Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие.pdf
11
канала не более 2 м/с воздух распределяется через окна с заслонками. Равномерная циркуляция воздуха по объему камеры
достигается разветвленной системой воздуховодов. Нагнетательные каналы выполняют одиночными или двойными, постоянного или переменного сечения. Окна в каналах имеют прямоугольную форму, заслонки крепят на петлях к верхней стороне
окна. При включении вентилятора за
слонки под давлением выходящего воздуха поднимаются, после остановки вентилятора
они опускаются и закрывают окна.
При бесканальной системе воздухораспределения воздухоохладители подвешивают под потолком у стен камеры на расстоянии 3–6 м друг от друга (рис. 7). Каждый воздухоохладитель работает на свою зону камеры.
Рис. 7. Бесканальная система воздухораспределения:
1 – подвесной воздухоохладитель; 2 – поддон воздухоохладителя;
3 – вентилятор; 4 – направляющий аппарат
Принудительная циркуляция воздуха при канальном и
бесканальном воздухораспределении, обеспечивая равномерность температурного поля в камере с грузом, не создает условия для вентиляции штабеля, например, с фруктами. Штабель
необходимо вентилировать для удаления теплоты дыхания растительного сырья. Это требование выполнимо при компоновке
системы воздухораспределения, при которой охлажденный в
воздухоохладителе воздух принудительно под
ается в штабель с
фруктами (активное вентилирование). Штабель продувается
12
воздухом периодически несколько раз в сутки. Количество воздуха определяют из условий теплового баланса. Обычно на 1 т
массы груза при его охлаждении необходимо подавать от 1000
до 1500 кг/ч воздуха. При хранении в условиях активного вентилирования – 2 раза в сутки в течение 1 ч. На 1 т груза необходимо до 200 кг/ч воздуха.
2. Расчет систем воздухораспределения
Для расчета систем воздухораспределения должны быть
заданы массы воздуха, необходимого для технологического
процесса, длина воздуховода и условия раздачи воздуха. Так,
для камер замораживания или морозильных аппаратов задают
количество воздуха в расчете на 1 т продукта, указывают скорость движения его у полутуш или у продукта, производительность, вместимость или загрузку камеры или аппарата.
Расчет св
ховодов и насадок, обеспечивающих заданные скорости движения воздуха, необходимые для осуществления технологических процессов, и сопротивления движению воздуха в воздушном кольце системы. Равномерность воздухораспределения зависит от конструкции воздуховодов, площади сечения насадок
и величины статического давления перед ними. Более равномерное д
телями с воздуховодами равного статического давления.
Между статическим и динамическим давлением существу-
ет зависимость, определяемая уравнением Бернулли как частным выражением закона сохранения энергии:
где р
– статическое давление в начальном сечении, Па; w
1
динамическое давление в том же сечении, Па; w
воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м
одится к определению площадей сечений возду-
вижение воздуха обеспечивается воздухораспредели-
2
ρw
1
р
1
p
2
х
2
ρw
⎞
⎛
х
Δр
++=+
⎟
⎜
2
⎠
⎝
, (1)
2
/2 –
1
– скорость
3
; рх – статическое дав-
1
13
ление в рассматриваемом сечении, Па; wхρ/2 – динамический
напор в рассматриваемом сечении; w
– скорость воздуха в том
х
же сечении, м/с; Δр – потеря давления при движении воздуха от
начального до конечного сечений, Па.
Из анализа уравнения Бернулли следует, что скорость
движения воздуха не должна быть большой, так как в этом случае статическое давление будет недостаточным. Однако малые
скорости воздуха в воздуховодах не вс
егда приемлемы из-за
больших поперечных сечений, которые не вписываются в отведенные габариты аппаратов камер. Решение находят в том, что
создают воздуховоды постоянного статического давления по
всей их длине. Это обеспечивает приблизительно постоянную
скорость движения воздуха по длине воздуховодов при непрерывном его расходе через насадки.
При постоянной площади поперечного сечения воздух
овода в начальном его сечении при больших скоростях движения
воздуха наблюдается подсос его из камеры.
В таких воздуховодах в начальном сечении динамический
напор – максимальный, в конечном сечении скорость движения
малая, а статический напор максимальный, и через крайние отверстия насадок истекает значительно большая масса воздуха,
чем через первые. Поэтому площадь поперечного сече
ния насадок необходимо выбирать на основании соответствующих расчетов.
Некоторые технологические процессы требуют специального воздухораспределения. Так, в случае программного охлаждения и замораживания мяса на конвейерах туннелей или в морозильных аппаратах необходимо, чтобы скорость движения
воздуха у бедренной части полутуш постоянно убывала вдоль
подвесного пути по заданному закону, соответству
ющему ин-
тенсивности отвода теплоты.
Предположим, что скорость движения воздуха вдоль подвесного пути изменяется по закону:
w(τ) = w
exp(–Мwτ),
н
(
[
14
где w – начальная скорость движения воздуха у поверхности
продукта в камерах охлаждения и замораживания, м/с; М – коэффициент, характеризующий степень изменения скорости воздуха, 1/ч.
В камере охлаждения М
дильной обработки мяса (во время процесса) τ
камер замораживания М
= 0,005–0,10; τΣ = 18–24 ч.
w
= 0,l–0,4; а общее время холо-
w
= 10–15 ч; для
Σ
Для камер замораживания применяют воздуховоды большой длины, так как для интенсификации теплообмена необходимы более высокие скорости движения воздуха у полутуш. Для
них выбирают воздуховоды постоянного статического давления,
имеющие меньшие гидравлические сопротивления и позволяющие использовать осевые вентиляторы для создания циркуляции
воздуха по контуру.
Формулы для расчета основных величин, определяющих
констру
ктивные и рабочие характеристики воздуховодов, при-
ведены в табл. 1.
При проектировании воздуховодов не следует допускать,
чтобы скорость движения воздуха в начале канала w
так называемой критической скорости w
кр
, так как в этом случае
н
достигала
н
воздух не будет вытекать из камеры в канал через щели или сопла. Критическая скорость зависит от конструкции канала, которая характеризуется главным образом относительной длиной воздуховода L = L/d
и степенью сужения F. Значение критической
н
скорости зависит от многих факторов, которые трудно учесть в
расчете. На практике можно пользоваться зависимостью:
кр
н
)
]
FLNw
+= 1/,
где N – эмпирическая постоянная (N = 1200).
(
τ
(
)
Δ=Δ
ρ
−−+=
τ
τ
()(
Δ
−
ρ
τ
Δ
=
=
=
=
=
=
15
Таблица 1
Расчет конструктивных рабочих характеристик воздуховодов
Формулы для определения параметров Расчетная величина
Скорость движения воздуха
у выхода из щелей, м/с
Расход воздуха через i–ю щель, м/с
Площадь щелей, м2/м
Расстояние между щелями, м
Суммарный расход воздуха, м3/ч
Потеря статического давления на
трение, Па
Потеря давления «на проход», Па
Примечание: w
0i
, w
– соответственно скорость движения воздуха при выходе из i-й щели и из щелей,
0н, w0к
находящихся в начале подвесного пути по направлению продвижения мяса; τ
момента ее поступления в камеру до места под i–й щелью, ч; ΔVi – расход воздуха через i–ю щель; К – коэффициент запаса, учитывающий тепловую нагрузку от внешних теплопритоков (K = l,3); Qi – тепловой поток от полутуш, Вт; ρ – плотность воздуха, кг/м
3
; Δh – изменения энтальпии воздуха при омывании полутуш, кДж/кг; Fм –
площадь поверхности мясных полутуш на 1 м пути,м
коэффициента теплоотдачи, 1/ч; fi – удельная площадь всех щелей (сопел) на 1 м канала, м
камеры охлаждения камеры замораживания
)
=
()
Мехрww
00
=
⋅=Δ
2
ρλ
пр
iwнi
;
1
0
2
1
n
2
∑
i
()
α
wVf
iii
0
ffnl
iэi
Δ=
VV
i
2
;
2
i
n
()
Δ=Δ
∑
i
=
1
n
∑
Σ
i
1
()
VFр
+
1
iэ
1
235,0
ρ
2
/с; Ма – коэффициент, характеризующий степень изменения
hКQV
вii
)
hМехрqFQ
вшмi
()()
f = const
l = const
Σ
n
Δ−=
VVV
∑
2
1
i
2
VFp
– время продвижения полутуши с
i
()
⋅=Δ
2
ρλ
2
()
=Δ
ρ
2
wwww 1
0000
n
Δ=
VV
∑
i
i
=
1
n
2
i
n
235,0
∑
=
i
2
()
VFр
∑
+
1
iэ
=
1
()
Fwfp
00
1
Σ
iкнкi
2
iiпр
15
16
Относительная конечная скорость выпускаемого воздуха
⎡
⎢
1
==
ww
εε
v
00
нк
1,16 ;
v
⎢
1200
⎢
()
⎣
−
+
FL
1
⎤
⎥
+
FL
1
()
1200
. (2)
⎥
⎥
⎦
По этой формуле для проектируемого воздуховода можно
выбрать конструктивные характеристики величин F и L, а также
определить начальную скорость воздуха w
ки при заданном отношении ε
. При таких условиях воздуховод
v
на выходе из насад-
oн
будет работать без подсоса воздуха из камеры.
Расчет насадок заключается в выборе их размеров, которые обеспечивали бы достаточную скорость потока на заданном
расстоянии от выходного отверстия при заданном угле раскрытия струи. Все виды насадок рассчитывают одинаково, так как
они создают подобные профили свободной затопленной изотермической стр
уи. Скорость воздуха на расстоянии L от отверстия
насадки следующая:
ww
oL
()
848,0
+=baL
, (3)
205,0/
где w
– скорость воздуха в насадке, м/с; а – коэффициент тур-
о
булентности; b – ширина насадки, м; L – расстояние от насадки
до места измерения скорости воздуха, м.
W
Вычисленная скорость
потока является осевой скоростью,
L
т.е. скоростью внутреннего ядра струй. В загруженной камере она
снижается за счет смешения основного и отраженного потоков от
продукта. Поэтому для определения осевой скорости у поверхности полутуши в загруженной камере, в расчетную формулу для
свободной струи вводят поправочный коэффициент 0,45 при начальной скорости более 7 м/с и 0,
7 – при скорости менее 7 м/с.
Количество насадок выбирают, исходя из возможности
создания равномерного поля скоростей для движения воздуха у
()(
−−=−−
=
ε
17
продукта. Наиболее эффективный теплообмен достигается при
установке насадок в виде сопел (6 шт. на 1 м для охлаждения и 9
шт. на 1 м для замораживания), радиальных щелей на круглых
воздуховодах или поперечных щелей (по отношению к подвесным путям) для ложных потолков.
Для камер холодильной обработки теплота, отводимая
воздухом от продукта, составляет 80–90 % общей тепловой на-
зки. При равномерном распределении воздуха его темпера-
гру
тура в поперечном сечении камеры должна изменяться одинаково. Это достигается только при большой кратности циркуляции
воздуха, равной 100–120 объемам воздуха камеры за час камер
охлаждения и 150–160 – для камер замораживания. В пересчете
на количество воздуха, приходящегося на 1 т продукта, это соответствует 2700 кг/ч для кам
ер охлаждения и 4000–4500 кг/ч
для камер замораживания.
Если камеры предназначены для термической обработки
в полутушах, то количество движущегося воздуха на уров-
мяса
не бедер полутуш определяют по зависимости:
=2,18Go(al/b+0,29), (4)
G
L
– общее количество воздуха, выходящего из насадок.
где G
o
Эффективность воздухораспределения с помощью насадок
) ()()
, (5)
tttthhhh
13121312
где h
, h2, h3 – энтальпии воздуха, соответственно поступающего
1
в камеру после смешения основного потока с частью воздуха и
участвовавшего в теплообмене с продуктом, между продуктом в
свободном пространстве, кДж/кг; t
, t2, t3 – температуры воздуха
1
для тех же условий.
Для бесканального воздухораспределения – ε = 0,5, для
одноканального воздухораспределения с насадками в виде сопел
радиальных щелей – ε = 0,8–0,85.
=
18
Если задать подогрев воздуха, прошедшего у поверхности
продукта, то общее количество воздуха, циркулирующего в камере, следующее:
/
,
pok
tCQG
Δ
где Qo – тепловая нагрузка камеры, кДж; Ср – теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); Δt – подогрев воздуха вблизи продукта (принимают не более 1 °С).
Поскольку часть воздуха не вступает в теплообмен с продуктом (байпасируется), через насадки нужно подавать большее
его количество:
′
ε
/
GG =
,
oo
где Go – количество воздуха, вытекающего из насадок.
3. Холодильное технологическое оборудование для охлаждения мяса и мясопродуктов
Мясные полутуши охлаждают в камерах и туннелях, оборудованных подвесными конвейерами, приборами охлаждения и
системами воздухораспределения.
Камеры охлаждения представляют собой теплоизолированные помещения вместимостью 15–45 т. Средняя нагрузка на
1 м подвесного конвейера составляет 250 кг, а нагрузка на 1 м
площади пола камер – 200–250 кг мяса. В настоящее время камеры проектируют шириной не более 6 и длиной не более 30 м.
Высота камер равна строительной высоте этажа, а их ограждающие конструкции являются частью ограждающих конструкций холодильника.
Туннели представляют собой теплоизолированные аппараты высотой до 4 м. Вместимость туннелей не превышает 12 т.
Чаще всего в них преду
тей длиной до 18 м.
Известны также камеры и туннели для охлаждения мяса в
контейнерах. При этом сначала мясные полутуши охлаждают
сматривают не более трех подвесных пу-
2
19
(при более высокой температуре воздуха, чем при обычном охлаждении) до достижения среднеобъемной температуры мяса t =
12–20 °С, при которой рекомендуется разделывать полутуши на
отруба. Отруба размещают в контейнерах, а затем контейнеры
загружают в камеры или туннели для доохлаждения. Вместимость камер охлаждения мяса при загрузке контейнерами увеличивается почти в два раза. Прин
ципиальные схемы камер и
туннелей (в разрезе) для охлаждения мясных полутуш показаны
на рис. 8, а принципиальные схемы аппаратов для охлаждения
мясных продуктов – на рис. 9. Помимо аппаратов, приведенных
на рис. 8, для охлаждения мясных продуктов воздухом применяют также туннели и аппараты конвейерного типа. При этом
продукт охлаждают на движущемся конвейере, на котором размещены этаж
ерки с продуктом, картонные коробки, штучные
упакованные продукты, лотки, поддоны и т. п. Направление
движения воздушных потоков в таких аппаратах зависит от
формы продуктов и способа их размещения на конвейере.
Основы расчета камер охлаждения мяса. При расчете
камер охлаждения требуется определить продолжительность
цикла холодильной обработки; емкость и размеры камеры; тепловую нагрузку на холодильное оборудование; площадь поверхности охлаждающих приборов; количество воздуха, подаваемого в камеру; аэродинамическое сопротивление в циркуляционном кольце; мощность электродвигателей вентиляторов.
Продолжительность цикла охлаждения полутуш мяса в
камерах определяют по формуле:
5,1
⎛
δρ
tс
о
0962,0
=
τ
⎜
⎜
α
t
⎝
пр
⎞
−
t
с
н
⎟
,
⎟
−
t
⎠
с
к
где τ – продолжительность цикла охлаждения полутуш, с; Со –
удельная теплоемкость мяса, Дж/(кг·К); δ – толщина бедренной
части полутуши, м; ρ – плотность мяса, кг/м
коэффициент теплоотдачи от поверхности охлаждаемого мяса,
2
·К); tн – начальная температура в центре бедра, °С; tc –
Вт/(м
3
; αпр – приведенный
средняя температура воздуха в камере за цикл охлаждения, °С;
– конечная температура в центре бедра после охлаждения, °С.
t
к
20
Рис. 8. Схемы камер для охлаждения мясных полутуш:
а) с установкой воздухоохладителя в направляющем канале и продольным
движением воздушного потока; б) с установкой воздухоохладителя в на-
правляющем канале и поперечным движением воздушного потока; в) с ус-
тановкой воздухоохладителя в направляющем канале и распределением
воздуха через щели ложного потолка; г) с установкой напольных воздухо-
охладителей и межрядных радиационных батарей и распределением воз-
ха через щели ложного потолка; d) c установкой подвесных воздухоох-
ду
ладителей; е) с установкой подвесных воздухоохладителей и межрядных
радиационных батарей; ж) с установкой воздухоохладителя вне камеры и
распределением воздуха через круглые сопла цилиндрической или кони-
ческой формы воздухораспределительных каналов; з) с установкой возду-
хоохладителя вне камеры и распределением воздуха через плоские сопла
хораспределительных каналов; 1 – камера; 2 – верхний направляю-
возду
щий канал; 3 – воздухоохладитель; 4 – осевой вентилятор; 5 – боковой на-
правляющий канал; 6 – пространство ложного потолка; 7 – ложный пото-
лок; 8 – напольный воздухоохладитель; 9 – круглое сопло цилиндрической
формы; 10 – межрядная радиационная батарея; 11 – подвесной воздухоох-
ладитель; 12 – воздухораспределительный канал с круглыми соплами;
13 – круглое сопло конической формы; 14 – приточный воздуховод;
15 – центробежный вентилятор; 16 – воздухораспределительный канал
с плоскими соплами