Проектировка холодильных камер

  Содержание 

  Введение

  1. Анализ современных объектов  аналогичного назначения

  1.1 Общие сведения об охлаждении  и замораживании пищевых сред

  1.2 Назначение и классификация оборудования  для охлаждения и замораживания

  1.2.1 Классификация оборудования 

  1.2.2 Конструкции холодильников и  камерного оборудования

  1.3 Патентная проработка проекта

  1.3.1 Камера холодильной обработки  мяса с системой увлажнения  воздуха

  1.3.2 Конструкции камерных приборов  охлаждения

  1.4 Формулирование идеи реконструкции  и обоснование технического решения

  2 Расчетная  часть

  2.1 Расчет теплоизоляции пола камеры  замораживания

  2.2 Расчет конденсации влаги на  стеновых панелях

  2.3 Определение толщины теплоизоляции  всасывающего трубопровода холодильной  установки

  2.4 Определение площади теплопередающей  поверхности охлаждающих батарей

  2.5 Расчет необходимого количества  воздухоохладителей коридора

  2.6 Расчет массового расхода приточного  воздуха в камере замораживания

  2.7 Расчет воздушной завесы для  двери холодильной камеры

  3 Ремонт  монтаж и эксплуатация холодильного  оборудования и трубопроводов

  3.1 Монтаж холодильного оборудования  и трубопроводов

  3.2 Испытание трубопроводов

  3.3 Порядок монтажа элементов холодильной  проводки

  3.4 Установка трубопровода и арматуры

  4 Безопасность  и экологичность проекта

  4.1 Безопасность жизнедеятельности  в производственной среде

  4.1.1 Опасные и вредные производственные  факторы (ОВПФ)

  4.1.2 Физически опасные и вредные производственные

  факторы

  4.1.3 Оценка химически опасных и  вредных производственных факторов

  4.2 Безопасность при чрезвычайных  ситуациях 

  Заключение

  Список  используемых источников

  Введение 

  Наряду  с ростом холодильных емкостей постоянно  развиваются холодильное машиностроение и приборостроение. Холодильные  машины выпускают преимущественно  в виде автоматизированных агрегатов. Большое внимание уделяется конструированию  и изготовлению мелких автоматизированных холодильных машин, что позволяет  оснастить холодом значительное количество предприятий торговли и  общественного питания

  Холод применяется во многих отраслях промышленности: в химической, горнорудной, металлургической и др. Особенно большое применение получил холод в пищевой промышленности для хранения скоропортящихся продуктов, а также в технологическом  процессе производства пищевых продуктов  при их термической обработке  и транспортировке железнодорожным и другим транспортом.

  Для сохранения и переработки все  возрастающего количества пищевых  продуктов необходимо значительное повышение объемов и темпов строительства  холодильников и холодильного оборудования, а также техническое совершенствование  существующих холодильных предприятий.

  Использование холода, особенно искусственного, значительно  улучшает санитарно-гигиеническое  состояние продуктов во время  технологических процессов производства, хранения и торговли ими в течение всего года.

  Холод на мясоптицеперерабатывающих предприятиях применяют в следующих процессах:

  охлаждение  мяса, субпродуктов, жира и других продуктов  убоя скота;

  хранение  охлажденных продуктов;

  замораживание мяса, мякотных и костных мясоблоков, субпродуктов, мясных полуфабрикатов, фабрикатов и эндокринно-ферментного сырья, готовых мясных блюд при температурах от - 30 до - 40° С;

  хранение  замороженных продуктов;

  охлаждение  мясных продуктов при производстве колбас, копченостей, перетопке жиров, выработке фасованной продукции  и полуфабрикатов;

  вытопка жиров - при кристаллизации для выделения  олеомаргаринов, стеарина;

  выработка смазочных масел из технических  жиров;

  охлаждение  рассола для посола шкур;

  сублимационная  сушка медицинских препаратов;

  изготовление  льда, используемого в производстве колбасных и других изделий;

  кондиционирование воздуха в производственных помещениях для создания определенных технологических  режимов и комфортных условий  работы.

  Мясо  и продукты убоя скота подразделяются на парные - не отдавшие еще своей  животной теплоты; остывшие в естественных условиях при температуре окружающего  воздуха выше 0°С; охлажденные - температура в толще около 0 0С, но не выше 4 °С; мороженые - температура в толще ниже -6 °С.

  В птицеперерабатывающей промышленности холод используется для охлаждения, замораживания и хранения тушек  кроликов, птицы и дичи, а также  при хранении яиц и меланжа.

  1. Анализ современных объектов  аналогичного назначения 

  1.1 Общие сведения об охлаждении  и замораживании пищевых сред 

  Охлаждение  — процесс понижения температуры  пищевых продуктов (но не ниже криоскопической) с целью задержания биохимических процессов и развития микроорганизмов.

  Это один из основных способов холодильного консервирования продуктов без  изменения их структурного состояния.

  По  принципу переноса теплоты способы охлаждения подразделяются на три группы:

  путем конвекции (охлаждение продуктов в  воздухе, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также в жидких средах);

  в результате фазовых превращений (интенсивное  испарение части содержащейся в продукте воды при его вакуумировании);

  смешанным теплообменом (передача теплоты осуществляется конвекцией, радиацией и за счет теплообмена при испарении влаги  с поверхности продукта).

  Замораживание — процесс понижения температуры  ниже криоскопической на 10.. .30 °С, сопровождаемый переходом почти всего количества содержащейся в нем воды в лед. Способы замораживания (контактные и бесконтактные) подразделяются на три группы:

  замораживание в кипящем хладагенте;

  замораживание в жидкостях как промежуточных  хладоносителях;

  замораживание в воздухе как промежуточном  хладоносителе.

  1.2 Назначение и классификация оборудования  для охлаждения и замораживания 

  1.2.1 Классификация оборудования

  В основу классификации аппаратов  для охлаждения и замораживания  пищевых сред положены следующие  признаки: назначение цикла холодильной  установки, способы получения холода, число ступеней охлаждения, вид и  число рабочих веществ, температурный  уровень охлаждения, полезная холодопроизводительность и др.

  Представленная  на рис. 1 (см. прилож.) система и классификация использует наиболее существенный технологический признак холодильной обработки пищевых продуктов, который во многом определяет их качество.

  Обычно  охладительные установки и охладители классифицируют на: непрерывного и  периодического действия, открытые и  закрытые, плоские и круглые, трубчатые  и пластинчатые, однорядные и многорядные (пакетные), односекционные и многосекционные, прямоточные и противоточные. Среди аппаратов для охлаждения пищевых сред наибольшее распространение получили охладители открытого (оросительные и резервуарные) и закрытого (трубчатые и пластинчатые) типов. Для охлаждения мяса, мясопродуктов, птицы, рыбы, масла, сыра, фруктов и овощей используются камеры или туннели. Камеры охлаждения могут быть цикличного (периодического) или непрерывного действия. Они представляют собой теплоизолированные помещения, оборудованные подвесными конвейерами, приборами охлаждения и системами воздухораспределения. Туннель представляют собой теплоизолированные помещения, по ширине которых вдоль туннеля расположены три (четыре) подвесных пути, а воздух охлаждают с помощью воздухоохладителей различного типа. Камеры замораживания могут быть с естественной и принудительной циркуляцией воздуха, тупиковыми и проходными, периодического и непрерывного действия. Они оснащаются подвесными путями или стоечными поддонами. В камерах с естественной циркуляцией устанавливают пристенные и потолочные охлаждающие батареи, а с принудительной циркуляцией воздуха — воздухоохладители и специальные системы воздухораспределения. Морозильные аппараты бывают воздушными, плиточными и контактными. Воздушные морозильные аппараты представляют собой теплоизолированные туннели, внутри которых размещены охлаждающие батареи, вентиляторы и транспортирующие средства. Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания упакованных продуктов (рыбного филе, мяса в блоках, плодоовощных наборов и др.) и имеют систему непосредственного охлаждения. Замораживание в контактных аппаратах проводят методом орошения или погружения. Фризеры бывают периодического и непрерывного действия, а эскимогенераторы карусельного типа. Льдогенераторы служат для приготовления снежного и чешуйчатого льда, причем снежный лед получают в льдогенераторах вертикального и горизонтального типов. По назначению различают бытовые холодильники, морозильники и холодильники-морозильники. В зависимости от способа получения холода бытовые холодильники могут быть компрессионными, абсорбционными и термоэлектрическими. В зависимости от способа их установки — напольными типа шкафа, напольными типа стола и блочно-встраиваемыми. В зависимости от числа камер — одно-, двух- и трехкамерными. Установки криогенного замораживания подразделяют на рефрижераторные, ожижительные и газоразделительные. Рефрижераторные установки предназначены для охлаждения и термостатирования, ожижительные — для перевода вещества в жидкое состояние, а газораспределительные—для разделения газовых смесей на составные компоненты. 

  1.2.2 Конструкции холодильников и  камерного оборудования

  Холодильник — это промышленное специально оборудованное  здание с холодильной компрессорной  установкой, обеспечивающей в здании температурно-влажностный режим, соответствующий  технологическим нормам хранения или  производства пищевых продуктов.

  В холодильниках поддерживают пониженную температуру воздуха (-12° ч -30°С) и  повышенную относительную влажность  — 80-95%.

  Для создания и поддержания таких  параметров воздуха здания холодильников  сооружают без окон, они имеют  мощную тепловую изоляцию кровли, наружных и внутренних ограждений, дверей, оснащаются оборудованием для охлаждения помещений  и устройствами для предотвращения промерзания грунта в основании  здания.

  Различают следующие типы холодильников:

  Заготовительные холодильники предназначены для  первоначальной холодильной обработки, кратковременного хранения и подготовки заготовляемых продуктов к транспортировке  на торговые предприятия или распределительные  холодильники.

  Производственные  холодильники являются составной частью пищевых предприятий и осуществляют холодоснабжение технологических  процессов производства. Их используют для охлаждения, замораживания и  хранения сырья и готовой продукции. Примером может служить холодильник  мясокомбината (рис . 1.1) .

  Распределительные холодильники предназначены для  создания и хранения резервных, сезонных, текущих и страховых запасов  скоро портящегося сырья и  готовой продукции, обеспечивающих ритмичность производства пищевых  отраслей и равномерное снабжение  пищевыми продуктами населения в  течение года.

  1 - переходная галлерея с туннелем предохлаждения (температура воздуха tВ =-20єС, скорость движения 6 м/с ); 2 – туннель предохлаждения перед охлаждением; 3 - туннель предохлаждения перед замораживанием; 4 - камера замораживания; 5 - камера программированного охлаждения; 6 - камера хранения охлажденного мяса; 7 – разгрузочный коридор; 8 – камера хранения мороженого мяса; 9 – экспедиция; 10 – железнодорожная платформа; 11 - авторефрижераторная платформа; 12 – машинное отделение.

  Рисунок 1.1 - План холодильника мясокомбината 

  Базисные  холодильники предназначены для  длительного хранения резервов скоропортящихся  продуктов (госрезервы).

  Холодильники  продовольственных баз предназначены  для обслуживания торговой сети небольших  городов. На эти холодильники поступают  пищевые продукты с производственных и распределительных холодильников.

  Перевалочные  холодильники предназначены для  кратковременного хранения грузов при  передаче их с одного вида транспорта на другой, например, с железнодорожного транспорта на автомобильный и наоборот.

  Холодильники  предприятий розничной торговли и общественного питания предназначены  для краткосрочного хранения запасов  продуктов, которые реализуются  предприятиями в течение нескольких дней.

  Холодильники  смешанного назначения могут выполнять  функции перечисленных выше видов.

  По  грузовместимости холодильники подразделяют на малые (до 500 т), средние (до 5000 т) и  крупные (свыше 5000 т). Грузовместимость (емкость) холодильников выражают в  тоннах условного груза. За условный груз принимается мясо в полутушах, имеющее при укладке на пол  в штабель объемную массу 0,35 т/м2 или при размещении на подвесных путях загрузку 0,25 т на 1 м пути (исключая распределительные пути и стрелки). Конструкции здания холодильника подразделяют на несущие и ограждающие. Схемы данных конструкций приведены на рисунке 1.2 . Ограждающие конструкции защищают помещения здания от воздействия внешней среды (стены и покрытия) или условий соседних помещений (межэтажные перекрытия в многоэтажных холодильниках, полы, внутренние стены). Несущие конструкции воспринимают вес ограждающих конструкций, содержимого холодильника ( если груз подвешен на подвесных путях ), а также оборудования для транспортировки и холодильной обработки грузов .В одноэтажных холодильниках несущие конструкции монтируют из сборных железобетонных элементов-колонн, балок и плит покрытия. Сетка колонн 6x12 м. Стены самонесущие. Нагрузка на пол до 4000 кг/м2. 

  а - стена: 1 - цементно-известковая штукатурка по металлической сетке; 2 - теплоизоляция; 3 - пароизоляция; 4 - битумная грунтовка; 5 - цементная штукатурка; 6 - кирпичная стена; 7 - штукатурка цементным раствором ;

  б - стуктура стены холодильника: l - перегородка кирпичная с плиточной теплоизоляцией; 2 - кирпичная кладка; 3 - цементно-известковая штукатурка по сетке; 4 - пароизоляция; 5 - плиточная изоляция; 6 - штукатурка; 7 - антисептированные рейки, покрытые битумом ;

  в - покрытие одноэтажного холодильника: 1 - кровельный ковер из рулонных материалов; 2 - защитный слой из окатанного гравия; 3 - пять слоев гидроизола или рубероида на горячей битумной мастике; 4 - холодная битумная грунтовка; 5 - армобетонная стяжка; 6 - керамзитовый гравий слоем от 100 до 330 мм; 7 - пенополистирол ПС-БС; 8 - пароизоляция; 9 - железобетонная конструкция покрытия; 10 - металлические стойки .

  Рисунок 1.2 – Строительно–изоляционные конструкции холодильников 

  В наружных стенах зданий можно выделить три основных слоя. Средний слой — тепловая изоляция из теплоизоляционных  материалов. Наружный слой — несущий, выполняется из кирпича или железобетонных панелей . Между наружным слоем и тепловой изоляцией осуществляется пароизоляция, защищающая тепловую изоляцию от увлажнения.

  Третий  слой — внутренний — оштукатурен  и предназначен для защиты теплоизоляции  от разрушения при грузовых работах  на холодильнике.

  В последнее время строят одноэтажные  холодильники из облегченных конструкций. Элементы наружных стен и покрытия монтируют из облегченных трехслойных  панелей "сэндвич" (рис 1.3). В этом случае большие холодильные камеры могут быть без внутренних колонн. Здания холодильников такого типа бывают двух видов; с внутренним или наружным каркасом.

   1 - профилированный лист из стали  или алюминия (δал=3 мм); 2 - теплоизоляция  (пенополиуретан); 3 - гнутый профиль из стали или алюминия; 4 - полиэтиленовый колпак на эпоксидной смоле; 5 - уплотняющий профиль из эластичного пенополиуретана; 6 - бакелизированная фанера; 7 - герметизирующая мастика; 8 - участок теплоизоляции, пропитанный синтетическими смолами .

  Рисунок 1.3 - Конструкция наружной стены из панелей «сэндвич» 

  Данная  строительная конструкция холодильника и, в частности, его теплоограждающая конструкция являются на сегодняшний день самой передовой среди существующих в данной области. 

  Рисунок 1.4 - Схема строительной конструкции  холодильника из панелей «сэндвич» 

  В отличие от существующих зданий холодильников, каркасы которых выполняются  из сборных железобетонных конструкций  с многослойными ограждающими стенами  из кирпича или железобетонных панелей  с тепловой изоляцией, каркас холодильных  модулей выполняется из металлических  рам, профильного железа и трубных  стоек, а стены — из теплоизолированных пенополиуретаном панелей типа "сэндвич". Такая конструкция модуля позволяет транспортировать его в разобранном виде по железной дороге и автомобильным транспортом (рис.1.4).

  Холодильник имеет каркас из колонн 6 и балок 10. Сетка колонн имеет размеры 6Ч6 (36) м. С помощью крепежных элементов  к колоннам крепятся изолирующие  стеновые панели «сэндвич» 7, а на балки  укладываются потолочные панели 8. Верх холодильника покрывается кровлей 9, имеющей дополнительную теплоизоляцию  для защиты потолочных панелей от нагревания прямым солнечным излучением. Колонны ставятся на специальные  фасонные опоры и скрепляются  с опорной поверхностью анкерными  болтами.

  Изолирующие панели типа «сэндвич» изготавливаются  из двух аллюминиевых или стальных листов 14 и 15 толщиной 1 мм [λ ал = 210 Вт/(мЧК)], между которыми нагнетается жидкий пенополиуретан, который при застывании превращается в жесткую пену 11 с очень низкой теплопроводностью [λиз=0,035.:.0,04 Вт/(мЧК)]. Толщина готовой панели бычно составляет 150 – 200 мм. Металлические листы штампуются таким образом, что изолирующий слой пенополиуретана полностью изолируется от окружающей атмосферы, то есть находится в герметичной полости панели. В результате получается полная и надежная пароизоляция пенополиуретана от влаги, содержащейся в воздухе.

  На  стыках между панелями устанавливаются  прокладки 12 из каучуковой ленты, а  внешняя поверхность стыка замазывается герметизирующей смесью 13.

  Данная  конструкция легка в монтаже. Холодильники с применением новой  строительной технологии монтируются  в течение нескольких месяцев. Стоимость  строительства этим методом на 40-50 % ниже стоимости строительства традиционными  методами. Кроме того, теплоизоляционные  панели неприхотливы к условиям эксплуатации и не требуют ухода и технического обслуживания.

  Покрытия  холодильников состоят из несущих  конструкций (балок, ферм, плит), теплоизоляции  и плоской кровли — гидроизоляции  и основания под нее.

  Для гидроизоляции наклеивают на горячей  битумной мастике на основание 4-5 слоев рубероида. Для повышения отражающей способности кровли на ее поверхность укладывают более светлый материал. В России разработан и выпускается теплоотражательный материал ДМПС (дублированный металлизированной пленкой спецматериал), имеющий степень черноты не более 0,06.

  При замерзании грунта создается вертикальная выталкивающая сила, воздействующая на здание. Это приводит к деформации полов и конструкций здания и  даже к его разрушению. Грунт в  основании холодильника защищают от промерзания путем подвода тепла  к основанию здания одним из трех способов: теплым воздухом, нагретой жидкостью  и электрообогревом. Пол холодильника имеет следующее устройство: на укатанном слое грунта делается бетонная стяжка 1, в которую закладываются металлические или асбестовые трубы 2, назначение которых – обогрев строительной конструкции пола для защиты грунта от промерзания. Для обогрева применяются маслообразные жидкости или горячий воздух из калорифера. На бетонную стяжку укладывается слой гидроизоляции 3 для защиты камеры от влаги. Далее создается термоизоляция 3 – самая ответственная часть пола, подлежащая расчету. Обычно в качестве термоизоляции используют пенобетон. На термоизоляцию наносится слой 5 сверхпрочного бетона или асфальт (чистый пол).

  По  воздушной системе обогрева грунта летом вентилятором прогоняется  теплый наружный воздух, а зимой  — подогретый (рис.1.5, а).

  При жидкостном обогреве в железобетонную плиту основания, расположенную  под полом, закладывают систему  трубопроводов (рис. 1.5, б), по которой  с помощью насоса циркулирует  жидкость (этиленгликоль, смазочное  масло), подогреваемая в теплообменниках  паром, электроэнергией и т.д. Электрический  обогрев осуществляется электронагревателями, к которым электрический ток  подводится через трансформаторы, понижающие напряжение до 36 В.

  Стальные  стержни (арматурная проволока) укладывают в бетонные плиты основания. Особое внимание уделяют гидроизоляции  всей конструкции пола, которую выполняют  в виде двух слоев гидроизола на горячей битумной мастике.

  В зоне расположения устройств для  обогрева грунта необходимо поддерживать температуру 2°С. 

  а - шанцевые; б - с подогревом электротоком или горючим маслом; 1 - асфальт  слоем 40 мм; 2 - бетонное основание толщиной 120 мм; 3 - керамзитовый щебень слоем 400-700 мм; 4 - керамзитовый щебень слоем 100 мм; 5 - гидроизоляция; 6 — асбоцементные  трубы диаметром 300 мм; 7 - грунтовая  засыпка; 8 - электронагреватели или трубы с горячим маслом; 9 - уплотненный грунт.

  Рисунок 1.5 - Конструкции полов холодильников 

  Если  несущие колонны металлические, то их крепление осуществляется анкерными  болтами (рис.1.6).

  Межкамерные перегородки сооружают из блоков строематериалов с хорошими теплоизоляционными свойствами (пенобетон, пеностекло) или двуслойными - кирпичная стенка (бетонные панели) и эффективная изоляция с защитой от увлажнения пароизоляцией и оштукатуриванием внешних поверхностей.

  В холодильниках устанавливают специальные  изолированные двери. Конструкция  крепления откатной двери представлена на рисунке 1.7. 

  Рисунок 1.6 - Крепеж металлических колонн анкерными  болтами 

  Для уменьшения притока теплого воздуха  в охлаждаемые помещения при  открывании дверей их оснащают воздушными завесами (рис. 1.8) или брезентовыми шторами.

  Рисунок 1.7 – Крепление откатной двери  холодильника  

  Рисунок 1.8 – Схема воздушной завесы 

  Камеры  холодильников в зависимости  от назначения классифицируются:

  1) по назначению: (камеры охлаждения  продуктов , камеры хранения охлажденных продуктов, камеры замораживания, камеры хранения замороженных продуктов);

  2) по характеру действия (камеры  непрерывного и периодического  действия );

  3) по конструкции (камеры проходного  и тупикового типа);

  4) по способу хранения груза  (камеры хранения груза штабелированием или на подвесных путях);

  5) по способу циркуляции воздуха  (с естественной или принудительной  циркуляцией воздуха).

  Камеры  охлаждения (рис. 1.9) с поперечным движением  воздуха или с дутьем воздуха  сверху вниз предназначены для охлаждения мяса и могут быть циклического (периодического) или непрерывного действия.

  Вместимость камер циклического действия рассчитывают не более чем на полусменную производительность цеха первичной переработки скота, а непрерывного — на всю выработку мяса в смену.

  Камера  охлаждения с поперечным движением  воздуха (рис. 1.9, а) состоит из воздухоохладителя 1, перегородок 2, охлаждаемых полутуш  мяса 3, перемещаемых с помощью подвесного пути 4 (стрелки показывают направление  движения воздуха).

  Камера  охлаждения с дутьем воздуха сверху вниз (рис. 1.9, б) включает в себя воздухоохладитель 1, вентилятор 2, ложный потолок 4 и охлаждаемые  туши 5, перемещаемые с помощью подвесного пути 3. На подвесных путях камер  охлаждения туши размещают с интервалами  на рамах в 30...50 мм.

  На  участке подвесного пути длиной 1 м  размещают 2...3 говяжьих или 3...4 свиных полутуши. Крупные туши размешают  в зоне с наиболее низкой температурой и наиболее интенсивным движением  воздуха.

  Камеры  замораживания (рис. 1.10) обеспечивают замораживание  мяса и мясопродуктов и состоят  из батарей и воздухоохладителей и могут быть с вынужденным  или естественным движением воздуха.

  Рисунок 1.9 - Схема камеры охлаждения мяса :

  а) с поперечным движением воздуха; б) с дутьем воздуха сверху вниз