Расчёт термокамеры

Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение  образования

«Могилевский государственный  университет продовольствия»

Кафедра теплохладотехники

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ ТЕРМОКАМЕРЫ

 

Курсовой проект

 

по дисциплине «Процессы  и аппараты пищевых производств»

 

 

Специальность 1-49 01 02 «Технология хранения и переработки животного сырья»

Специализация 1-49 01 02 01 «Технология  мяса и мясных продуктов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель  проекта	Выполнила
к.т.н., доцент	студентка группы ТЖМП-091
________________ В.М. Лустенков	____________В.В. Альферчик
«___ »________________2012 г.	«___ »_______________2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Могилев  2012

Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение  образования

«Могилевский государственный  университет продовольствия»

Кафедра теплохладотехники

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ ТЕРМОКАМЕРЫ

 

Пояснительная записка

 

 

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

 

Специальность 1-49 01 02 «Технология  хранения и переработки животного  сырья»

Специализация 1-49 01 02 01 «Технология  мяса и мясных продуктов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель  проекта	Выполнила
к.т.н., доцент	студентка группы ТЖМП-091
________________ В.М. Лустенков	____________В.В. Альферчик
«___ »________________2012 г.	«___ »_______________2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Могилев  2012

Содержание

	Введение	3
1	Состояние вопроса	4
2	Технические описания  работы установки
2.1	Описание принципа  работы технологической схемы	27
2.2	Описание принципа  работы проектируемого аппарата	28
3	Технические расчёты  проектируемого аппарата
3.1	Материальный расчёт  проектируемого аппарата	29
3.2	Тепловой расчёт  проектируемого аппарата	29
3.3	Конструктивный расчёт  проектируемого аппарата	36
4	Технические расчёты  проектируемого оборудования
4.1.1	Расчёт и подбор калорифера	38
4.1.2	Расчёт дымогенератора	41
5	Гидравлический расчёт  установки
5.1	Гидравлический расчёт  продуктовой линии	43
5.2	Подбор нагнетательного  оборудования	48
	Заключение	49
	Список использованных источников	50
	Приложение А
	Приложение Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение   

 

С целью повышения производительности труда, исключения операций, выполняемых вручную, снижения себестоимости продукции и повышения экономической эффективности работы предприятия колбасные заводы и цехи оснащаются агрегатами, в которых без дополнительных операций последовательно производятся все виды тепловой обработки колбасных изделий, предусмотренные технологией.

В практике работы колбасных  заводов применяются два вида тепловых агрегатов, работающих без дополнительных вспомогательных операций: термоагрегаты и универсальные камеры. В термоагрегатах тепловые процессы осуществляются в последовательно установленных камерах при непрерывном или пульсирующем движении продукции. В камерах поддерживаются заданные технологией режимы. Продукцию навешивают на палки: палки либо транспортируются цепью, либо навешиваются на рамы, которые несут их через весь термоагрегат. Последний способ транспортировки получил наибольшее применение из-за простоты устройства, эксплуатации и разделения зон, увеличенной удельной нагрузки (20—30%). В универсальных камерах однажды загруженная продукция, не перемещаясь, подвергается последовательной тепловой обработке согласно технологии за счет изменения режима в камере.

Термоагрегаты могут  быть использованы для тепловой обработки  колбасных изделий, вырабатываемых по идентичным технологическим режимам, универсальные тепловые камеры — для производства продукции более широкого ассортимента. Поэтому первые рекомендуется применять на предприятиях, выпускающих более однородную продукцию в массовом потоке, а вторые — на предприятиях, выпускающих разнообразную по ассортименту продукцию.

Так как цепные термоагрегаты  представляют собой ряд последовательно установленных камер с различными режимами работы (различные влажность, температура, задымленность), то для исключения взаимного проникновения рабочих сред требуется довольно надежное разделение зон. В универсальных камерах разделения зон нет и режимы меняют при помощи переключения пусковых приспособлений. В выполненных конструкциях цепных термоагрегатов зоны разделяются стенками или воздушными коробами, при этом остаются проходы для продвижения продукции. В качестве приспособлений, гарантирующих полное разделение зон, были предложены гидравлические затворы, воздушные завесы (дутики), раздвижные и поворотные двери и пр. Однако они не нашли применения по следующим причинам: продукция, проходя через гидравлические затворы, смещается вдоль палок, слипается и несколько обводняется, причем если обводнение допустимо при варке и водяном охлаждении продукции, то оно нежелательно в процессах обжарки и сушки; воздушные завесы не гарантируют полного разделения, но требуют значительных затрат тепла, энергии и установки калориферов и вентиляторов; в случае использования раздвижных и поворотных дверей увеличиваются габаритные размеры установки, необходимы дополнительные устройства и механизмы. /10, с.492/.

1 Состояние вопроса

 

Термокамеры конструируют по следующим  основным принципам: экономичное расходование энергии, повышение пропускной способности  за счет более плотного размещения продукции, максимальная точность направления воздушных потоков, точное регулирование температуры и влажности, абсолютная надежность и удобство, выброс газообразных отходов в атмосферу, не превышающий допускаемый нормами уровень.

Рассмотрим различные виды термокамер.

Автоматизированная термокамера  Я5-ФТГ (рисунок 1) предназначена для тепловой обработки вареных и полукопченых колбас, сосисок и сарделек. Термокамера Я5-ФТГ имеет три модификации: односекционная — Я5-ФТГ-01, двухсекционная Я5-ФТГ-02 и трех-секционная Я5-ФТГ-03, техническая характеристика которых приведена в таблице 1

Термокамера Я5-ФТГ-03 состоит  из трех секций, трубопроводов, воздуховодов 4 и 8, щитов управления, обеспечивающих единый технологический цикл тепловой обработки колбасных изделий.

Т ермокамера представляет собой сборную конструкцию, состоящую из торцевых панелей 20 с установленными в них дверями, наружных 3 и внутренних 7 боковых панелей, на которых расположены калориферы 15, напорных воздуховодов 16 и распределителей воздуха 18. Панели представляют собой сварную раму 1, заполненную теплоизоляционным материалом 2. С внутренней стороны их облицовывают листовым алюминием, с наружной — листовой сталью.

На потолочной панели 9 смонтированы вентиляторные установки, состоящие из вентилятора 10, электродвигателя 12, подшипникового узла 11, воздуховода подсоса воздуха, дыма и воздуховода для выброса воздуха в атмосферу.

На потолочной панели в камере установлены воздуховоды  отсоса рабочей среды на рециркуляцию и воздуховоды выброса части влажной рабочей среды. Для регулирования количества воздуха и дыма, а также влажной рабочей среды, которую необходимо удалить, установлены заслонки. Управление ими дистанционное пневматическое. Их положение контролируется при помощи ламп, установленных на верхней дверке фасада шкафа управления.

 

Рисунок 1 – Автоматизированная термокамера Я5-ФТГ-03

 

С помощью коллекторов 19 пар подается на калориферы и на варку, конденсат отводится от калориферов  коллектором 17. Температуру внутри камеры снижают, поливая стенки калорифера водой из коллектора орошения 13 и водяного коллектора 14.

Гребенка представляет собой систему трубопроводов, на которых установлены регулирующие и измерительные приборы. Она  размещена в специальном шкафу. Гребенка рассчитана на работу одной секции термокамеры. Здесь подается пар на калорифер (давление 400...600 кПа), на варку (давление 200 кПа) и вода для снижения температуры в камере после обжарки. Давление воды на входе в гребенку должно быть не менее 200 кПа. Пар, поступая на гребенку, делится на два потока. Первый поток идет на калорифер, второй — на подачу пара в камеру при режиме «Варка». В верхней части установлен трубопровод подачи воды в термокамеру, имеющий запорный соединительный соленоидный вентиль и манометры.

 

 

 

Таблица 1 – Техническая  характеристика термокамер Я5-ФТГ

 

Колбасные изделия загружают  в термокамеры на подвесных или  напольных рамах. Рамы с колбасными изделиями перемещают по подвесному пути 5, закрепленному на потолочной панели при помощи подвесок 6. Рабочая среда при подсушке и обжарке выходит из напорной части вентилятора и по воздуховоду подается на калориферы, где нагревается до 100...105°С и поступает на распределители воздуха. Проходя через раму с колбасными изделиями рабочая среда отсасывается через воздуховоды вентилятором для рециркуляции. Часть отработавшей рабочей среды отсасывается вентилятором вытяжной системы помещения.

В период подсушки для  разогрева термокамеры до нужного  теплового режима работают все вентиляторы  секции. При достижении необходимой температуры в камере два вентилятора отключаются и в дальнейшем они работают попеременно. По окончании режима «Обжарка» вентиляторная система секции термокамеры отключается и включается подача воды на охлаждение термокамеры до 80...85°С, по достижении которой включается подача пара на варку. /20, с.499/

Аналогичным образом  работают и другие термокамеры. Технические  характеристики термокамер и термошкафов  приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Технические характеристики универсальных термокамер

Показатель	КОН-5	УГОКИ	Я5-ФТМ	Д5-ФТГ	221ФТ150	ШК-2
Производи-тельность, кг/ч	200...450	110...450	180	320... 420	-	-
Занимаемая площадь, м2	3,0	4,5	6,06.	26,7	1,3	3,0
Установленная мощность, кВт	20	36,0	5,0	48,0	24,0	23
Масса, кг	650	1275	3030	1900	525	1650

Термокамеры К7-ФТВ (рисунок 2) представляют собой тупиковую камеру 1, в которой на монорельсе размещаются три клети 2 с обрабатываемым продуктом. Режимы обработки осуществляются последовательно после загрузки камеры. На камере размещен вентиляционно-нагревательный агрегат с центробежным вентилятором 3 и паровым калорифером 4. В процессе копчения дым вводится в вентиляционную систему 5 в нижнюю часть камеры. /20, с.503/

Технические характеристики термокамеры К7-ФТВ:

Мощность электропривода, кВт 8,82

Расход пара, кг/ч 190

Габаритные размеры, мм 4300x1740x4010

Масса, кг 4500

Рисунок 2 – Термокамера  К7-ФТВ

Автоматизированная  термокамера РЗ-ФАТ-12 (рисунок 3) состоит из трех работающих независимо туннелей 1, которые вмещают по три клети 2. Туннели имеют двустворчатые двери с двух сторон. Клети закатываются в туннель по монорельсу, вдоль боковых стенок расположены паровые калориферы 4, закрытые кожухом, который образует регулируемую щель направляющую поток в нижнюю часть туннеля. Туннель имеет ложный потолок с двумя размещенными в нем вентиляторами 3, крыльчатки которых насажены непосредственно на вал двигателей, а двигатели вынесены на крышу камеры. На крыше также размещен распределительный короб с тремя клапанами 5 — для подачи в туннель воздуха, дыма и вывода использованной дымовоздушной смеси. Все клапаны имеют дистанционное управление. Скорость движения потока внутри туннеля 1...2 м/с.

Подсушка, копчение и  проварка производятся циклично и последовательно. Имеется система контроля регулирования  температуры, влажности среды и давления пара. Туннель может работать в автоматическом режиме по заданным времени и температуре. /20, с.504/

Технические характеристики автоматизированной термокамеры РЗ-ФАТ-12:

Мощность электродвигателей, кВт 4,5

Расход пара, кг/ч   450

Габаритные размеры, мм 5100x5300x3610

Масса, кг 18000

Рисунок 3 – Автоматизированная термокамера  Р3-ФАТ-12

 

В комбинированных  термоагрегатах продукция находится в неподвижном состоянии и последовательно подвергается подсушке, обжарке, варке, а иногда охлажцению в одной камере. В определенный момент осуществляется только одна операция. После окончания цикла периодической обработки процесс прерывается для выгрузки готового продукта и загрузки новой порции сырья, поэтому такие агрегаты называют универсальными термокамерами периодического действия. /20, с.505/

 

Универсальные термокамеры (рисунок 4) представляют собой теплоизолированный шкаф, закрывающийся с одной стороны двустворчатыми дверями. В верхней части камеры находятся вентилятор, калорифер и система воздухораспределения, состоящая из воздуховодов и двух рядов сопел. В целях равномерного распределения воздушного потока сопла оборудованы двумя специальными распределительными клапанами. При их вращении сопла периодически открываются и закрываются.

 

1 — окно; 2— паропровод; 3 — электродвигатель; 4 — клиновый  ремень; 5 — трубопровод для конденсата; б — защелка; 7 — дверь; 8 — дверная  ручка; 9 — штанга; 10 — стенка; 11 —  сопла; 12 — привод; 13 — трубопровод для острого пара; 14 — вентилятор; 15 — дымоход; 16 — трубопровод для свежего воздуха; 17 — труба для отработавшего воздуха; 18 — калорифер; 19 — балки подвесного пути; 20 — всасывающая труба; 21 — лампа

Рисунок 4 – Универсальная  термокамера:

а — вид спереди; б  — разрез

 

Привод клапанов осуществляется от индивидуального электродвигателя. Воздушный поток из сопел направляется вниз, отражается от пола, поднимается  вверх и через воздуховод удаляется  из камеры. В верхней части камеры для увлажнения воздуха и снижения его температуры смонтированы форсунки. Вода, распыленная форсунками веерообразно, подхватывается струей горячего воздуха, частично испаряется, а частично собирается на полу и отводится через сточный люк. В процессе термообработки люк плотно закрыт. В более совершенных конструкциях термокамер воздух увлажняется и охлаждается с помощью кондиционера.

Процесс термообработки в универсальной термокамере  происходит за несколько последовательно  выполняемых операций.

Подсушка продукта осуществляется горячим (100...110 °С) воздухом, подаваемым вентилятором. Воздух нагревается, проходя через рабочую поверхность калорифера (рисунок 5). По распределительным трубам он подается к соплам; дымоход при этом перекрыт заслонкой.

 

 

1 — люк; 2 — подвесной  путь; 3, 13 — сопла; 4, 12 — распределительные трубы; 5 —обводная труба; 6 — калорифер; 7 — трубопровод для отвода отработавшего воздуха; 8 — заслонка; 9 — регулятор дыма; 10 — вентилятор; 11 — отсасывающая труба; 14 — паропровод; 15 — термометр; 16 — термокамера; 17 — дымогенератор; 18 — рама для подвески колбас; 19 —дымоход

Рисунок 5 – Принцип  работы универсальной термокамеры

Для варки используют острый пар, поступающий в камеру через перфорированную трубу  под давлением около 200 кПа. Конденсат  пара собирается в нижней части камеры и отводится через сточный люк.

Копчение осуществляется в том случае, если в дымоходе открыта дроссельная заслонка и  дым из дымогенератора с помощью  вентилятора поступает в камеру. Количество подаваемого и удаляемого дыма и воздуха регулируют заслонками. С помощью обводной трубы можно подавать воздух или дым в камеру, минуя калорифер. Обычно это делают в том случае, когда нет необходимости дополнительно нагревать воздушную смесь.

В настоящее время  для термообработки мясопродуктов  промышленность выпускает большое число камер и шкафов. Для малых мясоперерабатывающих предприятий предназначаются термокамеры и термошкафы с загрузкой продуктов до 150 кг.

Камеры и шкафы для  термической обработки подразделяют на варочные, обжарочные, коптильные, климатические, охлаждающие, универсальные. В одной камере можно совмещать несколько процессов, например варку и копчение, сушку и климатизацию, холодное копчение и созревание. Универсальные камеры позволяют осуществлять большинство тепловых процессов. В таких камерах в диапазоне температуры до 100 °С в течение одного технологического процесса можно по выбору проводить обжарку, сушку, копчение, шпарку, душирование или варку горячим воздухом, а также запекать продукцию при температуре до 150 °С.

Термокамеры конструируют по следующим основным принципам: экономичное расходование энергии, повышение пропускной способности за счет более плотного размещения продукции, максимальная точность направления воздушных потоков, регулирование температуры и влажности, абсолютная надежность и удобство, уровень выброса газообразных отходов в атмосферу не должен превышать нормы.

Термокамеры и термошкафы изготовляют из углеродистой и нержавеющей  стали. Стены, крыша, пол и двери  имеют хорошую теплоизоляцию, а  пол — уклон для стока воды. Термокамеры оснащены специальными тележками-рамами, на которые с помощью палок навешивают подлежащие термообработке продукты. Внутри термокамер предусмотрен специальный откидной мостик из нержавеющей стали для закатывания тележек. Мостик легко откидывается, а после закатывания тележки поднимается вверх и автоматически защелкивается в поднятом положении.

Термошкаф меньше термокамеры  и не укомплектован тележкой. Продукцию, подлежащую термообработке, на полках вручную вставляют внутрь.

Все камеры и шкафы  оснащены системой приточно-вытяжной вентиляции, способной в течение 1 мин десятикратно рециркулировать весь объем воздуха в камере. Санитарную очистку собственно камеры выполняют вручную. Камеры и шкафы оснащают микропроцессорными блоками автоматического управления и регулирования, они полностью автоматизируют работу термоагрегата при достаточно простом техническом обслуживании и уходе. /20, с.506/

Универсальная термокамера Ellermatik (Италия), представленная на рисунке 6, оборудована микропроцессором в памяти которого может храниться до 100 программ, обеспечивающих заданный температурно-влажностный режим и длительность тепловой обработки. Конструкция изготовлена с учетом самых передовых научно-технических решений, позволяющая осуществлять термическую обработку продукта при температуре до 160 °С. Три варианта исполнения систем копчения с применением различных дымообразующих материалов: опилок (для дымогенераторов тления), древесных брусков (для фрикционных дымогенераторов), коптильной жидкости (для влажного распыления). Встроенный в дверь и работающий практически бесшумно, фрикционный дымогенератор обеспечивает по лучение высококачественного дыма тотчас после включения. Дымогенератор тления оснащен «водяной» системой пожаротушения. В таблице 3 представлена техническая характеристика термокамер данного производителя. /20, с.509/

Рисунок 6 – Универсальная  термокамера Ellermatik

 

Таблица 3 – Техническая  характеристика термокамер данного  производителя

Параметр	3000/Н	3002/Н	3003/Н	3004/Н
Вместимость, кг	110+400	220+800	330+1200	440+1600
Число рам	1	2	3	4
Ширина, мм	1750	1750	1750	1750
Ширина максимальная, мм	2230	2230	2230	2230
Длина, мм	1350	2400	3540	4500
Высота, мм	3200	3200	3200	3200
Размер рам, мм	1x1x2	1x1x2	1x1x2	1x1x2

Комплекс КТОМИ-3ОО (Россия), представленный на рисунке 7, предназначен для варки и копчения колбас, других мясных и рыбных продуктов, а также для сушки фруктов, овощей, лекарственного и дикорастущего сырья (грибов, ягод и т.д.). Комплекс состоит из шкафа с блоком нагревателей, дымо и парогенератора, системы автоматического управления и тележки. Технологические процессы — варка, сушка, обжарка, копчение осуществляется в автоматическом режиме при заранее заданных температурах и длительности циклов проводимых операций. В таблице 4 представлена техническая характеристика комплекса. /20, с.510/

Рисунок 7 – Комплекс КТОМИ-3ОО

Таблица 4 – Техническая  характеристика комплекса

Показатель	Количество
Масса загружаемого продукта, кг (не более)	300
Потребляемая мощность, кВт (не более)	35
Рабочий объем камеры, м3	2,6
Давление воды в системе очистки и охлаждения дыма, МПа (не более)	0,2
Диапазон температур, °С	30-150
Время достижения t=100 °С, мин (не более)	7,0
Появление пара после  включения парогенератора, мин (не более)	20,0
Время достижения влажности 100 % при t= 80 °С, мин	25
Предел регулирования влажности, %	До 100
Время автоматической работы дымогенератора при полной загрузке кассеты, ч	3,0
Габаритные размеры  комплекса, мм	1450x1760x x2700
Масса, кг (не более)	1200

Камеры термодымовые марки КТД (Россия). Камера термодымовая электрическая предназначена для горячего и холодного копчения мяса, рыбопродуктов и птицы. Дымогенератор и дымоохладитель объединены в общий узел (моноблок) и соединены с камерой трубопроводом. В конструкции моноблока предусмотрена система очистки и охлаждения дыма. Возможно исполнение в виде сборно-разборных термокамер. Габаритные размеры рам: КТД-100 — 840x760x1130; КТД-300/600 – 1300x1150x1600; КТД-250/500/1000 – 1150x1000x1600. В таблице 5 представлена техническая характеристика термодымовых камер КТД. /20, с.511/

Таблица 5 – Техническая  характеристика термодымовых камер  КТД

Параметр	КТД-50	КТД-100	КТД-250	КТД-300	КТД-500	КТД-1000
Загрузка камеры, кг (не более)	50	100	250	300	500	1000
Параметр	КТД-50	КТД-100	КТД-250	КТД-300	КТД-500	КТД-1000
Температура внутри камеры, °С	20-130	20-130	20-130	20-130	20-130	20-130
Влажность в камере, %	До 80	До 80	До 80	До 80	До 80	До 80
Напряжение, В	220	380	380	380	380	380
Частота, Гц	50	50	50	50	50	50
Потребляемая мощность, кВт	4,5	14,2	20,2	20,2	40,4	80,8
Габаритные размеры, мм (не более)	850х 750х 1300	1030 х1345х 2200	1520 х1760х 2460	1660х 1760х 2460	2780х 1760х 2460	2780х 3300х 2460
Масса не более, кг	300	600	1000	1100	1900	2900
Количество рам в  комплекте, шт.	-	2	2	2	4	8
Количество коптильных стержней	30	50	50	50	100	200

 

Многофункциональная универсальная  коптильно-варочная камера NOVOTHERMфирмы METALBUD Nowicki (Польша) предназначена для термообработки мяса и мясных продуктов, а так же рыбы и сыра и обладает следующими эксплуатационными преимуществами: сокращение времени технологических процессов; экономия энергии; сокращение до минимума потерь массы продукта в процессе обработки; высокое качество и повторяемость выпускаемой продукции.

Преимущества конструкции: изготовлена из кислостойкой стали; модульная конструкция (панели, соединяясь, образуют модуль); возможность соединения произвольного количества модулей; микропроцессорная система управления; питание: паровое, электрическое, электро-паровое, газовое или на жидком топливе; индивидуальная система циркуляции воздуха, нагревания и увлажнения для каждого модуля; размещение машинных агрегатов на крыше камеры; оснащение каждого модуля индивидуальной системой автоматической мойки; эффективная термоизоляция стен и профилей камеры; оснащение дверей камеры замками, позволяющими открывать двери изнутри.

Осуществляемые технологические  процессы: осадка; сушка; сушка и  копчение; копчение только дымом; копчение дымом и паром; варка; проветривание.

Система циркуляции воздуха  позволяет оснащать каждый модуль независимой системой циркуляции воздуха; обеспечить автоматическую подачу свежего воздуха (или дыма), удаление использованного воздуха, точный контроль и управление системой увлажнения; имеет увеличенное пространство циркуляции, уникальную форму камеры смешивания, эффективную систему нагревания.

Камеры специального исполнения:

камеры с возможностью обжарки (до 135 °С);

камеры с системой охлаждения, позволяющие вести процессы холодного копчения. /20, с.512/

Термоагрегаты для обработки колбасных изделий (рисунок 8) представляют собой теплоизолированный туннель 1, условно разделенный на три зоны (подсушка, обжарка и варка). Тепловую обработку колбасных изделий проводят в термоагрегате при непрерывном движении их в потоках пародымовоздушной среды.

Рисунок 8 – Термоагрегат для обработки колбасных изделий

Колбасные изделия навешены на рамы, которые перемещаются по подвесному пути внутри термоагрегата с помощью  цепного конвейера. Привод конвейера  осуществляется от электродвигателя и  редуктора с вариатором скоростей. Сверху термоагрегата над каждой из трех зон смонтированы вентиляторно-калориферные установки для подачи горячего воздуха в зоны обработки. Горячий воздух направляется с помощью распределительных коробов, расположенных над и под рамами. Дым поступает в термоагрегат от дымогенератора. Для загрузки и выгрузки рам термоагрегат на входе и выходе снабжен двустворчатыми дверями 2 и 3. Для контроля за перемещением рам и ходом процесса на боковой стенке туннеля расположены смотровые окна.