Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие.pdf
21
Рис. 9. Схемы аппаратов для охлаждения мясных продуктов:
а) погружением в ванну с водой; б) орошением водой; в) орошением водой
и обдувом воздушным потоком; г), д), е) обдувом воздушным потоком;
1 – желоб; 2 – трубопровод подачи холодной воды; 3 – продукт; 4 – ванна;
5 – наклонный транспортер; 6 – лоток для подачи охлажденного продукта
на упаковку; 7 – охлаждающая батарея; 8 – насос; 9 – трубопровод подачи
рециркуляционной воды; 10 – коллектор с форсунками; 11 – конвейер
с подвесками; 12 – корпу
том; 15 – подвесной воздухоохладитель; 16 – направляющие патрубки; 17
– направляющий канал; 18 – направляющие насечки; 19 – подвесная рама
с продуктом; 20 – воздухораспределительный канал; 21 – перфорирован-
с; 13 – осевой вентилятор; 14 – тележка с продук-
ный воздухораспределитель
Δ
22
Приведенный коэффициент теплоотдачи находят по урав-
нениям:
для воздушной системы охлаждения (камеры с воздухоох-
ладителями и системой воздушного душирования)
= αк + αи;
α
пр
для воздушно-радиационной системы охлаждения (каме-
ры с межрядными радиационными батареями)
= αк + αи + αs,
α
пр
где α
верхности охлаждаемой полутуши, Вт/(м
ный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
– коэффициент теплоотдачи при испарении влаги с по-
и
2
·К); αк – радиацион-
2
·К).
Конвективный коэффициент теплоотдачи находят из кри-
териального уравнения:
δ/λв = 0,33 Re
α
к
0,58
,
– теплопроводность воздуха, Вт/(м·К); Re – критерий Рей-
где λ
в
нольдса.
Коэффициент теплоотдачи при испарении влаги с поверхности зависит от абсолютной потери массы полутуши в процессе ее охлаждения:
α
=
и
()
,
τ
ttFGr−
сп
где G – потеря массы полутуши мяса при ее охлаждении, кг;
ΔG = G
Tgo
/100,
где G
ния, кг; g
– масса полутуши, поступающей в камеру для охлажде-
т
– усушка продукта, %; r – удельная теплота фазового
o
(
б
τ
′
=
23
превращения, Дж/кг; F – площадь поверхности полутуш, м2; τ –
продолжительность цикла охлаждения задается предварительно.
В камерах охлаждения мяса с воздушно-радиационной
системой величину коэффициента теплоотдачи испарением принимают α
= 1,4–1,5 Вт/(м2К).
и
Радиационный коэффициент теплоотдачи определяют по
зависимости:
= 3,78 θ,
α
s
где θ – коэффициент, зависящий только от температурного режима работы камеры охлаждения;
()
T
=
θ
4
100
п
t
п
T
−
t
−
4
)
100
б
;
– температура площади поверхности бедренной части по-
где Т
п
лутуши, К; Т
– температура площади поверхности батарей, К.
б
Емкость камеры зависит от производительности и продолжительности цикла охлаждения:
, (6)
24/
GG
ц
где G – емкость камеры, т; G' – производительность камеры,
т/сутки; τ
– продолжительность цикла охлаждения, ч;
ц
τ
= τ + τ
ц
, (7)
з.в
где τ
– продолжительность загрузки и выгрузки камер с пе-
з.в
риодической загрузкой и выгрузкой, ч.
Площадь пола камеры определяют по формуле:
F
= G/gf, (8)
с
24
где Fc – строительная площадь камеры, м2; gf – норма нагрузки,
отнесенная к 1 м
2
).
кг/м
2
строительной площади камер, кг/м2 (225–250
Длину подвесных путей находят из выражения:
L
= G/gl, (9)
п
– длина подвесных путей, м; gl – норма нагрузки, отне-
где L
п
сенная к 1 м подвесного пути, кг/м (280 кг/м).
Тепловую нагрузку на холодильное оборудование камеры
определяют по уравнению:
Q
o=Ql+Q2+Q3
, (10)
– тепловая нагрузка на холодильное оборудование, Вт; Q
где Q
o
– теплоприток через ограждения камеры, Вт; Q2 – теплоприток
от охлаждаемого мяса, Вт; Q
– эксплуатационный теплоприток
3
от работы электродвигателей вентиляторов, который ориентировочно можно принять (0,1–0,2)Q
, Вт.
2
Площадь поверхности воздухоохладителей для камер с
воздушной системой рассчитывают по уравнению теплопередачи. Площадь поверхности межрядных радиационных батарей
для камер с воздушно-радиационной системой охлаждения рассчитывают по формуле:
F
= lб·f
б
п.м.,
– площадь поверхности межрядных радиационных бата-
где F
б
2
рей, м
ре, м; f
ционной батареи, м
; lб – суммарная длина батарей, устанавливаемых в каме-
– теплопередающая площадь поверхности 1 м радиа-
п.м.
2
.
Тогда количество тепла, отводимое межрядными радиационными батареями, составит следующее:
= Fб·qF,
Q
б
1
25
где Qб – количество тепла, отводимого межрядными радиационными батареями, Вт; q
батарей, Вт/м
2
(95–120 Вт/м2).
– теплосъем межрядных радиационных
F
Тепловую нагрузку на воздухоохладитель в камерах с воздушно-радиационной системой определяют по уравнению;
где Q
'
– тепловая нагрузка на воздухоохладитель, Вт.
o
′
= Qo - Qб,
Q
o
Теплопередающую площадь поверхности воздухоохладителя также находят по уравнению теплопередачи.
Количество воздуха, подаваемого в камеру, зависит от
скорости движения воздушного потока в зоне бедренной части
полутуши и системы воздухораспределения.
Начальную скорость воздуха, выходящего из сопла, определяют по уравнению из табл. 1 (см. с. 15). Тогда объем возду
ха,
направляемого в камеру, составит
= wоFщ, (11)
V
о
– суммарная площадь всех щелей (сопел);
где F
щ
= n·fщ, (12)
F
щ
– площадь одной щели (сопла), м2.
где f
щ
После определения площади теплопередающей поверхности воздухоохладителя и количества воздуха, подаваемого в камеру, производят подбор выпускаемых промышленностью воздухоохладителей. Тип и марка вентиляторов зависят от количества охлажденного воздуха, подаваемого в камеру, и аэродинамического сопротивления в циркуляционном кольце.
Аэродинамическое сопротивление в циркуляционном
кольце состоит из падения давления на преодоление м
естных
сопротивлений (секции воздухоохладителя, повороты, сопла,
вентилятор, диффузор) и потери напора на трение в каналах.
26
Мощность электродвигателей вентиляторов определяют
как
N Δ=
е
V
o
, (13)
η
P
где N
– мощность электродвигателей, кВт; ΔР – аэродина-
е
мическое сопротивление при движении воздуха в циркуляционном кольце, Па; η – КПД вентилятора.
После определения мощности электродвигателей вентиляторов сравнивают действительный теплоприток от их работы с
теплопритоком, ориентировочно принятым при расчете камеры,
а затем уточняют тепловую нагрузку и площадь поверхности
охлаждающих приборов.
4. Холодильное технологическое оборудование
для охлаждения мол
Для охлаждения молока и молочных продуктов применяют охладители погружного типа, емкостные аппараты и аппараты оросительного и пластинчатого типа. Охладители погружного типа представляют собой бассейны, заполненные охлаждающей жидкостью (вода, рассол) или смесью охлаждающей
жидкости со льдом, в которые устанавливают фляги и другие
емкости с молоком. Охладители характеризуются большими
размерами в связи с отсу
охлаждающей жидкости. Более совершенными охладителями
являются аппараты емкостного типа, оборудованные охлаждающей рубашкой и мешалкой. В качестве аппаратов емкостного типа применяют ванны–охладители и резервуары различной
конструкции. Наиболее распространенная конструкция ванны–
охладителя, оборудованной встроенной холодильной машиной,
приведена на рис. 10
применяют ванны–охладители, не имеющие встроенной холодильной машины. Ледяная вода в охлаждающую рубашку таких
аппаратов поступает от испарителя центральной холодильной
установки предприятия.
а, а резервуара – на рис. 10б. Кроме того,
ока и молочных продуктов
тствием принудительной циркуляции
27
Аппараты оросительного типа (рис. 10в) имеют несколько
вертикально установленных секций, наружная поверхность которых орошается охлаждаемым продуктом. В секции подается
охлажденная вода и рассол.
Рис. 10. Схемы аппаратов для охлаждения молока
и молочных продуктов:
а) ванна–охладитель, оборудованная охлаждающей рубашкой
и холодильной машиной; б) вертикальный резервуар,
оборудованный охлаждающей рубашкой и оросительным устройством;
в) аппарат оросительного типа; г) двухсекционный охладитель пластинча-
того типа; д) одноцилиндровый охладитель; е) двухцилиндровый
охладитель; ж) трубчатый охладитель; 1 – мешалка; 2 – корпус с водяной
рубашкой; 3 – тепловая изоляция; 4 – холодильная машина; 5 – насос;
6 – испаритель; 7 – оросительное устройство; 8 – распределительный ло-
ток; 9 – верхняя секция охла
11 – желоб;12 – емкость для охлажденного творога; 13 – нож; 14 – вра-
щающийся валик; 15 – бункер; 16, 17 – цилиндр с рассольной рубашкой;
18 – разгрузочный шнек; 19 – вращающийся вытеснительный барабан;
20 – питательный шнек; 21 – патрубок для подачи творога; 22 – цилиндр
с тепловой изоляцией; 23, 25 – патрубки для входа и выхода воды;
24 – патрубки для выхода охлажденного творога
ждения; 10 – нижняя секция охлаждения;
28
Толщина пленки подаваемого продукта регулируется с
помощью оросительного устройства. Продолжительность охлаждения в этих аппаратах невелика, но существуют потери массы
продукта, возникающие вследствие частичного испарения влаги
при контакте продукта с окружающим воздухом.
Аппараты пластинчатого типа применяют в качестве охладителей, очистительно–охладительных и пастеризационно–охладительных установок. Пластинчатые охладители могут иметь одну, две и тр
и секции охлаждения.
В односекционном охладителе в качестве хладоносителя
применяют рассол.
В двухсекционном охладителе применяют ледяную воду и
рассол (охлаждение молока, предназначенного для производства
кисломолочных продуктов и сыра, смесей мороженого, творога).
В трехсекционных охладителях применяют воду, температура которой 10 °С на первой стадии, 2 °С на второй стадии, на
третьей стад
ии охлаждения – рассол и хладон, температура кипения которого –5 °С (охлаждение парного молока, температура
которого t
начальной температуре t
= 35 °С, молока и соков после их пастеризации при
н
= 76 °С).
н
Многосекционные аппараты пластинчатого типа, имеющие более трех секций, предназначены для тепловой и холодильной обработки жидких продуктов (пастеризационно–охладительные установки).
Схема двухсекционного охладителя пластинчатого типа
показана на рис. 10
г. Секции охлаждения набираются из паке-
тов, соединенных в группы однотипных теплообменных пластин. Благодаря рифленой поверхности теплообменных пластин
коэффициенты теплопередачи таких аппаратов значительно
превышают коэффициенты теплопередачи аппаратов другого
типа при одинаковых энергозатратах на перемещение обрабатываемого продукта и хладоносителей. В среднем коэффициенты
теплопередачи при охлаждении молока достигают 3500–4500
2
К) и в 2–3 раза превышают коэффициенты теплопередачи
Вт/(м
аппаратов другого типа. При охлаждении вязких смесей (смесей
мороженого – сливочных, сливочно–шоколадных, шоколадного
пломбира) коэффициент теплопередачи для секции водяного
охлаждения в среднем составляет 230–460 Вт/(м
2
К), а для сек-
29
ции рассольного охлаждения – 115–230 Вт/(м2К). Кроме того,
узкие каналы между теплообменными пластинами позволяют
проводить охлаждение жидких продуктов в тонком слое при интенсивном движении продукта и хладоносителя (до 1 м/с) и при
малых температурных напорах (до 1,5–2 °С). Аппараты пластинчатого типа компактны и характеризуются наименьшей металлоемкостью, поэтому получили наибольшее распространение
для охлаждения жидких пищевых пр
одуктов.
Для охлаждения сливок, изготовляемых как готовый к употреблению продукт, применяют те же аппараты, что и для охлаждения молока, а также аппараты цилиндрического типа (рис. 10
д).
Для охлаждения сливок, предназначенных для производства масла, применяют сливкосозревательные ванны и резервуары вертикального типа. Сливкосозревательная ванна представляет собой горизонтальный полуцилиндр с крышкой, оборудованной охлаждающей рубашкой. Ванна снабжена мешалкой качающегося типа, изготовленной из труб, по которым циркулирует рассол. Сливкосозревательный резервуар по конструкции подобен резервуару, схема которого приведена на рис. 10
б.
Для охлаждения творога применяют аппараты цилиндрического и трубчатого типа (рис. 10
начальной температуры t
= 30–32 °С до конечной tк = 8–12 °С.
н
д, е, ж). Творог охлаждают от
Для охлаждения творога в линиях поточного производства применяют пластинчатые охладители, аналогичные пластинчатым
охладителям для молока и отличающиеся только формой и размерами теплообменных пластин. Зазор между пластинами для
прохода творога увеличен до 6 мм, в то время как для охладителей молока он равен 2
–2,5 мм.
Для охлаждения сгущенных молочных продуктов применяют ванны–кристаллизаторы и вакуум–кристаллизаторы. В
ваннах–кристаллизаторах охлаждение проводят от t
до температуры t
= 30–32 °C. Затем добавляют тонкоизмель-
к
ченную лактозу и выдерживают при температуре t
=50–52 °С
н
в течение
1
40–50 мин. За этот период происходит процесс кристаллизации.
После кристаллизации продукт охлаждают до температуры t
к
=
18 °С. При первой и второй стадии охлаждения (а также при
кристаллизации) непрерывно работает мешалка.
30
Аппараты характеризуются относительно незначительными коэффициентами теплопередачи [К = 120–150 Вт/(м
2
К)] из-за
высокой вязкости обрабатываемых продуктов. При относительно больших диаметрах ванн–охладителей (обычно 1100–1200 мм)
интенсивно охлаждается только слой продукта, расположенный
вблизи охлаждающей рубашки.
В вакуум–кристаллизаторах продукт равномерно охлаждается по всему объему в результате применения разреженной
среды и непрерывной работы охлаждающей мешалки. Охлаждение проводят в три стадии с дву
ми при температуре t
= 32 °C и t2 = 27,5 °С с целью равномер-
1
мя промежуточными выдержка-
ной кристаллизации охлаждаемого продукта. Коэффициент теплопередачи таких аппаратов в 1,3–1,5 раза выше коэффициента
теплопередачи ванн–кристаллизаторов.
Упакованные молочные продукты охлаждают в воздушной среде в камерах, оборудованных охлаждающими приборами
и системой воздухораспределения.
Основы расчета охладительных установок. Все приме-
няемые в молочной промышленности пластинчатые пастеризационно–охладительные установки являются рекуперативными
теплообменными аппаратами. Существует два метода теплового
расчета таких аппаратов: конструктивный – когда требуется определить поверхность теплообмена при проектировании нового
аппарата и поверочный – когда требуется определение количества передаваемого тепла и конечных температур жидкостей для
готового аппарата. В обоих слу
чаях процесс теплообмена в аппарате описывается двумя уравнениями: уравнением теплового
баланса и уравнением теплопередачи.
Уравнение теплопередачи, в котором локальная разность
– tж2) заменяется средней для всей поверхности теплообмена
(t
ж1
разностью температур (средним температурным напором) Δt
ср
является в этом расчете основным:
Q = kF Δt
.
ср
Наряду с этим выражением используется уравнение теп-
лового баланса:
,