Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие.pdf
101
де поддерживается постоянным с помощью регулятора уровня
(реле уровня с соленоидным вентилем).
Применение вентиляторов в аппарате позволяет интенсифицировать процесс замораживания продукта, но они являются
источником теплопритока, величина которого составляет значительную долю от суммы теплопритоков. Поэтому в некоторых
аппаратах вместо вентиляторов используют эжектирующую
способность газовых струй.
Углекислотные аппараты. Углекислый газ инертен, об-
ладает бактерицидным действием. Углекислотные аппараты по
устройству в основном подобны азотным. Но в работе системы
охлаждения есть некоторые особенности. Углекислоту целесообразно транспортировать и хранить в жидком состоянии в теплоизолированных сосудах при давлении 0,8–2,5 МПа и температуре –45 ÷–12 °С. Это уменьшает потери углекислоты и упрощает ее подачу, так как использу
ется естественная разность давлений. Из сосуда–накопителя, расположенного, по возможности, ближе к аппарату, жидкая углекислота подается через форсунки в охлаждаемый объем. При дросселировании в форсунках
образуется твердая углекислота в виде снежинок, которые могут
осаждаться на продукте и элементах конструкции аппарата, образуя плотный слой. Такой слой я
вляется нежелательным, даже
на поверхности продукта, так как газовая прослойка в зоне соприкосновения резко снижает величину коэффициента теплоотдачи. В связи с этим необходимо обеспечить сублимацию основной массы твердой углекислоты в газовом потоке до соприкосновения с продуктом и элементами аппарата, чему в немалой
степени способствует температура потока газа, которая не
должн
а быть ниже –78 °С (обычно –60÷–70 °С). Схема автома-
тического регулирования температуры показана на рис. 38.
Автоматическое регулирование температуры смеси производится с помощью регулятора температуры, реле времени, а
также двух соленоидных вентилей. Соленоидный вентиль CB
установлен на жидкостном трубопроводе, а СВ
– на газовом
2
трубопроводе.
Если в грузовом отсеке аппарата температура смеси достигает своего нижнего предела, т. е. –73 °С, то регулятор температуры воздействует на соленоидный вентиль СВ
и он откры-
2
1
102
вается. Одновременно с этим от импульса регулятора температуры закрывается соленоидный вентиль СВ
, прекращая поступ-
1
ление жидкой углекислоты из бака. В течение определенного
периода реле времени оставляет соленоидный вентиль СВ
от-
2
крытым; в коллекторах и форсунках поддерживается высокое
давление (3000 кПа), что гарантирует также удаление жидкой
углекислоты из системы в грузовой отсек и продувку форсунок
газом. По истечении времени установки реле времени закрывает
и соленоидный вентиль СВ
. Когда температура смеси в грузо-
2
вом отсеке возрастет до –65° С, регулятор температуры открывает соленоидный вентиль СВ
.
2
Рис. 38. Схема автоматического регулирования температуры смеси
углекислотного аппарата для замораживания кулинарных изделий:
1 – бак; 2 – газовый трубопровод; 3 – форсунка; 4 – коллектор; 5 – циркуляци-
онный вентилятор; 6 – камера циркуляционного вентилятора; 7 – датчик температуры; 8 – регулятор температуры; 9 – реле времени; 10, 11 – линии связи;
12 – жидкостной трубопровод; 13, 14 – соленоидные вентили
Давление в коллекторах и форсунках возрастает, и форсунки вновь продуваются газом. Реле времени закрывает соленоидный вентиль СВ
и открывает соленоидный вентиль СВ1,
2
обеспечивая подачу жидкой углекислоты к форсункам.
При работе аппарата в оптимальном режиме полезно используется до 90 % углекислоты, подаваемой в аппарат. В среднем удельный расход углекислоты при замораживании продук-
103
тов составляет 1 кг/кг. Продолжительность замораживания
штучных продуктов составляет 20–40 мин.
Техническая характеристика азотных туннельных скороморозильных аппаратов АСТА (производитель «Темп–II») приведена в табл. 11, а схема аппарата – на рис. 39.
Для быстрого замораживания пищевых продуктов эффективна трехзонная проточная система хладоснабжения, которая
позволяет использовать пары криоагента после испарения в зоне
замораживания (I зона) для предварительного охлаж
дения (II
зона) и выравнивания температуры по толщине продукта (III).
Рис. 39. Принципиальная схема
азотного скороморозильного аппарата (АСТА):
I – зона предварительного охлаждения парами азота; II – зона орошения
жидким азотом; III – зона выравнивания температуры; 1 – система отсоса
паров азота; 2 – теплоизолированный подъемный короб; 3 – осевые венти-
ляторы; 4 – жидкостный коллектор с форсунками; 5 – гибкая шторка; 6 –
сетчатый конвейер; 7 – привод конвейера; 8 – привод подъема теплоизо-
лированного короба; 9 – уплотнение; 10 – опора с механизмом подъема
короба; 11 – датчики температуры; 12 – теплоизолированная плита
Аппараты предназначены для быстрого поштучного криогенного замораживания широкого ассортимента пищевых продуктов животного и растительного происхождения (мяса, мясных натуральных и рубленых полуфабрикатов, пельменей, рыбных изделий, фруктов, ягод, грибов, овощей, масла и т. д.), а
104
также эндокринно–ферментного сырья для фармацевтической
промышленности.
Таблица 11
Технические характеристики
азотных туннельных скороморозильных аппаратов
Показатели
Производительность, кг/ч
(пельмени)
Температура, ˚С:
начальная
конечная
Расход жидкого азота, кг/кг,
прод.
Конвейер из нержавеющей
стали
Скорость движения ленты
конвейера, м/мин
Рабочая ширина ленты конвейера, мм
Установочная мощность, кВт 5,0 6,5 6,5
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
АСТА-30 АСТА-250 АСТА-800
сетчатый сетчатый ровный
0,04–0,2 0,15–0,6 1,0–15,0
Марки аппаратов
150
30
–18
1,1
400
5000
1200
2100
500
30
–18
1,1
600
8200
1500
2500
800
30
–18
1,1
ленточный
760
8600
1400
2250
Основы расчета криогенных аппаратов. При расчете
криогенного аппарата с распылением жидкого азота в грузовом
отсеке, если заданы производительность аппарата, вид и размеры замораживаемого продукта, начальная и конечная температура продукта, то необходимо определить продолжительность
пребывания продукта в грузовом отсеке аппарата; емкость аппарата; площадь поверхности ленты грузового конвейера; длину
грузового конвейера; габаритные размеры изолированного контура; теплову
ю нагрузку; общий расход жидкого азота и избыточное количество жидкого азота, орошающего продукт; количество форсунок; удельный расход жидкого азота; производи-
105
тельность отсасывающего вентилятора; количество газообразного азота, движущегося в зоне предварительного охлаждения;
количество газообразного азота, движущегося в зоне выравнивания температур.
Продолжительность пребывания продукта в грузовом от-
секе аппарата находят из зависимости:
τ
= τ1 +τ2+τ3,
а
где τ
– продолжительность охлаждения продукта, с; τ2 – про-
1
должительность нахождения продуктов в зоне замораживания,
с; τ
– продолжительность пребывания продукта в зоне вырав-
3
нивания температуры, с.
Продолжительность охлаждения продукта до криоско-
пической температуры в зоне предварительного охлаждения τ
можно определить по формуле Планка.
l
ρq
⎡
3
τ
=
1
l
⎢
tt
−
⎣
cкр
P/λR
n
1
⎛
⎜
α
⎝
δi
⎤
⎞
3
,10
++
∑
1
×
⎟
⎥
λi
⎠
⎦
– толщина продукта, м; R, Р – коэффициенты, зависящие
где
l
n
от соотношений слоев упаковки с толщинами
δi
термических сопротивлений слоев упаковки с толщинами
– коэффициенты теплопроводности слоев упаковки.
λi
δi
;
∑
1
– сумма
λi
δi
Величины коэффициентов R и Р находят но справочным
данным [10] в зависимости от отношения длины и ширины единичного продукта к его толщине.
Количество тепла, отводимое от продукта при его холодильной обработке в зоне предварительного охлаждения q
з2
, зависит от его вида, а также от начальной и криоскопической температур.
1
;
106
Температуру теплоотводящей среды (газообразного азота)
в зоне предварительного охлаждения рассчитывают следующим
образом:
t
= (tг + tо)/2,
с1
где t
– температура теплоотводящей среды в зоне предваритель-
c1
ного охлаждения, ºС; t
– температура отработанного газообраз-
г
ного азота, удаляемого из зоны предварительного охлаждения,
величину которой необходимо задать, °С (–20÷–30 °С).
Чтобы определить t
продукта к газообразному азоту.
находят коэффициент теплоотдачи от
1,
Критерий Нуссельта для условий теплообмена продукта и
газообразного азота в зоне предварительного охлаждения рассчитывают по формуле:
Nu = 0,0296Re
0,8Pr0,43
.
При определении значения критерия Рейнольдса, входящего в уравнение (15) (см. с. 125), скорость движения газообразного азота в зоне предварительного охлаждения следует задать (w' = 20–35 м/с), а за определяющий размер принять эквивалентный диаметр единичного продукта, замораживаемого в
криогенном аппарате.
Продолжительность домораживания продукта в зоне орошения также находится по формуле Планка. Количест
во тепла,
отводимое от продукта при его домораживании в зоне орошения
зависит от конечной температуры замороженного продукта.
Температура теплоотводящей среды в зоне орошения равна
температуре кипения жидкого азота в зоне орошения t
. Коэф-
o
фициент теплоотдачи от продукта к жидкому азоту, который
орошает продукт, находится по формуле:
5,06,0
′′
ρρ
⎞
, (14)
⎟
′
⎠
−
′′
Δ
tс
=
2
λα
⎜
⎝
⎛
′′
06,25
⎞
a
⎟
r
⎠
′
−
⎛
⎜
σ
⎝
где λ" – теплопроводность газообразного aзота, Вт/(м·К); с" –
удельная теплоемкость газообразного азота, Дж/(кг·К); Δt
–
а
r
′
′
107
разность температур между продуктом, поступающим в зону
орошения, и кипящим азотом, °С; ρ' – плотность жидкого азота,
3
кг/м
; ρ" – плотность насыщенного пара азота при температуре
кипения, кг/м
3
; σ' – поверхностное натяжение жидкого азота,
Н/м; r – удельная теплота парообразного азота, кДж/кг.
Формула (14) справедлива для условий:
Δtс
a
<
,
.
4220 ,
<
Продолжительность пребывания продукта в зоне вырав-
нивания температур τ
равна продолжительности заморажива-
3
ния продукта до криоскопической температуры в зоне предварительного охлаждения, т. е. τ
. Если по условиям проекти-
3=τ1
рования необходимо уменьшить длину аппарата, то принимают
τ
= (0,5–0,75)τ1 или вообще отказываются от зоны выравнива-
3
ния температур в аппарате, полагая τ
Емкость аппарата или массу продукта, находящегося на
ленте грузового конвейера, определяют по формуле G = G
= 0.
3
'
τ.
Площадь поверхности ленты грузового конвейера рассчи-
тывают по уравнению:
F
=G/gf,
кн
где gf – масса продукта, размещаемого на 1 м2 площади поверхности ленты грузового конвейера, кг/м
2
.
Длину грузового конвейера находят по формуле:
L
= Fкн/Вкн,
кн
где В
– ширина грузового конвейера, м.
кн
По габаритным размерам находят наружную теплопередающую поверхность изолированного контура. В зависимости
от величины наружной теплопередающей поверхности изолированного контура находится теплоприток Q
.
1
′
=
−=′
′
108
Длину изолированного контура рассчитывают по уравнению:
L
= Lкн +Dб +2δи + 2δз,
а
где D
– диаметр барабана грузового конвейера, м; δи – толщина
б
слоя изоляционного материала, м; δ
– зазор между барабаном и
з
торцевой стенкой изолированного контура, м.
Ширину изолированного контура определяют по формуле:
В
= Вк + 2δи + 2δ′з ,
а
где δ′
– зазор между грузовым конвейером и боковой стенкой
з
изолированного контура, м.
Тепловую нагрузку находят по формуле:
Q
где а
= 1,4–1,5.
д.п
= а
o
д.пQ1+Q2+Q4
,
Для криогенных аппаратов Q
(0,1–0,15)Q
.
2
ориентировочно принимают
4
Общий расход жидкого азота находят по формуле:
rQG
aаз
,
где Q'
при домораживании продукта в зоне орошения, Вт; q
= G′qз2 – тепловая нагрузка, отводимая жидким азотом
a
– количе-
з2
ство тепла, отводимого от замораживаемого продукта в зоне
орошения, Дж/кг.
Тепловую нагрузку, которую можно отвести газообразным азотом, определяют по уравнению:
′
QQQ
aoa
,
(
−=′
′
=
′
⋅=′
109
где Q'a – тепловая нагрузка, которую можно отвести газообразным азотом, Вт.
Действительную тепловую нагрузку, отводимую газообразным азотом, находят из выражения:
,
)
ttcGQ
aдa
..
з
ог
где t
– температура газообразного азота, уходящего из грузово-
г
го отсека аппарата, °С.
Количество форсунок
n =
.
g
G
.фдаз
Удельный расход жидкого азота определяют по формуле:
G
даз
.
G
.
′
g
=
a
где G
– действительный расход жидкого азота в аппарате, кг/с.
аз.д
Производительность отсасывающего вентилятора
vGV ⋅
гдазво
...
,
где V
– удельный объем газообразного азота, удаляемого отса-
г
сывающим вентилятором (находится при температуре t
), м3/кг.
о
Количество газообразного азота, движущегося в зоне
предварительного охлаждения, составит следующее:
′
wFV
пзпа
..
,
⋅=′
110
где F
прохода газообразного азота, м
– живое сечение зоны предварительного охлаждения для
з.п
2
; w' – скорость движения газооб-
разного азота в зоне предварительного охлаждения, м/с.
Количество газообразного азота, движущегося в зоне выравнивания температуры, определяют по формуле:
′′
wFV
взва
..
,
где F
прохода газообразного азота, м
– живое сечение зоны выравнивания температуры для
з.в
2
; w" – скорость движения газо-
образного азота в зоне выравнивания температуры, м/с.
Рассчитав аэродинамическое сопротивление в циркуляционном канале зоны предварительного охлаждения и зная количество движущегося газообразного азота, можно подобрать циркуляционные вентиляторы, обслуживающие эту зону.
Аналогично подбирают циркуляционные вентиляторы, обслуживающие зону выравнивания температуры.
По формуле (13) производится расчет мощности электродвиг
ателей для всех вентиляторов (см. с. 26).
11. Оборудование для размораживания пищевых продуктов
Используемые в настоящее время установки для размораживания пищевых продуктов по способу подвода тепла к размораживаемому продукту можно классифицировать на установки с
теплоподводом к поверхности и объему продукта.
Установки с теплоподводом к поверхности продукта.
Для размораживания пищевых продуктов используют установки
для размораживания пищевых продуктов в потоке воздуха и потоке влажного воздуха; в вакууме и воде, а также установки для
комбинированного размораживания пищевых продуктов в воде
и воздухе.