tunnelverfahren nur eine niedrige kryogene Wirkung (bei höherem Stickstoffverbrauch). Allerdings haben sich LN2-Tauchfroster in Kombination mit Spiralfrostern (kryogen oder mechanisch) als sehr effizient für die Produktions- und Ertragssteigerung (niedrigere Dehydrationskosten) und bei der Vermeidung von Schäden am Boden der Lebensmittel durch das Spiralband erwiesen. Nur LN2.

Spiralfroster
Das äußere Erscheinungsbild der Spirale ähnelt dem eines großen, rechteckigen Kastens. Darin befinden sich Bandspiralen rund um eine Stützwalze, wobei jede Lage einige Zoll höher ist. Das Produkt wird üblicherweise unten in die Spirale geführt und tritt oben an der Box wieder aus. Obwohl die Wärmeübertragungsraten niedriger ist als bei anderen kryogenen Anlagen, kann dieses System bis zu 137 m (450 ft) Band enthalten und bietet damit sehr hohe Produktionsraten. Entweder LN2 oder CO2.

Chargenfroster (Schrankfroster)
Diese Bauart sieht wie ein großer Schrank aus. Das Lebensmittelprodukt wird auf Tabletts geladen und in ein Gestell geschoben. Dieses Gestell wird dann in den Froster geschoben. Nach Abschluss des Frostens werden das Gestell und das Produkt aus dem Schrank genommen. Das System nimmt sehr wenig Stellfläche in Anspruch, allerdings ist die Produktion üblicherweise auf einige hundert Kilogramm pro Stunde beschränkt. Obwohl es sich nicht um einen Inline-Froster handelt, machen sein relativ günstiger Preis und seine Vielseitigkeit diesen Froster zu einem Favoriten von Jungunternehmen, und er ist auch für Entwicklungsprojekte sehr beliebt. Entweder LN2 oder CO2.

Tumbler
Hierbei handelt es sich um ein langes, geneigtes Drehrohr. Das System arbeitet mit Schwerkraft und einem Innenaufbau zum Transport des Produkts und wird für kleine Lebensmittelprodukte verwendet, die dazu neigen, bei Berührung aneinander zu frieren. Wie die Froster mit Mitnehmerfunktion produziert das System ein IQF-Produkt. Nur CO2.

Funktionsweise von LN2 in einem kryogenen Tunnelfroster:

Die meisten Stickstofftunnel mit geradem Band (der häufigste Typ) nutzen den Gefrierwert aus der Umwandlung von Flüssigstickstoff in Dampf (latente Verdampfungswärme, 200.000 m2/s2) und blasen dann den sehr kalten Dampf immer wieder über das Produkt, um so viel Kälte wie möglich zu gewinnen, bevor der Dampf vom Froster abgeleitet wird (Dampfabscheidung). Flachband-LN2-Tunnel sind so konstruiert, dass LN2 am Ausgang des Frosters auf das Lebensmittelprodukt gesprüht und der kalte Dampf zurück zum Eingang des Frosters gedrängt wird. Damit wird die im Dampf verfügbare Kühlung möglichst effizient genutzt.

Funktion von CO2 in einem kryogenen Tunnelfroster:

Flüssiges CO2 wirkt in einem Froster völlig anders als Flüssigstickstoff. CO2 wird in Rohren als Hochdruckflüssigkeit (300 psi) durch den Tunnel geleitet, doch sobald es durch die Einspritzdüse tritt, expandiert es zu einer Mischung aus Gas und winzigen Trockeneispartikeln (bei -78,3 °C [-109 °F]). Der Feststoff in Form von Trockeneis, im Allgemeinen als Trockeneis-„Schnee“ bezeichnet, wird über die Oberfläche der Lebensmittelprodukte geführt, deren Wärme rasch zu einem Sublimieren (Verdampfen) des Trockeneises bzw. zu einem direkten Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand führt. Die Kühlwirkung von CO2 ist das Resultat der latenten Verdampfungswärme (573.000 m2/s2 in fester oder, gängiger ausgedrückt, 279.000 m2/s2 in flüssiger Form). Während Stickstofftunnel die kühlende Wirkung der Verdampfung der Flüssigkeit und der Erwärmung des Dampfs nutzen können, sind CO2-Tunnel hauptsächlich so ausgelegt, dass sie die Kühlung der Verdampfung von Trockeneis-Schnee nutzen. Ein CO2-Flachbandtunnel sieht im Grunde wie ein LN2-Tunnel aus, mit dem Unterschied, dass LCO2 direkt nach dem Eintritt in den Tunnel in das Produkt injiziert wird, und das nahezu über 70% der Tunnellänge.

Wirkung von CO2 und LN2 in Spiralfrostern:

Grundsätzlich werden Stickstoff und Kohlendioxid in einem Spiralfroster sehr ähnlich verwendet. Beide Kryogene werden auf der gesamten Bandlänge von angrenzenden Verteilern injiziert. Sowohl flüssiger Stickstoff als auch CO2-Schneepartikel werden nahezu unmittelbar verdampft, und die Kühlwirkung des Dampfes wird maximal genutzt, indem eine starke Luftbewegung durch die Lüfter erzeugt wird, die hauptsächlich entlang der äußeren Bandkanten positioniert sind (Dampf-Stripping). Dieser Frostertyp verwendet beide Kryogene auf hochwirksame Art und Weise.

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