Оборудование камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой
Содержание
Введение 3
1 Литературный обзор
2 Обоснование выбора режима холодильной обработки 14
3 Описание оборудования и принцип его действия 16
4 Определение расчётных технологических параметров 18
5 Расчёт конструктивных и габаритных размеров оборудования 22
6 Тепловой расчёт оборудования 25
7 Определение рабочих характеристик оборудования 28
Заключение 35
Литература 36
Введение
Большое количество технологических
процессов различных
Безусловно, главным потребителем холода является пищевая промышленность. Воздействие холода на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования, вызывает минимальные изменения их основных свойств: питательной ценности, вкуса, массы, внешнего вида. В общемировом масштабе наблюдается дефицит продуктов питания, обусловленный, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии обеспечить себя необходимым рационом питания. В то же время, по данным Международного института холода, ежегодно теряется до 30% (около миллиарда тонн) всех производимых в мире продуктов. Не менее половины из указанного количества – скоропортящиеся продукты, сохранение которых возможно лишь с помощью холода /1/.
1 Литературный обзор
1.1 Технологические условия хранения замороженных продуктов Интенсивность дыхания плодоовощной продукции изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону. При хранении замороженных продуктов поддерживается такой, чтобы ферментативные процессы тормозятся намного сильнее, чем в охлажденных продуктах, и при этом останавливается жизнедеятельность микрофлоры. Температура воздуха в таких камерах поддерживается постоянной на протяжении всего срока хранения. Допустимым значением температуры замороженных продуктов является минус 12°С. Температуру же большинства продуктов стараются поддерживать на уровне минус 18… минус 20°С при сроке хранения 1…18 месяцев. При краткосрочном хранении (менее одного месяца) можно поддерживать более высокую температуру воздуха, но не выше минус 12 °С. Некоторые продукты необходимо хранить при пониженных температурах. Например, жирную рыбу хранят при температуре минус 25… минус 35 °С, так как в ней содержатся жирные кислоты, которые поддаются окислению и гидролизу.
Требования, предъявляемые к температуре воздуха:
1) высокая равномерность температурного поля в грузовом объеме камеры (tк ± 0,5 °С);
2) постоянство равновесной температуры камеры на протяжении всего срока хранения (допустимые колебания температуры во времени не более
± 0,5 °С).
При колебаниях температуры в тканях продукта происходит перекристаллизация – создаются более большие кристаллы льды. В результате этого возможно механическое разрушение клеток и их обезвоживание. При оттаивании таких продуктов часть клеток не восстанавливается, то есть ухудшается качество продукта.
Относительная
влажность воздуха в камерах
хранения замороженных продуктов должна
быть максимально высокой, вплоть до
100%. Как правило, относительная влажность
в камере не регулируется, а само
устанавливается в зависимости
от вида сберегаемого продукта, температуры
воздуха в камере, условий теплообмена
на поверхности продукта и прибора
охлаждения. Если в камере хранения
само устанавливается относительная
влажность на уровне 98…100%, то это
указывает на незначительную сублимацию
влаги с поверхности
Скорость движения воздуха в грузовом объеме камеры должна быть минимальной, на уровне естественной конвекции – 0,1…0,2 м/с. В камерах, оснащенных воздухоохладителями скорость воздуха не должна превышать
0,3 м/с. Чем меньше скорость воздуха, тем менее интенсивно сублимируется влага с продукта, тем меньше его потери от усушки.
Расположение груза в камере должно обеспечивать максимальное использование ее грузового объема. Замороженные продукты укладывают на поддоны, создавая плотные штабели. При большой высоте штабелей их укрепляют разборными металлическими каркасами.
Относительная усушка при хранении неупакованных замороженных продуктов составляет 1…2 % в год. При этом ледяные укрытия, экраны и понижение температуры хранения применяют только в камерах длительного хранения продуктов (длительность хранения составляет 4…18 месяцев). Усушка при хранении растительного сырья, вызванная испарением влаги, пропорциональна количеству теплоты, подводимой к штабелю.
Использование регулируемой газовой среды в камерах хранения замороженных продуктов является нецелесообразным /1/.
1.2 Охлаждающие приборы и их расположение в камере
В камерах хранения замороженных продуктов применяют различные системы охлаждения. Их выбор необходимо проводить с учетом особенностей хранения плодоовощной продукции. В камерах хранения замороженных продуктов применяют батареи или воздухоохладители.
При хранении
неупакованных продуктов
В настоящее время используют оребренные или листотрубные батареи, которые располагают на пути внешних теплопритоков. Пристенные батареи делают однорядными и устанавливают их в верхней части вдоль внешних стен. Холодный сухой воздух после батарей опускается вниз, создавая тем самым воздушный занавес, уменьшающий поступление тепла к сберегаемому продукту.
Потолочные
батареи располагают над
Воздушное охлаждение применяют для камер хранения упакованных продуктов, которые не поддаются усушке, в камерах краткосрочного хранения коммерческих и торговых холодильников вместе с увлажнителями воздуха. Воздушное охлаждение создает равномерное температурное поле по всему грузовому объему камеры. Если продукт не упакован герметично, то побудительное движение воздуха увеличивает усушку. Но если понизить температуру камеры до минус 28… минус 30 °С, то усушка продукта будет такой же, как в камерах с батарейным охлаждением при температуре на уровне минус 18… минус 20 °С.
Камеры хранения оснащиваются безканальной,
одно- или двухканальной системами
охлаждения. Обычно компактные оребренные
воздухоохладители
а – у верхней части стен; б – у потолка
Рисунок 1 – Схемы камер хранения с воздухоохладителями
Для увеличения дальнобойности струи применяют на нагнетательной стороне специальные насадки – сопла.
Безканальная система воздухораспределения не обеспечивает равномерность поля скоростей воздуха по объему камеры. Она более проста в монтаже и не требует капитальных затрат на изготовление воздуховодов.
Также применяют (особенно в больших камерах) канальные системы распределения воздуха (рисунок 2).
1 – нагнетательный канал с соплами; 2 – воздухоохладитель; 3 – центробежный вентилятор; 4 – всасывающий канал
Рисунок 2 – Схема канального распределения воздуха в камере хранения
При
этом большой
Если в камере с продуктами осуществляется принудительная циркуляция воздуха, то осуществляется возможность поддержания равномерной температуры его, а также принудительная циркуляция почти препятствует проникновению воздуха внутрь штабеля.
На рисунке 3 представлен еще один вариант системы охлаждения камеры хранения – двухканальная.
Рисунок 3 – Схема двухканального распределения воздуха в камере хранения
Одно-
и двухканальная система
Скорость воздушного потока, выходящего с сопла воздухоохладителей, достигает 15 м/с. Расширяясь, воздушный поток эжектирует воздух со штабеля продуктов, который расположен под воздушным потоком. При этом скорость движения воздуха в середине штабеля находится в пределах 0,1…0,3 м/с. В зоне затухания воздушной струи в дальнем конце камеры скорость потока уменьшается до 0,3…0,5 м/с.
Наиболее быстро тепло от штабеля с пищевым продуктов отводится в камерах с системой активного вентилирования (рисунок 4).
Рисунок 4 – Схема с системой активного вентилирования
Особенностью
данной системы является то, что
воздух в охлажденном состоянии
подается в нижнюю часть штабеля,
при этом создавая эффект схождения
направлений движения воздуха с
естественным направлением движения и
воздуха с принудительной циркуляции.
Недостатком такой системы
Среди достоинств воздушного охлаждения следует отметить следующие: высокий коэффициент теплопередачи (10...20 Вт/(м2×К)); равномерное температурное и скоростное поле камеры; малые металлоемкость и затраты холодильного агента; автоматическое удаление инея; заводское изготовление воздухоохладителей. Недостатками являются следующие факторы: дополнительный расход электроэнергии на привод двигателей вентиляторов и дополнительные теплопритоки, связанные с работой двигателей вентиляторов; повышенная усушка неупакованных продуктов и увеличение холодопроизводительности установки в связи с необходимостью отвода теплоты с камеры, которая эквивалентна потребленной мощности вентиляторов /2/.
1.3 Системы охлаждения камер, которые обеспечивают уменьшение потерь от усушки
Теплозащитная рубашка /2/. Принцип действия теплозащитной рубашки основан на локализации теплопритоков до поступления их в грузовой объем камеры хранения скоропортящихся продуктов. С этой целью создают холодильник с двумя слоями внешних теплоизолированных ограждений, между которыми циркулирует воздух. Средняя температура циркулирующего воздуха между слоями при этом равна температуре камеры (рисунок 5).
1 – внешние теплоизолированные ограждения камеры; 2 – воздухоохладители; 3 – продух; 4 – дополнительный слой теплоизолированных ограждений; 5 – грузовой объем камеры
Рисунок 5 – Принципиальная схема камеры с теплозащитной рубашкой, оборудованная воздухоохладителями
Воздух
циркулирует в объеме продуха
с помощью вентилятора
В продухе вместо воздухоохладителей можно устанавливать и батареи (рисунок 6). Тогда толщина продуха будет составлять 0,6 м.
Рисунок 6 – Принципиальная схема камеры с теплозащитной рубашкой, оборудованная батареями
Недостатками данной теплозащитной системы являются повышенные изначальные капитальные затраты (3...5 %); повышенные потери грузового объема камер и невозможность отвода внутри камерных теплопритоков. Из-за этих недостатков такая система охлаждения серьезного распространения не получила.
Панельные батареи изготовлены из стального листа толщиной 1...1,5 мм. К батареям приварены трубы диаметром 32…38 мм. с толщиной стенки 3 мм и шагом 300 мм. Батареи представляют собой горизонтальные коллекторные секции, которые установлены вдоль верхней части внешних стен камер, а также вдоль потолка камер одноэтажных и верхних этажей многоэтажных холодильников. При этом осуществляется нижняя подача холодильного агента в батареи. При работе батареи температура в центре ребра равна или ниже температуры воздуха в камере (рисунок 7).
1 – внешние теплоизолированные ограждения; 2 – потолочный продух; 3 – потолочная панельная батарея; 4, 5 – зашивка потолка плоским шифером; 6 – пристенный продух; 7 – пристенная панельная батарея; 8 –воздухонепроницаемый материал
Рисунок 7 – Принципиальная схема с панельной системой охлаждения
Пристенные продухи шириной 0,1…0,2 м образовываются батареями, между нижней кромкой которых и полом камеры закреплены экраны из воздухонепроницаемого материала (например, полиэтиленовая пленка). Потолочные продухи, которые отделены от пристенных, образуются батареями и листами плоского шифера, положенного сверху в зазоре между секциями батарей. Зазор между потолочными батареями перекрываются асбоцементными листами. Высота потолочных продухов определяется высотой силовых элементов строительной конструкции.
Среди достоинств
панельной системы охлаждения в
сравнении с теплозащитной
Панельная система охлаждения и система охлаждения с теплозащитной рубашкой чувствительны к внутренним теплопритокам, так как часть поверхности охлаждающих приборов находится в продухах. Вследствие этого температурный режим в камерах с такими системами охлаждения восстанавливается более продолжительное время, чем в системах бесканального и канального распределения воздуха. Поэтому такие системы рекомендуется использовать на холодильниках с малой грузовой оборотностью.
Динамическая изоляция (рисунок 8) представляет собой изоляцию ограждений камер, в которой навстречу тепловому потоку, который идет извне, медленно движется охлажденный воздух с камеры, который принимает значительную часть тепла, которое поступает в камеру. Так называемый динамический коэффициент теплопроводности W меньше обычного (статического) коэффициента теплопроводности l изоляционного материала в 1,5…2 раза.
1 – внешние ограждения; 2 – продух; 3 – ограждения с динамической изоляцией; 4 – грузовой объем камеры; 5 – воздухоохладитель
Рисунок 8 – Принципиальная схема с динамической изоляцией
Внешние
ограждения камеры не имеют тепловой
изоляции. В ограждениях с динамической
изоляцией использован
Данная
теплозащитная система имеет
ряд недостатков: невозможность
отвода внутренних теплопритоков с
камеры; выпадение льда на внутренней
поверхности динамической изоляции
при колебаниях температуры камеры;
сложность конструкции
Система воздушного охлаждения с активным увлажнением камеры, предложенная и разработанная сотрудниками кафедры холодильных установок ОГАХ, представлена на рисунке 9.
В первоначальном варианте для увлажнения камеры использовался внешний воздух. Малая его часть (менее 1 % от основного потока воздуха, циркулирующего через воздухоохладитель) забиралась с атмосферы и
1 – теплоизоляционные ограждения; 2 – экран; 3 – грузовой объем камеры; 4 – всасывающий воздуховод; 5 – воздухоохладитель; 6 – вентилятор; 7 – трубопровод подачи воздуха к увлажнителю; 8 – увлажнитель; 9 – грузовой коридор; 10 – трубопровод подачи влажного воздуха в камеру
Рисунок 9 – Принципиальная схема камеры хранения с воздушным охлаждением и увлажнением воздуха
подавалась специальным вентилятором в основной воздушный поток, выходящий с воздухоохладителя в камеру. Соответствующее количество удалялось с камеры. Этот вариант позволил увеличить относительную влажность воздуха камеры до 100 %, но требовал очистительные устройства и специальную автоматику для регулирования количества подмешивающегося воздуха, поэтому параметры внешнего воздуха изменялись в широких пределах на протяжении суток.
В данной схеме подмешивающийся воздух с высоким влагосодержанием специально приготавливается с помощью увлажнителя, основанного на принципе паровой бани. Простая автоматика поддерживает относительную влажность воздуха на уровне 100 % в дальнем конце камеры в месте входа воздуха в заэкранное пространство. При этом в камере поддерживает незначительное перенасыщение воздуха влажностью.
Воздушно-экранная система охлаждения (рисунок 10) осуществляет внекамерную локализацию теплопритоков, проникающих через перекрытия. Кратность циркуляции воздуха в грузовом объеме камеры изменяется вследствие образования двух контуров циркуляции воздуха.
Рисунок 10 – Принципиальная схема с воздушно-экранной системой охлаждения для хранения плодоовощной продукции
Температурный градиент по высоте камеры составляет не более 0,8 °С, а в штабеле – не более 1 °С. Но существенным недостатком данной системы является недостаточное поступление воздуха в штабель с плотной укладкой продукции.
Сравнительный
анализ систем охлаждения проводится
на основании характеристик
1 – температура воздуха в камере; 2 – температура в штабеле
Рисунок 11 – Графики изменения температуры по высоте штабеля и камер с батарейной (а), воздушной (б), смешанной (в), панельной (г), воздушной с активным вентилированием (д), воздушно-экранной (е) системами охлаждения
2 Обоснование выбора режима холодильной обработки
После первичной обработки мясные туши, полутуши и четвертины размещают на подвесных путях и охлаждают в холодильных камерах. Температура и скорость движения воздуха в камере охлаждения мяса должны быть одинаковы во всех точках объема камеры. Расстояние между полутушами и тушами на подвесных путях 30 … 50 мм; нагрузка на 1 погонный метр подвесного пути для говядины составляет 250 кг.
В зависимости от способа охлаждения существует насколько способов охлаждения мяса: в камере хранения при постоянной температуре в течении всего процесса охлаждения. В этом случае температура в камере составляет 00С, а относительная влажность воздуха – 87…97%. Процесс охлаждения мяса заканчивается при достижении температуры мяса в толще бедра +2 … +40С и продолжается 30 … 36 часов. В камере интенсивного охлаждения ускорение процесса охлаждения происходит за счет снижения температуры воздуха и увеличением скорости движения воздуха в камере. Увеличение скорости движения охлаждающего воздуха до 1…2 м/с позволяет в два раза сократить процесс охлаждения. При температуре воздуха в камере минус 8 … минус 120С и указанной скорости его движения продолжительность охлаждения до средней конечной температуры по объему бедра +3 … +40С составляет 6…8 часов. При таком интенсивном охлаждении между поверхностными и глубинными слоями будет наблюдаться значительная разность температур. Интенсивно охлажденное мясо потом направляют в камеру хранения с температурой +20С.
В зависимости от времени охлаждения и усушки мяса существует несколько способов охлаждения мяса: медленное охлаждение производят в камерах охлаждения при температуре воздуха 0 … +30С и скорости его движения 0,1…0,3 м/с. При этом длительность процесса медленного охлаждения для говядины составляет 24 … 36 ч при снижении температуры в толще бедра с +380 С до +40С. При этом потеря массы зависит от способа разделки и упитанности туш. При мокрой разделке усушка колеблется от 1,2% до 2,28% от массы туш, при сухой – от 0,82% до 1,62%. Ускоренное охлаждение осуществляется при подаче воздуха с температурой 00С со скоростью движения 0,5 м/с. Длительность процесса составляет до 24 ч. Усушка для говядины 1-й категории – 1,59%. Быстрое охлаждение осуществляют в камерах туннельного типа. При одностадийном методе охлаждения температура воздуха поддерживается на уровне минус 30С, скорость его движения 0,8 м/с. Длительность процесса составляет для говядины 16 ч. При этом усушка для говядины 1-й категории составляет 1,38%.
При двухстадийном методе охлаждения на первой стадии процесс осуществляют до температуры в толще мышц +100С. Температура воздуха поддерживается на уровне минус 3…минус 50С. Длительность первой стадии составляет 10 … 12 ч. Вторая стадия охлаждения осуществляется при температуре воздуха минус 1,0…минус 1,50С и при скорости его движения 0,1…0,2 м/с в течение 8 … 10 ч. Охлаждение ведут до температуры в толще мышц 00С. Усушка для говядины 1-й категории при двухстадийном методе составляет 1,2%. сверхбыстрое охлаждение осуществляют методом душирования в камерах туннельного типа в две стадии. На первой стадии охлаждение производят при температуре воздуха минус 10 … минус 120С в течение 6 .. 7 ч. При скорости движения воздуха 1 … 2 м/с до температуры в толще бедра +18 …+220С. За этот период температура в поверхностном слое достигает минус 10С, а внутри бедра: +15…+180С – у говядины, +13 .. +150С – у свинины. Доохлаждение мяса осуществляют при температуре воздуха минус 1,0…минус 1,5 0С, при скорости движения воздуха 0,1 … 0,2 м/с в течение 10 … 12 ч для говядины и 10 … 15 ч для свинины.
Усушка при двухстадийном методе составляет 1,0%. При таком способе возможно «холодное» сокращение мышц, поэтому с целью его избежания мясо предварительно подвергают электростимулированию или выдерживают его при температуре воздуха минус 10...минус 120С в течение 12 ч.
Из приведенных
данных видно, что повышение скорости
охлаждения способствует снижению потерь
массы. Так же, для уменьшения усушки
полутуши обертывают простыней или
упаковывают в полимерные пленочные
материалы. Применение этого способы
помимо снижения усушки позволяет улучшить
санитарно-гигиенические
После охлаждения поверхность мяса не должна быть увлажнена, покрыта корочкой подсыхания, мышцы упругие. Ограничение верхнего предела температуры охлажденного мяса +40С обусловлено объективными причинами: выше этой температуры возможен быстрый рост микрофлоры, в том числе сальмонелл, которые хорошо развиваются в диапазоне +7…+450С, при понижении температуры ниже криоскопической мясо замораживается, резко изменяя свои свойства /4/.
3 Описание оборудования и принцип его действия
План камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой охлаждения представлен на рисунке 12

- Оборудование литейных цехов
- Оборудование машиностроительных производств
- Оборудование машин производства
- Оборудование однопутного участка железной дороги устройствами автоблокировки
- Оборудование перегона участка железной дороги устройствами автоблокировки
- Оборудование ПОП
- Оборудование поста для ручной дуговой сварки, принадлежности и инструменты сварщика
- Оборудование для формования путем выдавливания
- Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств. Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С
- Оборудование. Измельчительно-режущие машины
- Оборудование инвентарь по физвоспитанию дошкольников
- Оборудование и расходные материалы для создания и форм офсетной печати
- Оборудование и установка для производства формальдегида
- Оборудование и химические реактивы используемые для мойки деталей и агрегатов автомобиля