Отрасль: научные и учебные заведения (эксперименты по пищевой науке)｜Регион: внутренний рынок ｜ Комплектация: криогенный шкаф с жидким азотом DKN-LFC-300 Информация о клиенте анонимизирована, конфигурация модели приведена как рекомендация по подбору для аналогичной производительности.
一、Предпосылки применения
Эксперименты по замораживанию в научных группах по пищевой науке и заводские производственные линии — это две разные вещи. Завод гонится за производительностью и выходом продукции, лаборатория — за тем, можно ли воспроизвести одну и ту же партию экспериментов: один и тот же рецепт, одна и та же начальная температура загрузки, одна и та же кривая замораживания — образцы, сделанные сегодня, и образцы, сделанные на следующей неделе, должны поддаваться сравнению. Партия образцов обычно составляет несколько десятков лотков, общий вес — от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов, ассортимент разнообразный, партии мелкие, и каждый раз замораживается что-то разное.
Для таких сценариев большая туннельная линия не подходит — туннельная линия подходит для непрерывной подачи одного вида продукции, а при смене вида образцов требуется чистить сетчатый транспортёр и перенастраивать параметры. Использовать холодильный шкаф или сверхнизкотемпературный морозильник ещё менее уместно: естественная конвекция даёт медленное охлаждение, разница температур между поверхностью и центром образца большая, кривая замораживания сильно растягивается, и выводы эксперимента трудно воспроизвести. Поэтому криогенный шкаф с жидким азотом стал обычным выбором для многих лабораторий: внутреннего объёма хватает для размещения партии лотков, охлаждение быстрое и регулируемое по интенсивности, партия образцов может пройти процесс замораживания за сравнительно короткое время.
二、Технологические сложности
Согласованность партий. В лаборатории при проведении сравнительных экспериментов, если скорость охлаждения при двух замораживаниях отличается на заметную величину, размер кристаллов льда будет разным, и последующие результаты по текстуре, потерям сока и наблюдениям под микроскопом не будут совпадать. Само оборудование требует высокой точности контроля температуры и стабильной скорости охлаждения без загрузки, а также должна быть зафиксирована методика работы оператора.
Загрузка, выгрузка и перемещение образцов. Как расставлены лотки, сколько лотков помещается в шкаф за один раз, как фиксируется время от загрузки до выгрузки — если для этих действий нет фиксированных рабочих мест и оснастки, разные операторы будут получать разное время замораживания.
Безопасность в условиях низких температур. Температура внутри криогенного шкафа может достигать -150℃, при открывании дверцы для загрузки-выгрузки холодный газ выходит наружу, а концентрация кислорода внутри шкафа замещается азотом. В лаборатории много людей и частая сменяемость персонала, поэтому мониторинг концентрации кислорода не может полагаться на наблюдение человеком.
三、Конфигурация решения
Для данного сценария подходит криогенный шкаф с жидким азотом DKN-LFC-300, основные параметры следующие (приведены из технической документации на продукцию):
| Пункт | Параметр |
|---|---|
| Внутренние размеры камеры | 900 × 1320 × 1800 mm (ширина×глубина×высота) |
| Наружные размеры оборудования | 1740 × 1730 × 2220 mm |
| Рабочая температура | -150℃ ～ комнатная температура |
| Точность контроля температуры | ±1℃ |
| Равномерность температуры | ±3℃ |
| Скорость охлаждения | не ниже 20℃/минута (без загрузки), может корректироваться по фактическим условиям |
| Производительность | 300 kg/h (различается в зависимости от продукта и способа упаковки) |
| Общая мощность | 2.5 kW |
| Хладагент | жидкий азот 5-8 BAR |
| Стеллаж и лотки | чистая высота стеллажа 1600 mm, ширина 605 mm, глубина 807 mm, за один раз можно разместить 40 лотков; лоток 400×600×25 mm из нержавеющей стали |
Логика конфигурации состоит из трёх пунктов: во-первых, чистая высота внутренней камеры 1600 mm в сочетании со стеллажом на 40 лотков позволяет загрузить партию образцов в шкаф за один раз, без необходимости набирать время партиями; во-вторых, точность контроля температуры ±1℃ и равномерность температуры ±3℃ означают, что образцы в разных местах шкафа находятся в одной температурной зоне, что снижает отклонения, связанные с положением; в-третьих, в качестве источника холода используется жидкий азот, скорость охлаждения регулируется величиной испарения, что улучшает сопоставимость разных партий при одной и той же уставке.
四、Технологические особенности
Перед загрузкой образцов в шкаф фиксируется начальная температура, после загрузки процесс идёт по заданной кривой охлаждения, температура в шкафу снижается со скоростью не ниже 20℃/минута без загрузки. В научных сценариях больше внимания уделяется тому, когда температура в центре образца проходит через зону максимального образования кристаллов льда (примерно от -1℃ до -5℃); скорость охлаждения на этом участке определяет размер кристаллов льда и является пунктом, который обязательно должен быть чётко указан в протоколе эксперимента.
В работе рекомендуется фиксировать три вещи: загрузку лотков по одному стандарту (одинаковый вес на каждом лотке для одного и того же вида продукции), фиксированное расположение на стеллаже, запись времени загрузки и выгрузки для каждой партии. Концентрация кислорода в шкафу контролируется по уставке 19.5%-21.5% (в таблице параметров данной модели указан пункт мониторинга концентрации кислорода, конкретная конфигурация подтверждается при заказе); после открывания дверцы для загрузки-выгрузки необходимо дождаться возвращения концентрации кислорода в безопасный диапазон, прежде чем входить для работы.
Жидкий азот является расходным материалом собственного обеспечения, подаётся при 5-8 BAR, расход газа напрямую связан с количеством образцов и начальной температурой загрузки; в лаборатории расчёт расхода газа по партиям точнее, чем по дням.
五、Область применения и рекомендации по подбору
Шкафная модель подходит для: сценариев с партиями от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов, с разнообразным ассортиментом и частой переналадкой, где требуется фиксированная кривая замораживания для сравнительных экспериментов — лаборатории вузов и научно-исследовательских институтов, центры R&D пищевых предприятий, производство малых партий высокоценной продукции.
Если партия образцов возрастает до тонного уровня и при этом ассортимент однородный и требуется непрерывное производство, шкафную модель следует заменить на туннельную: DKN-LFT-1206 с шириной сетчатого транспортёра 1200 mm и длиной 6 m, или DKN-LFT-1212 длиной 12 m — производительность и способность к непрерывной подаче выходят на новый уровень. При подборе сначала определяются три вещи — вес одной партии, форма образца (сыпучий материал/поддон/упаковка), целевая температура в центре, — а затем выбирается шкафная или туннельная модель; параметры подтверждаются по фактической продукции.