Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

ГАПОУ СО «Екатеринбургский экономико-технологический колледж»

Специальность 151022 «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт холодильно-

компрессорных машин установок»

Профессиональный модуль ПМ.01 Ведение процесса по монтажу, технической эксплуатации и обслуживанию холодильно-компрессорных машин и установок

(по отраслям)

Отделение очное

Группа 345-ХК

Курсовой проект

Тема работы Проектирование холодильной установки для производства персикового

1. сока с мякотью

Разработал Меляхин Тимур Дмитриевич

Руководитель Малышева Татьяна Павловна

Оценка

2015

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

ГАПОУ СО «Екатеринбургский экономико-технологический колледж»

Утверждено

кафедрой специальных дисциплин

260103, 19.02.03, 151022, 15.02.06

«28 » августа 2014 г.

Зав. кафедрой_________Т.П. Малышева

Задание На курсовую работу

Тема работы Проектирование холодильной установки для производства персикового

2. Сока с мякотью

Фамилия И.О. студента Меляхин Тимур Дмитриевич

Группа 345-ХК отделение очное

Специальность 151022 «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт холодильно-

компрессорных машин установок»

Профессиональный модуль: ПМ.01 Ведение процесса по монтажу, технической эксплуатации и обслуживанию холодильно-компрессорных машин и установок (по отраслям)

Курсовой проект на указанную тему выполняется студентом колледжа в следующем объеме:

1. Расчётно-пояснительная записка Введение

1 Исходные данные для расчёта

2 Характеристика потребителей холода

3 Выбор схемных решений установки и расчёт термодинамических циклов холодильных машин

4 Расчёт потребностей в холоде

5 Подбор холодильного оборудования

6 Охрана труда и окружающей среды

7 Список используемой литературы

2. Графическая часть проекта Разработка строительного чертежа блока стационарных холодильных камер и машинного отделения с размещением необходимого оборудования и коммуникаций

Дата выдачи задания 11.09.2014г.

Срок окончания работы 27.01.2015г.

Преподаватель Т.П. Малышева

С одержание

Наименование разделов	Лист
Введение	5
1 Исходные данные для расчёта	10
2 Характеристика потребителей холода	13
2.1 Технологическое холодопотребляющее оборудование	15
2.2 Кондиционирование воздуха	16
2.3 Группировка потребителей холода по изотермам холода	18
2.4 Производство соков	19
3 Выбор схемных решений установки и расчёт термодинамических циклов холодильных машин	22
3.1 Разработка структурной схемы системы хладоснабжения	23
3.2 Выбор расчётного режима	25
3.3 Расчёт температур фазовых превращений хладагента	27
3.4 Отношение давлений в циклах паровых компрессорных холодильных машин	29
3.5 Построение термодинамических циклов в диаграмме состояний хладагента lgP-i. Построение одноступенчатых циклов	30
3.6 Разработка функциональной гидравлической схемы установки	32

Наименование разделов	Лист
4 Расчёт потребностей в холоде	33
4.1 Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов	34
4.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов	35
4.3 Эксплуатационные теплопритоки	37
4.4 Суммарные теплопритоки в камере	38
5 Подбор холодильного оборудования	39
5.1 Компрессорные агрегаты	40
5.2 Теплообменные аппараты	41
6 Охрана труда и окружающей среды	42
7 Список используемой литературы	45

Введение

Индустрия фруктового сока – это относительно молодая отрасль. Производство сока в больших промышленных объёмах началось с 1940-х гг., когда в США был разработан первый выпарной аппарат для концентрации сока цитрусовых. Как результат ужесточения гигиенических стандартов, срок хранения продукта увеличивался, главное условие роста компаний производителей.

 На сегодняшний день, рынки Китая, Индии и Восточной Европы продолжают расширяться, на западных рынках Европы и Северной Америки имеет место ожесточенная конкуренция.

Сок хранится при пониженной температуре (не выше +10°C) в атмосфере инертного газа - азота. В таких условиях сок прямого отжима не теряет качества и сохраняет все полезные свойства в течение нескольких месяцев (даже до начала следующего сезона сбора урожая). По другой технологии сок прямого отжима, полученный из свежих фруктов (овощей) во время сезона сбора урожая, хранится при низких температурах (не выше −20°C) в замороженном виде. В таком состоянии он может поставляться, например, на другое предприятие, расположенное в ином регионе, которое осуществит розлив этого сока в потребительскую тару после его размораживания по специальной технологии. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в продаже очень часто можно встретить, например, яблочный, гранатовый или другой сок из субтропических фруктов, изготовленный в январе-марте или упакованный в потребительскую тару за пределами региона выращивания данного сырья.

В соки с мякотью входят все компоненты состава плодов, в том числе и нерастворимые: клетчатка, полуклетчатка, протопектин, жирорастворимые пигменты. Жидкую консистенцию таким сокам придают, измельчая ткани сырья до отдельных частиц размером 30 мкм. Благодаря полному сохранению составных частей сырья ценность соков с мякотью выше, чем осветлённых. Для потребления их разбавляют (16÷50)%-ным сахарным сиропом (до 50% общей массы). Соки с мякотью вырабатывают в условиях, затрудняющих или исключающих контакт с воздухом (для предотвращения окисления полифенолов и других физиологически активных веществ). В качестве вещества, препятствующего окислению, добавляют синтетическую аскорбиновую кислоту (около 0,1%), которая способствует сохранению натурального цвета продукции и витамина С. Вымытые и прошпаренные плоды измельчают на протирочных машинах, добавляют горячий сахарный сироп, затем тонко измельчают в гомогенизаторах. Принцип действия последних состоит в нагнетании сырья под большим давлением (до 150 кг/см и более) в узкую щель между корпусом и клапаном установки. Клапан пружиной плотно прижат к корпусу, но под действием давления жидкости, создаваемого мощными насосами, приподнимается, образуя тончайшую щель. Через неё с большой скоростью проходит сырьё, благодаря чему оно измельчается. Давление пружины на клапан можно регулировать специальным маховиком, изменяя таким образом величину щели и степень измельчения продукта. Гомогенизированный сок деаэрируют (освобождают от воздуха) в вакуум – аппаратах, подогревают, в горячем виде фасуют и стерелизуют при температуре (90÷100)°С. 

Очищенный сок подогревают до температуры +98°С в пластинчатых или трубчатых теплообменниках, выдерживают в течение 20сек и охлаждают до температуры (0 ±+1)°С, после чего подают в резервуары на хранение. Резервуары заполняют на 98% вместимости. Давление С0₂ поддерживается не менее 0,2 МПа.

Свежеотжатый сок перед загрузкой в танки процеживают через сито, центрифугируют, а затем пропускают через систему непрерывно действующих теплообменников, в которых сок сначала пастеризуется при (90÷92)°С в течение 1мин, а затем охлаждается до (-1÷-2)°С. Быстрое охлаждение достигается путём обработки сока в прохладительные. Ультраохладитель состоит из трёх горизонтальных цилиндров с мешалками, включенных последовательно. Цилиндры имеют двойные стенки, в пространстве между которыми кипит аммиак (непосредственное охлаждение). Сок прогоняется через аппарат насосом. Охлаждённый сок поступает непосредственно в цистерны, в которых хранится под давлением СO₂ (49÷98) кн/м² (0,5÷1,0атм) при температуре (-1÷-2)°С. В таких условиях сок хорошо сохраняется длительное время (свыше года). Во время хранения следят за температурой и наличием углекислого газа в незаполненном пространстве цистерны. Так как некоторое количество газа (около 10% по объёму) растворяется в соке, в цистерну добавляют углекислый газ из баллонов.

Для концентрированных плодово-ягодных соков требуется в 3÷7раз меньше тары, транспортных средств и складских помещений по сравнению с соками однократной концентрации. Концентрированные соки хорошо и длительно хранятся без стерилизации и добавления консервантов, не замерзают при понижении температуры до -18°С. Поэтому в последние годы соки экспортируются в основном в концентрированном виде.

Соки с мякотью (нектары) - это натуральные соки, содержащие тонко измельченную мякоть или смеси плодовых пюре с сахарным сиропом.

Для получения фруктового или овощного пюре сырье перебирают, удаляют испорченное и недозрелое, тщательно моют и при необходимости чистят (морковь например), затем размягчают.

Персиковый сок один из самых любимых и предпочитаемых напитков. Кроме приятных вкусовых качеств, он ещё и полезен. Имея в своём содержании большое количество бетта-каратина, кальция, витамина В2, он улучшает работу печени, повышает уровень гемоглобина в крови, способствует лучшему перевариванию жирной пищи, и даже врачи рекомендуют употреблять его при заболеваниях сердечно - сосудистой системы и анемии. Пищевая ценность в 100 г сока: Углеводы - 11,7 г. Энергетическая ценность в 100 г сока: 66,0 ккал. Витамины (мг): С-6; РР-0,6; В2-0,02; В-каротин-0,3.

Хорошо созревшие здоровые персики с сочной, интенсивно окрашенной мякотью моют и удаляют из них косточки. Затем нагревают при температуре (+75÷+80)°С в кастрюле с добавлением небольшого количества воды (1 стакан на 2 кг плодов) до размягчения. Горячую разваренную массу протирают через сито или пропускают через соковыжималку. Получается довольно густое пюре. Одновременно или заранее готовят сахарный сироп (20÷30)%-ной концентрации в зависимости от вкуса абрикос. Для этого в кастрюлю наливают воду и добавляют сахар (на каждые 3,5÷4 стакана воды 0,2÷0,3 кг сахара). Доводят до кипения и кипятят на медленном огне, пока сахар полностью растворится. Горячим фильтруют через фланель, марлю в несколько слоев или вату. Затем сироп смешивают с персиковым пюре в соотношении 1:1, т. е. на 1 л пюре 1 л сиропа. Смесь при возможности взбивают миксером, в результате измельчается мякоть, сок при хранении расслаивается меньше. Сок можно взбить непосредственно перед употреблением. Смесь сиропа с пюре нагревают до 80°С, разливают в подготовленные банки и пастеризуют при температуре (+80÷+85)°С банки вместимостью 0,5 л 15 мин, 1л - 20 мин, 3 л – 25 - 30 мин.

Соки с мякотью натуральные и с добавлением сахарного сиропа. В отличие от осветленных и неосветленных соков они содержат тонкоизмельченные частицы мякоти, следовательно, все растворимые и нерастворимые питательные и биологически активные вещества. По своему составу эти соки ближе к исходному сырью, из которого они изготовлены, поэтому имеют большую пищевую ценность по сравнению с осветлёнными, полученными из того же сырья.

Требования к качеству соков с мякотью

По органолептическим показателям соки должны соответствовать следующим требованиям.

Внешний вид и консистенция: однородная текучая жидкость с равномерно распределенной мякотью фруктов по всей массе сока.

Допускаются единичные точечные вкрапления кожицы темного цвета (для соков из темноокрашенных фруктов), незначительное расслаивание и небольшой осадок частиц мякоти на дне тары, в вишневом и сливовом соках - оседание мякоти, наличие твёрдых крупиц мякоти в соках из груш и айвы.

Вкус и аромат натуральные, хорошо выраженные, свойственные использованным фруктам. Не допускаются посторонние привкус и запах

Цвет однородный по всей массе, свойственный цвету фруктов, из которых изготовлен сок.

Допускаются более темные оттенки в соках из светлоокрашенных фруктов и незначительное обесцвечивание соков из темноокрашенных фруктов.

В соках из цитрусовых плодов допускается наличие частиц съедобной части плода.

Хранение

Рекомендуемые условия и периоды хранения, в течение которых фруктовые соки прямого отжима сохраняют свое качество со дня изготовления при температуре от 2°С до 25°С в стеклянной таре, не более: для светлоокрашенных - 2 лет, темноокрашенных - 1 года, виноградного марочного - 1 года, в металлической таре - 1 года, в алюминиевых тубах -1 года, в потребительской таре (пакетах) из комбинированных материалов на основе бумаги или картона, полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги, фасованных асептическим способом, - 1 года, в таре типа Bag-in-Box, фасованных асептическим способом, - 1 года.

Рекомендуемые условия и периоды хранения, в течение которых фруктовые соки прямого отжима, фасованные способом «горячего розлива», сохраняют свое качество при температуре от 2°С до 10°С со дня изготовления в потребительской таре (пакетах) из комбинированных материалов на основе бумаги или картона, полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги типа «Пьюр Пак» - 6 мес, в потребительской таре из комбинированного материала на основе алюминиевой фольги и полимерной пленки типа «Дой-пак» - 9 мес.

Предмет исследования – ассортимент, качество и конкурентоспособность персикового сока с мякотью, реализуемого в торговых сетях г. Екатеринбурга.

Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью внедрения нового прогрессивного оборудования, обеспечивающего интенсификацию производственных процессов, повышение качества вырабатываемой продукции, снижение потерь энергоресурсов и затрат сырья.

Целью курсового проекта является знакомство с основными принципами проектирования холодильных камер, а также с методикой инженерных расчётов, необходимых при подборе холодильных машин.

Основными задачами проекта являются

- разработка строительного чертежа блока стационарных холодильных камер и машинного

отделения с размещением необходимого оборудования и коммуникаций;

- подбор холодильного оборудования путём проведения необходимых расчётов.

Курсовой проект состоит из введения, шести глав, списка используемой литературы, приложений.

Для выполнения курсового проекта была использована учебная, научная, методическая, справочная литература, СМИ, Интернет.

1 Исходные данные для расчёта

Рассчитать и подобрать основное холодильное оборудование, а также составить функциональную схему холодильной установки предприятия по производству соков. Исходные данные приведены в таблицах.

Таблица 1.1 - Задание на проектирование холодильной установки предприятия по производству

соков

Исходные данные	Норма
Местоположение предприятия	г. Екатеринбург
Производительность предприятия, тыс. тонн /год	9000
Доля производимой продукции – персикового сока с мякотью, %	35
Размеры охлаждаемого помещения LxBxH, м	1549 х 740 х 2170
Температура воздуха охлаждаемого помещения, 0С	-10

Таблица 1.2 - Климатические параметры воздуха

Среднемесячная температура самого жаркого месяца tср мес., 0С	Температура абсолютного максимума tа.м., 0С	Средняя максимальная температура в самый жаркий месяц tср.м., 0С	Средняя температура годовая tср.год, 0С	Среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца φн,%
19,5	38,8	24,4	3	54

Таблица 1.3 - Характеристики потребителей воздуха

Наименование характеристик	Виды производств и потребителей холода
	Завод безалкогольных напитков
	Соки
Технологические процессы, потребляющие искусственный холод: охлаждающая среда, её температура; время охлаждения; относительная влажность воздуха охлаждаемых помещений; кратность циркуляции.	Кондиционирование воздуха t=(0÷+6)0С

Таблица 1.4 - Охлаждение помещения

Камера хранения при положительной температуре	Камера хранения при отрицательной температуре
Охлаждение при поступлении, температура помещения t=+100С Относительная влажность воздуха φ=85÷95%	Охлаждение при поступлении температура помещения t=-60С Относительная влажность воздуха φ=85÷90%

Таблица 1.5 - Потребности в холоде пищевых производств

Наименование и укрупненного показателя теплопритока	Расход холода на1т производимой продукции, кВтч/т
Расход холода на 1т производимый продукции, кВтч/т	Соки
	200

Таблица 1.6 - Охлаждаемые помещения

Плотность теплового потока на 1 м2 строительной площади, кВт/м2	Камера хранения при положительной температуре	Камера хранения при отрицательной температуре
	0,1	0,12

Р исунок 1.1 - Схема и цикл холодильной машины

1. На в 2 смены работают по 8 часов в течение 244 дней.

   1. 2 Характеристика потребителей холода

В технических процессах производств персикового сока холод используется для ускорения физико-химических процессов, связанных с изменением агрегатного состояния обрабатываемых веществ. Конструкция охлаждающих устройств зависит от области применения, назначения, холодильного агента, способов обработки и транспортировки материалов.

Учитывая разветвлённость систем охлаждения по многочисленным объектам и необходимость поддержания температурного режима в технологических процессах практически одинакового уровня, в производстве используют в основном централизованное охлаждение. Наиболее распространены холодильные машины компрессорного типа — аммиачные или фреоновые. Холодильные машины, работающие на аммиаке или хладоне, образуют систему охлаждения с промежуточным хладоносителем. При децентрализованном охлаждении холодильные машины в виде агрегатов устанавливают у аппаратов или их групп. В этом случае используют системы охлаждения с непосредственным кипением холодильного агента в воздухоохлаждающих аппаратах.

Помещения цехов сока имеют значительные тепловыделения. Поэтому необходимо применять системы кондиционирования воздуха. Обычно используют установки централизованного кондиционирования воздуха.

В производстве сока удельный расход холода при хранении составляет (180÷360)Вт/кг, при обработке различных изделий - (55÷550)Вт/кг.

Для хранения замороженных изделий применяют воздушное охлаждение при температуре воздуха – (+20÷+23)⁰С.Рекомендуется быстрое замораживание сразу же после изготовления.

Важным режимным параметром производства сока является относительная влажность воздуха. Для обеспечения необходимых условий воздушной среды необходимо применять воздухокондиционирующие установки.

Кондиционирование воздуха снижает продолжительность производственных операций, улучшает качество изделий и длительность их хранения, обеспечивает лучшую работу упаковочных автоматов.

Для технологического кондиционирования температурный и влажностный режимы регламентируются технологий изготовления изделий. Поэтому режимы могут меняться, особенно относительная влажность воздуха.

В этой связи при необходимости создания относительной влажности меньше 50% одновременно с охлаждением воздуха применяют его осушение химическими адсорбентами: этиленгликолем, хлоридом натрия, хлоридом лития.

В производстве сока существует несколько потребителей холода, которые используют охлаждающую среду разных температур. Это камеры марок НТК и ВТК (см.рис.4.1).

В высокотемпературных камерах осуществляется термостадирование при +5⁰С, в низкотемпературных - при -5⁰С. При производстве сока требуется холод разных температур: (+3÷+5)⁰С, (+5÷+8)⁰С, (+8÷+12)⁰С, (+12÷+18)⁰С.

2.1 Технологическое холодопотребляющее оборудование

При выработке соков - холод расходуют для хранения скоропортящегося сырья. Холодильные камеры складов сырья и готовой продукции охлаждают пристенными рассольными батареями однорядными или двурядными из гладких труб углеродистой стали диаметром от 57 до 90 мм.

При производстве сока холод необходим для технологических процессов и кондиционирования воздуха залах. Применение искусственного охлаждения персикового сока кондиционированным воздухом, подаваемым в закрытый транспортёр, ускоряет процесс в два-три раза и даёт возможность сократить длину транспортера с (50÷100) до (10÷15) метров.

При использовании кондиционированного воздуха для охлаждения сока повышается качество изделий и сокращается количество брака. Кондиционирование воздуха создает более мягкий режим охлаждения.

Для создания комфортных условий в залах, где вырабатываются массовые сорта сока, устанавливают обычно два кондиционера. Один кондиционер обслуживает сторону входа продукции в; второй - сторону выхода. Основная масса воздуха подаётся в верхнюю зону цеха.

Тип камер - оросительный двухступенчатый. Для охлаждения воздуха используют артезианскую воду с температурой (+9÷+10)⁰C или искусственно охлаждённую на центральной фабричной холодильной станции.

Таблица 2.1 - Оптимальные параметры охлаждающих сред для производства соков.

Название технологических процессов	Вид охлаждающей среды	Температура охлаждающей среды,0С
Охлаждение камеры	Вода	+8÷+12
Охлаждение воздухом	Воздух	+5÷+10
Кондиционирование воздуха	Воздух	+12÷+15

Таблица 2.2 - Виды производства и потребителей холода

Наименование характеристик	Охлаждаемые помещения кондитерской фабрики
	Камера хранения при положительной температуре		Камера хранения при отрицательной температуре
	Температура помещения,0C	Относительная влажность воздуха, %	Температура помещения, 0C	Относительная влажность воздуха, %
Охлаждение при поступлении и	+6	85÷90	-2	85÷90

2.2 Кондиционирование воздуха

Важным режимным параметром производства сока, продукция которого имеет ярко выраженные гигроскопические свойства, является относительная влажность воздуха. При относительной влажности воздуха более (50÷60)%.

Кондиционирование воздуха в цехах снижает продолжительность производственных операций, улучшает качество изделий и их сохраняемость и обеспечивает лучшую работу упаковочных автоматов, снижая стоимость упаковки.

В цехах производства применяют:

- технологическое кондиционирование.

Применяется полная рециркуляция в летнее время, в холодное время установка работает на наружном воздухе, в переходное время используется частичная рециркуляции.

- общее кондиционирование производственных помещений.

В цехах необходимо применение осушения воздуха.

Недостаточно быстрое охлаждение сока атмосферным воздухом снижает летом выработку линий на (25÷30)%. В цехах необходимо осушать воздух.

На участках в закрытые технологические аппараты подают воздух строго определённых параметров: температура - (+12÷+15)⁰С, относительная влажность - (45÷55)%, обработанный в индивидуальных установках кондиционирования воздуха практически при полной рециркуляции. Часто требуется достаточно глубокое осушение воздуха, которое может быть реализовано способом с использованием абсорбентов. В помещении машинного зала необходимо поддерживать летом температуру воздуха (+22÷+25)⁰С и относительную влажность - 50%, зимой - температуру воздуха (+18÷+20)⁰С, относительную влажность - 55%.

Летом необходимо поддерживать температуру воздуха (+22÷+25)⁰С и относительную влажность - 50%, зимой - температуру воздуха (+18÷+20)⁰С, относительную влажность - 55%.

Склад готовой продукции производства сока. Температура воздуха (+20÷+22)⁰С при относительной влажности воздуха 65%.

Отделение фасовки соков. Необходимо поддерживать температуру воздуха (+20÷+22)⁰С и относительную влажность 60%.

В складах для хранения плёнки – температура (+18÷+20)⁰С, относительная влажность - 55%.

При этом требуется поддержание температуры воздуха (+22÷+25)⁰С и относительной влажности (45÷50)%.

В производственных помещениях поддерживают значение температуры (20÷22)⁰С, необходимое для технологического процесса.

Применяется кондиционирование воздуха в залах, технологическое охлаждение сока воздухом в закрытых транспортёрах, что ускоряет процесс в (2÷3) раза и даёт возможность сократить длину транспортёров. При использовании охлаждения сока кондиционированным воздухом повышается качество изделий и сокращается количество брака.

Для создания комфортных условий в залах устанавливают два кондиционера. Основная масса воздуха подаётся в верхнюю зону цеха к печам. Для охлаждения воздуха используют артезианскую воду с t = (+9÷+10)⁰С или искусственно охлаждённую на центральной фабричной холодильной станции. Температура воздуха в цехе + 24⁰С, подаваемого охлаждённого воздуха +17,4⁰С.

В складах готовой требуется охлаждение воздуха до температуры (20÷22)⁰С при относительной влажности воздуха 65%. В отделениях фасовки необходимо поддерживать температуру воздуха (20÷22)⁰С и относительную влажность 60%, в складах для хранения плёнки - соответственно (+18÷+20)⁰ С и 55%.

Как описано выше, поддержание технологической температуры и относительной влажности является очень важным параметром производства сока. Если влажность подымается выше (50÷60)%, изделия начинают изменять свой вкусовые качества, цвет, и как результат, теряют свой товарный вид.

2.3 Группировка потребителей холода по изотермам холода

Согласно технологическим процессам, в которых используется искусственный холод целесообразно выделить четыре группы потребителей по изотермам холода и способам его доставки.

К первой группе относятся потребители, технологическая температура которых лежит в пределах от +12⁰С до +15⁰С, к ним относятся следующие потребители и технологические процессы:

В этой группе технологическая температура будет определяться +15⁰С.

Ко второй группе относятся потребители, температура которых лежит в пределах от +5 ⁰С до +10⁰С.

В этой группе технологическую температуру принимаем равной +5⁰С.

К третьей группе относятся потребители, температура которых достаточно низка и не может обеспечиваться водой. Для достижения необходимого температурного режима используется рассол хлорида кальция.

В качестве технологической температуры -10⁰С.

К последней четвертой группе отнесём низкотемпературную камеру, температура воздуха в которой составляет -20⁰С. Для обеспечения такого условия необходима отдельная система охлаждения.

2.4 Производство соков

.

2.4.1 Технология приготовления соков

Для получения сока прямого отжима используют только свежие, зрелые, неиспорченные плоды.

Соки прямого отжима консервируют исключительно физическим способом. Как правило, это кратковременное нагревание (пастеризация или стерилизация).

Соки прямого отжима изготовляют только из местных плодов в период сбора урожая и это, естественно, ограничивает возможности производителей соков и ожидания потребителей относительно разнообразия соковой продукции.

Требования к сырью, предназначенному для переработки, отличаются от требований к плодам и овощам для потребления в свежем виде. Так. Для переработки на сок можно использовать плоды и ягоды с повреждениями кожицы (пятна, парша, ожоги), размер и форма плодов обычно не имеют значения. Однако недопустимо сырье загнившее -небольшое количество гнилых плодов или ягод, попавшее в переработку, может дать неприятный привкус всей партии выработанного сока. Кроме того, такие сокоматериалы могут содержать микотоксин патулин. Плоды и ягоды для производства соков должны быть зрелыми. Недозрелые плоды имеют слабую окраску, повышенную кислотность, плотную мякоть. Соки из незрелых и недоразвитых плодов имеют меньшее количество ароматических веществ, гораздо ниже их качество и количество при получении концентрата ароматических веществ. При подборе сортов плодовых и ягодных культур для выработки соков без мякоти одним из основных показателей является содержание сухих веществ в сырье, от которого зависят экстрактивность сока и его качество. Для получения соков лучше использовать сорта осенние и осенне-зимние с сочной и кисло-сладкой мякотью, так как плоды летних сортов созревания, как правило, дают меньший выход сока, меньше содержат сухих веществ. Сорта, имеющие окрашенную кожицу и неокрашенный сок, для выработки натуральных соков непригодны. Существенное значение имеет массовая доля сахаров и кислот, которые определяют вкус соков. При высокой кислотности и малой сахаристости сок получается невкусным. К отдельным видам плодово-ягодного сырья существуют дополнительные требования. Например ,гранаты должны иметь кислотность в пределах 0,9-2,8%; крыжовник лучше использовать с желтой окраской, так как сок из красных ягод при переработке и хранении меняет цвет. Для получения соков с мякотью (нектаров) необходимо выбирать плоды с высоким содержанием мякоти. Особенностью технологии переработки цитрусовых плодов является наличие специфической кожуры и содержащихся в ней ценных эфирных масел, которые играют огромную роль в формировании вкуса сока, однако при попадании в сок могут придать ему неприятный посторонний привкус, поэтому их содержание в соках не должно превышать 0,01-0,002 об.%, чтобы сок был стойким при хранении и сохранял гармоничный вкус. Кожура цитрусовых является ценным компонентом производства безалкогольных напитков, кондитерских и других изделий. В связи с этим технология получения соков из цитрусовых предусматривает сначала извлечение масла из кожуры, а затем отжим сока на оборудовании, обеспечивающем переход значительной части мякоти в сок. Наличие мякоти обусловливает полноту вкуса и сохранение ценных биологически активных нерастворимых веществ в соке. Необходимо как можно тщательнее отделять сок от кожуры, поэтому плоды нельзя измельчать и прессовать в виде однородной массы. Для извлечения сока из цитрусовых разработаны устройства, в которых каждый плод обрабатывается отдельно. В настоящее время существует два способа переработки: ? плод режут пополам и из каждой половины извлекают сок при помощи вращающегося конуса; ? плоды сдавливают с помощью сжимающего устройства в виде руки, одновременно снизу подводится дисковый нож, вырезающий из плода круг. Полученная масса после подработки передается на финишер (протирочную машину с ситами, имеющими разный диаметр ячеек) и сепаратор для освобождения от оставшихся грубых частиц. Фильтрацию и осветление цитрусовых соков практически не проводят, так как многие ценные составные части соков находятся во взвешенном состоянии. Пульпу, полученную на выходе из финишера, после подработки используют для получения соков с мякотью. Отделенную кожуру раздавливают и дробят для последующего получения эфирных масел и соков, содержащих тонкоизмельченную цитрусовую пульпу. Эти соки перерабатывают в напитки ,содержащие определенное количество мякоти плодов. Отжим мандаринового сока вышеуказанными способами сопряжен с трудностями, обусловленными строением плодов. Мандарины имеют форму сплющенного шара с вдавленным основанием; кожура у них хрупкая, свободно отстающая от долек, дольки слабо связаны между собой. Сок получают прессованием или экстрагированием. Для изготовления соков используют апельсины по ГОСТ 4427-82, лимоны по ГОСТ4429-82, мандарины по ГОСТ 4428-82. В целях предотвращения порчи и обеспечения длительного хранения соки обрабатывают путем использования повышенной, пониженной температуры или добавлением консервирующих химических веществ. В производстве соков в настоящее время применяют следующие виды тепловой обработки: ? пастеризация (температура ниже 100 С); ? стерилизация при температуре свыше 100 С в укупоренной таре; ? горячий розлив(продукт нагревается в потоке); ? асептическое консервирование с мгновенным нагревом до высокой температуры и охлаждением. В целях сохранности органолептических свойств и пищевой ценности соков тепловая обработка должна проводиться в щадящих режимах. При горячем розливе сока, поток которого движется тонким слоем, нагревается до 97-98 С в непрерывно действующих теплообменниках с автоматическим регулированием температуры и фасуется в подготовленную горячую тару (бутылки, банки) с немедленным укупориванием последней. Укупоренная тара с соком выдерживается в горячем состоянии около 20 мин, затем охлаждается. При розливе соков в банки емкостью 2 л и более для обеспечения стерилизации крышек и незаполненного верхнего пространства банок сразу после укупорки их укладывают на бок на 15-20 минут. После выдержки тару охлаждают орошением холодной водой или обдуванием холодным воздухом. При горячем розливе в мелкую тару тепла, содержащего в соке, недостаточно для стерилизации тары и крышек, поэтому при розливе должны строго соблюдаться санитарные условия. Асептическое консервирование заключается в .быстром кратковременном ( несколько секунд) нагреве сока до температуры 115-135 С с последующим быстром охлаждением до 25-35 С и розливе охлажденного сока в стерильных условиях в стерильную тару. Охлаждение до 0…- 2 С применяют при хранении соков-полуфабрикатов в крупных резервуарах в атмосфере диоксида углерода .Замораживание при температуре не выше –18 С осуществляют преимущественно для сохранности концентрированных соков с целью предотвращения потемнения и других нежелательных изменений при хранении и транспортировке на дальние расстояния . В современных условиях для консервирования фруктовых соков все шире применяются химические консерванты, добавление небольшого количества которых позволяет задержать или прекратить рост и размножение микроорганизмов. К химическим консервантам предъявляют определенные требования; они должны оказывать эффективное антимикробное действие, не изменять органолептических свойств продукта и, самое главное быть безвредными для организма.

3 Выбор схемных решений установки и расчёт

термодинамических циклов холодильных машин

В соответствии с техническим заданием холодильная установка должна быть аммиачной, централизованного хладоснабжения. По заданию отдельно выделяется конденсаторная группа с системой оборотного водоснабжения. Эта конденсаторная схема обеспечивает быстрый подвод теплоты к общему конденсатору системы. Холодильным агентом охлаждающих систем является хладагент R717 (аммиак). Аммиак используют в компрессорных холодильных машинах для получения температур кипения до - 30⁰С без вакуума в системах охлаждения.

Во всех имеющихся холодильных системах будет использоваться косвенное охлаждение. В первой системе промежуточным хладагентом будет вода, в остальных - хлорид кальция с различной концентрацией, выбранной в соответствии с необходимой температурой охлаждения.

В системе, где промежуточным хладагентом выступает вода, с температурой, близкой к температуре замерзания (ледяная вода), целесообразно использовать открытые системы охлаждения для предотвращения разрыва труб теплообменных аппаратов вследствие замерзания воды.

В системах с хлоридом кальция в качестве промежуточного хладагента возможно и целесообразно применение закрытой системы. Безопасность такой системы с точки зрения разрушения теплообменных аппаратов обеспечивается за счёт подбора концентрации соли.

3.1 Разработка структурной схемы системы хладоснабжения

Холодильная установка является многоцелевой с четырьмя изотермами холода. Четыре охлаждающие системы объединены общим конденсаторным отделением с системой оборотного водоснабжения. Поскольку холодильный агент - аммиак, то предназначен общий конденсатор, что позволяет сократить площадь и уменьшить затраты энергии. С целью экономического расхода воды и снижению её стоимости используют водооборотную систему конденсирования. Во всех охлаждаемых системах предусмотрены контуры промежуточных хладоносителей: водяных и рассольных. Учитывая различный производственный характер потребителей, в водяном контуре с температурой +10⁰С предусмотрены две группы насосов: по одной для системы конденсирования и технологических линий. Каждая изотерма холода имеет собственные компрессорные и насосные агрегаты в сочетании с теплообменным аппаратом - испарителем. Компрессоры, насосы и испарители всех систем расположены в машинном отделении. Доставка холода к технологическим аппаратам, системе кондиционирования воздуха и низкотемпературной камере осуществляется за счёт холодильного транспорта. Все технологические аппараты расположены в технологических помещениях согласно требованиям процессов производства и хранения.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы хладоснабжения

W1 - охлаждаемые водой с t=+10°С;

W2 - охлаждаемые водой с t=+10°С;

S - охлаждаемые рассолом;

КО - конденсаторное отделение;

КМ – компрессоры;

И – испарители;

H_w – насос для воды;

Hs – насос для рассола;

ТА - технологические аппараты;

СКВ – система кондиционирования воздуха;

МО – машинное отделение;

ТП - технологические помещения;

ВТК – высокотемпературная камера;

НТК – низкотемпературная камера.

Стрелками указаны направления отвода теплоты от технологических аппаратов и воздуха рабочих помещений.

3.2 Выбор расчётного режима

За расчётный принимаем режим работы холодильной установки в наиболее напряженный период года, характеризующийся наиболее неблагоприятным сочетание большой потребности в холоде и высокой температуры конденсации хладагента.

Для экономичной же работы установки в другие периоды она должна быть оснащена системами регулирования мощности энергопотребляющих элементов.

Наиболее просто эта проблема решается параллельным соединением нескольких элементов в группах и выключением части их из работы при снижении потребности в холоде или снижении температуры окружающей среды.

При выборе расчетного периода учитываются климатические условия заданного района. Чаще всего таким периодом является июль.

Температура конденсации t_k , ⁰С зависит:

t_н - от температуры наружного воздуха, ⁰С;

t_w2 - температуры воды, выходящей из конденсатора, ⁰С;

t_w1 – температура воды, входящей в конденсатор, ⁰С.

3.2.1 По заданному местоположению предприятия находим климатические

характеристики атмосферного воздуха:

- среднемесячная температура t_ср.мес = +19,5⁰С;

- температура абсолютного максимума t_аб.max=+38,8 ⁰С;

- среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца: φ_н= 54%.

3.2.2 Расчётная температура наружного воздуха, ⁰С:

Температура наружного воздуха t_н , ⁰C

t_н=0,6 х t_ср.мес + 0,4 х t_аб.max, (3.1)

где t_ср.мес – среднемесячная температура самого жаркого месяца, ⁰C;

t_аб.max – температура абсолютного максимума, ⁰C.

t_н=0,6 х 19,5 + 0,4 х 38,8 =27,2 ⁰C

3.2.3 Температура смоченного термометра t_м, ⁰С:

Температура смоченного термометра t_м, ⁰С определяется с помощью диаграммы «j–d» влажного воздуха, которая приведена на рис.3.2.

t_н=27,2 ⁰C; φ_н= 54%;

t_м= +19,5⁰С.

Режим работы холодильной установки характеризуется, прежде всего, температурами фазовых превращений хладагента. С определения этих температур и начинаются расчёты термодинамических циклов.

Р исунок 3.2 - Определение температуры смоченного термометра

3.3 Расчёт температур фазовых превращений хладагента

3.3.1 Температура конденсации хладагента

Температура воды на выходе из конденсатора t_w2 , ⁰С

t_w2=t_m+Δt_w/n, (3.2)

где t_m – температура смоченного термометра, ⁰С;

Δt_w – разность температур воды на входе и на выходе из конденсатора, ⁰С, Δt_w = 5⁰С;

n = 0,4 – коэффициент отношения действительного охлаждения к идеальному.

t_w2=19,5+5/0,4 = 32 ⁰С

Температура воды на выходе из конденсатора t_w1, ⁰С

t_w1= t_w2 - Δt_w , (3.3)

t_w1=32 – 5=27 ⁰С

Температура конденсации t_к, ⁰С

t_к.=( t_w1 + t_w2 )/2 +θ_к, (3.4)

где θ_к. – температурный напор конденсации, ⁰С θ_к. =(4÷6)⁰С.

Для нашего расчёта берём θ_к.=5⁰С.

t_к=(27 +32)/2 + 5 = 35⁰С

Поскольку хладагентом является аммиак для всех отражающих установок, то одна общая хладагентная группа. Это позволяет уменьшать массогабаритные показатели и капитальные затраты.

Таким образом во всех охлаждающих системах температура конденсации хладагента t_к будет одинаковой.

3.3.2 Температуры кипения хладагента t_o, ⁰С (см. рис.3.2)

t_o= t_охл – Ө, (3.5)

где t_охл – технологическая температура охлаждаемой среды (обычно воздух в помещении), ⁰С;

Ө – оптимальный температурный напор в техническом аппарате, ⁰С (+7÷+10)⁰С – для

воздуха; (+4÷+6)⁰С – для жидкой среды).

Соки:

2. t_гр =35-10=25^оC

3. t_см =35-10=25^оC

4. t_там =35-15=20^оC

5. t_гр=+30-10= - 20⁰C

6. t_{см =+}30-15= -15⁰C

7. Таблица 3.1 - Вид охлаждающей среды

   Вид охлаждающей среды	Температура охлаждения среды, 0С	Температура кипения хладагента, 0С
   Воздух	-	Соки +2÷+10
   Режим низкотемпературной камеры	0	-10

9. В соответствии с проведёнными расчётами были выбраны четыре потребителя холода с соответствующими параметрами:

10. 1 – вода +6⁰С

11. 2 – воздух +4⁰С

12. 3 – рассол -15⁰С

13. 4 – низкотемпературная камера -10⁰С

14. В соответствии с выбранными температурными режимами выбираем холодильную

15. установку на аммиаке R 717.

3.4 Отношение давлений в циклах паровых компрессорных

холодильных машин

Степень сжатия π

π = P_k/P₀, (3.6)

где P_k – давление конденсации хладагента, Па;

P₀ - давление кипения хладагента, Па.

Давления конденсации P_k и кипения хладагента P₀ для каждой из охлаждающих систем, имеющих общую конденсаторную группу и, следовательно, одно и то же давление конденсации, МПа.

Определим параметры циклов для каждого из режимов с учётом, что при

π = P_k/ P₀ > 7 мы определяем как цикл с двухступенчатым сжатием пара.

1) π = (13,5х10⁵/5,5х10⁵) = 2,45 – цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

2) π = (13,5х10⁵/5х10⁵) = 2,7 – цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

3) π = (13,5х10⁵/2,4х10⁵) = 5,63 – цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

4) π = (13,5х10⁵/2,9х10⁵) = 4,65 – цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

Таблица 3.1- Вид охлаждающей среды

Вид охлаждающей среды	1) Вода	2) Воздух	3) Рассол	4) НТК
Температура кипения t0, 0С	+6	+4	-15	-10
π	2,45	2,7	5,63	4,65

Найденное значение служит основанием для выбора типа термодинамического цикла и, соответственно, одного из схемных решений охлаждающей системы.

При π<7 выбираем цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента, обеспечивающим достаточно высокую надёжность и простоту обслуживания.

3.5 Построение термодинамических циклов в диаграмме

состояний хладагента lgP-i. Построение

одноступенчатых циклов

Рисунок 5.1- Термодинамический цикл в диаграмме состояний хладагента lgP-i

Перегретый пар в состоянии 1 поступает в компрессор и адиабатно сжимается до состояния 2. В состоянии 2 перегретый пар поступает в конденсатор, где, за счёт отвода теплоты, пар сначала охлаждается до температуры конденсации (процесс 2-2" сбив перегрева). При дальнейшем отводе теплоты происходит конденсация (2"-3), сухой насыщенный пар переходит в жидкость и поступает в дроссельный вентиль, где происходит процесс дросселирования (3-4). В состоянии 4 влажный насыщенный пар поступает в испаритель, где за счёт подведения теплоты происходит кипение (4-1") - собственное производство холода.

Дальше происходит процесс перегрева сухого насыщенного пара.

Т аблица 3.2 – Параметры точек цикла для R717

№	Температура t, 0С	Давление p, МПа	Удельный объём v, м3/кг	Энтальпия i, кДж/кг	Паросодержание х, кг/кг
1	-2	0,398	0,311	1679,82	Перегретый пар
2	+35	1,349	0,096	1904,45	Перегретый пар
2"	+35	1,349	0,107	1706,96	1
3	+35	1,349	1,7х10-3	584,92	0
4	-2	0,363	0,058	441,9	0,14

Удельная хладопроизводительность цикла q₀, кДж/кг

q₀ = i₁ – i₄, (3.7)

q₀ =1679,82-441,9=1244,25 кДж/кг

Работа цикла затраченная на адиабатическое сжатие 1кг пара хладагента l, кДж/кг

l= i₂ – i₁, (3.8)

l=1904,45–1686,15=218,3 кДж/кг

Теплота конденсации q_к, кДж/кг

q_к= i₂ – i₃, (3.9)

q_к = 1706,96 – 584,92 = 1122,04 кДж/кг

Холодильный коэффициент ε цикла холодильной машины

, (3.10)

3.6 Разработка функциональной гидравлической схемы

установки

Функциональная схема установки включает в себя:

1. конденсаторную группу с системой оборотного водоснабжения;

2. цикл одноступенчатого сжатия с промежуточным хладоносителем;

3. условное обозначение технологических аппаратов, потребляющих холод.

В качестве промежуточных хладоносителей выступают вода и рассол хлорида кальция. Передача холода к промежуточным хладоносителям осуществляется в испарителях каждой из охлаждающих систем. Хладоноситель циркулирует от испарителя к технологическому аппарату за счёт насосов.

Хладагент, аммиак, после испарителя каждой системы под действием насосов перекачивается в конденсатор, где отвод теплоты в процессе конденсации производится циркулирующей тёплой водой, нагрев которой происходит в градирни под действием наружного воздуха.

Системе также присутствует маслоотделитель, позволяющий предотвратить попадания масла в конденсатор, что вызывает нарушение в его работе и требует остановки установки для очистки и ремонта.

4 Расчёт потребностей в холоде

Потребность в холоде определяется теплопритоками в охлаждаемые объекты, основными из которых являются: теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов; теплоприток от охлаждаемых продуктов; теплопритоки, связанные с эксплуатацией охлаждаемых помещений. Сумма всех теплопритоков составляет «тепловую нагрузку», по которой в дальнейшем будет подобрано оборудование холодильной установки.

Точный расчёт теплопритоков по заданию проводится только для одного охлаждаемого помещения - низкотемпературной камеры.

Холодильная камера будет сборной из специальных панелей и расположена внутри многоэтажного здания .Таким образом, основными теплопритоками будут теплопритоки через ограждения из помещения, в котором расположена камера.