Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие.pdf
Q − Q
= М1ср1(t
окр
1
31
'
- t
''
1
) = М2ср2(t
''
'
- t
),
2
2
где Q – количество тепла, отданное горячим и принятое холодным теплоносителем, кВт; Q
среду, кВт: М
и ср2 – массовые изобарные теплоемкости греющей и нагре-
с
р1
и М2 – массовые расходы теплоносителей, кг/с;
1
ваемой сред, кДж/ (кг·К); t
входе и выходе из аппарата, °С; t
– потери тепла в окружающую
окр
'
''
и t
– температуры греющей среды на
1
1
'
''
и t
– температуры нагревае-
2
2
мой среды на входе и выходе из теплообменного аппарата, °С.
Величина W = c
М – водяной эквивалент. При Q
р
окр
= 0
'
''
''
−t
)/ (t
(t
1
1
'
−t
) = W2/W1,
2
2
т. е. изменение температур сред обратно пропорционально их
водяным эквивалентам.
При известных Δt
и Δtм среднелогарифмический темпера-
б
турный напор
Δ
Δ
−
t
t
м
Δ
t
ср
б
=
()
Δn
l
t
б
.
Δ
t
м
Когда Δt
/Δtм ≤ 1,7, то среднелогарифмический темпера-
б
турный напор с погрешностью менее 3 % можно вычислить как
среднеарифметический:
= (Δtб + Δtм)/2.
Δt
ср
Указанному условию чаще всего удовлетворяют противо-
точные теплообменники.
При расчете аппаратов коэффициенты теплоотдачи находят по критериальным уравнениям или эмпирическим формулам. Теплофизические характеристики сред принимаются при
их средней температуре.
Число параллельных каналов или труб в одном ходе аппарата m определяют из условий неразрывности потока как
m = V/f,
32
где V – объемный расход теплоносителя, м3 /с; f – площадь поперечного сечения трубы, канала.
Число ходов (при заданной длине одного хода l) вычисляют путем деления общей поверхности теплопередачи на теплопередающую поверхность (труб, пластин, ламелей) одного
хода, т. е.
= F/Fx = Q/(rΔt Fx).
m
x
Внутренний диаметр корпуса одноходового теплообменника определяют по формуле:
= D′ +d
D
в
нар
+2К,
где D′ – диаметр, на котором размещается крайний ряд трубок;
К ≥ 0,6 – кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом; d
– наружный диаметр трубы.
нар
5. Оборудование для охлаждения рыбы
Охлаждение рыбы необходимо в первый период ее хранения после улова, и производится это непосредственно на судах.
Для охлаждения рыбы водой применяют цистерны, бункера и рыбоохладители–аккумуляторы. При охлаждении рыбы в
цистернах сначала охлаждают воду с помощью рассольных батареи. Для ускорения охлаждения воды применяют барботеры,
через которые подают сжатый возду
охлаждение воды примерно в 1,5 раза. После охлаждения воды
цистерны загружают рыбой, начальная температура которой в
среднем составляет 25 °С. При этом температура воды повышается на 6–8 °С. С целью понижения температуры воды осуществляют ее непрерывную циркуляцию с помощью насоса и дополнительной цистерны меньшей вместимости, играющей роль ре-
ара для подохлаждения воды. Охлажденная вода из допол-
зерву
нительной цистерны насосом подается в цистерну с рыбой (рабочая цистерна), где отнимает теплоту от охлаждаемой рыбы, а
х. Барботирование ускоряет
33
затем охлаждается с помощью рассольных батарей рабочей и
дополнительной цистерн.
При охлаждении рыбы в бункерах применяют охлажденную воду и лед. Рыбу обрабатывают в приемном бункере и в
бункере–аккумуляторе. В приемном бункере осуществляют
предварительное охлаждение рыбы льдоводяной смесью. Охлажденная вода в приемный бункер подается из бункера–аккумулятора. После предварительного охлаж
дения рыбу направляют на сортировку и дальнейшую обработку. Бункер–аккумулятор предназначен для охлаждения и кратковременного хранения разделанной рыбы, т. е. подготовленной к последующей обработке (замораживанию или консервированию). Охлаждение
производится ледяной водой (температура 1–2 °С), получаемой
в водоохладителе, оборудованном рассольными или хладоновыми батареями.
Рыбоохладители–аккумуляторы предназначены для охла-
ия рыбы путем контакта с охлажденной поверхностью труб
жден
и конвейера, а также путем орошения водой. Схема рыбоохладителя–аккумулятора показана на рис. 11.
Рис. 11. Схема рыбоохладителя–аккумулятора:
1 – корпус; 2 – транспортер; 3 – охлаждающие трубы;
4 – перфорированные трубопроводы
34
Аппарат состоит из теплоизолированного корпуса, в котором установлены транспортеры, размещенные друг под другом.
Рыба поступает на верхний транспортер и последовательно проходит сверху вниз все транспортеры, передвигаясь в каждом последующем транспортере в противоположную сторону. Охлажденный продукт выгружается через нижний люк. На нечетных
транспортерах продукт охлаждается с помощью труб, в котор
ых
циркулирует хладоноситель (контактный способ охлаждения). На
четных транспортерах продукт охлаждается путем орошения его
охлажденной водой, подаваемой из оросителей. В нижней части
рыбоохладителя установлен поддон для сбора воды. Отработавшая вода поступает в фильтр, а затем насосом подается на охлаждение до заданной температуры и повторное использование.
При охлаждении рыбы ль
дом применяют баки и ванны. В
этих емкостях рыбу послойно пересыпают мелкодробленым или
чешуйчатым льдом.
Для охлаждения в воздушной среде копченой рыбы, а также рыбных кулинарных изделий применяют камеры и аппараты,
оборудованные приборами охлаждения и системой воздухораспределения. По устройству они аналогичны камерам и аппаратам, схемы которых представлены на рис. 8
и 9 (см. с. 20–21).
Для охлаждения рыбы применяют также вакуумные рыбоохладители. Они состоят из герметичной камеры, вакуум–насоса и батарей для конденсации водяных паров. Противни с рыбой размещают на этажерках. После загрузки этажерок и закрывания крышки камеры включают вакуум–насос, с помощью которого в аппарате поддерживается давление 540–600 Па. При
пониженном давлении пр
оисходит интенсивное испарение влаги
с поверхности продукта, в результате чего понижается его температура. Образовавшийся пар оседает на поверхности охлаждающих батарей, конденсируется, а затем удаляется через отводной трубопровод.
Основы расчета оборудования для охлаждения рыбы.
При расчете этого оборудования требуется определить объем
разовой загрузки цистерны рыбой, коэффициент теплоотдачи от
рыбы к среде, продолжительность охлаждения рыбы, количество тепла, отводимого от рыбы при ее охлаждении, тепловую нагрузку на водоохладитель, количество циркулирующей воды,
35
площадь поверхности охлаждающих батарей водоохладителя,
гидравлическое сопротивление в циркуляционном кольце.
Объем разовой загрузки цистерны рыбой определяют по
формуле:
= Gp/ρ,
V
p
– объем разовой загрузки цистерны рыбой, м3.
где V
p
Вместимость цистерны рассчитывается по уравнению:
= Vp /φ,
V
ц
– объем цистерны, м3; φ – отношение объема, занимаемо-
где V
ц
го рыбой, к вместимости цистерны.
В зависимости от вместимости цистерны и принятой фор-
мы находят размеры цистерны (или нескольких цистерн).
Чтобы определить коэффициент теплоотдачи от рыбы к
теплоотводящей среде (воде), используют следующие уравнения
подобия:
Nu = A·Re
n
·Prm,
где А, n и m – постоянные, входящие в критериальное уравнение;
d
ω
⋅
Re – критерий Рейнольдса,
=
э
Е
⋅
ν
где ω – скорость движения воды в рыбоохладителе, м/с; d
– φ)/s
бы, находящейся в баке, м
м
– эквивалентный диаметр рыбы, м; sp – площадь всей ры-
p
2
/с; Е = (1 – φ) – свободный объем бака, отнесенный ко всему
2
; ν – кинематическая вязкость воды,
= 4(1
э
объему бака рыбоохладителя; Рr – критерий Прандтля.
Коэффициент теплоотдачи от рыбы к воде находится из
зависимости:
α = (Nu·λ)/R
,
v
36
где Rv = gp/ρf – эквивалентный размер рыбы, м; gp – масса одной
рыбы, кг; f – площадь наружной поверхности одной рыбы, м
2
.
Продолжительность охлаждения рыбы определяют по
формуле:
= τн + τр,
τ
o
– продолжительность охлаждения рыбы, с; τн – продолжи-
где τ
o
тельность первого периода охлаждения рыбы (до момента изменения температуры в центре рыбы), с; τ
– продолжительность
р
второго (регулярного) периода (от начальной температуры в
центре рыбы до конечной, заданной технологическими условиями), с.
Значение τ
находится из критерия Фурье:
н
Fo = а τ
н
/ R
2
= 0,04,
v
где 0,04 – значение критерия Фурье на первом этапе охлаждения
рыбы.
Значение τ
определяют по формуле:
р
τ
1
=
р
m
−
c
н
l
n
t
к
,
t
−
c
t
t
Темп охлаждения т рассчитывают по зависимости:
т = (а·Кп)/R
2
,
v
где Кп – критерий Кондратьева.
В области регулярного режима
(
()(
μ
(
=
К ,
п
Bi
37
Bi
v
Bi
1437,1 ++
v
v
где Biv – приведенный критерий Био;
Biv = (α· Rv)/λр,
где λ
– теплопроводность рыбы, Вт/(м·К).
р
Суммарное количество тепла, отводимое от рыбы при ох-
лаждении,
Q
p=Qp1+Qp2
,
где Q
= Gpcp(tн –
p1
течение первого периода охлаждения, Дж;
t ) – количество тепла, отводимого от рыбы в
1
)
–
t
t
tt +−Θ=
1
н
н
с
средняя температура рыбы к моменту начала регулярного режима, °С;
t
н
tt
н
1/ −=−−=Θ – относительная
с
)
t
Fo
eB
11
среднеобъемная температура рыбы для первого периода охлаждения; В
G
pсp
второго периода охлаждения, Дж;
и μ – корни характеристического уравнения; Qp2 =
1
()
– количество тепла, отводимого от рыбы в течение
tt −
21
−−= – сред-
12
сс
m
τ
p
)
etttt
няя температура рыбы во втором периоде охлаждения.
Тепловую нагрузку на водоохладитель определяют по
формуле:
′
QQτ=
.
opво
С учетом дополнительных теплопритоков (транспортные
теплопритоки к трубопроводам холодной воды, теплопритоки от
наружного воздуха к поверхности цистерн и от работы насосов)
тепловая нагрузка на водоохладитель составит:
Qво =
′
·а
Q
,
Д.Т
во
38
где а
– коэффициент, учитывающий дополнительные тепло-
Д.Т
притоки.
Количество циркулирующей воды рассчитывают по урав-
нению (м
3
/с):
V
= Fро·ω,
в
где F
рыбоохладителе, м
– площадь сечения для циркуляции охлаждающей воды в
po
2
.
Площадь поверхности охлаждающей батареи водоохладите-
ля определяют по формуле:
= Qво/(кво·Δt),
F
во
где к
рыбоохладителя, Вт/(м
– коэффициент теплопередачи охлаждающей батареи
во
2
·К); Δt – разность между средней температурой охлаждающей воды и средней температурой хладоносителя, °С.
Приняв диаметр труб охлаждающей батареи, находят их
длину, а затем производят компоновку батареи водоохладителя.
Гидравлическое сопротивление в циркуляционном кольце
системы предварительного охлаждения рыбы складывается из
падения давления на преодоление местных сопротивлений (рыбоохладитель, водоохладитель, повороты, запорная армату
ра) и
на трение в трубах.
6. Оборудование для охлаждения плодов и овощей
Для охлаждения плодов и овощей применяют камеры с
интенсивным движением воздуха, изотермические вагоны, вагоны-холодильники, авторефрижераторы, вакуумные камеры,
различные установки для охлаждения плодов и овощей водой и
льдом. Широкое практическое применение находят камеры охлаждения и хранения фруктов с регулируемой газовой средой.
39
Камеры, специально предназначенные для охлаждения
плодов и овощей, обычно предусматривают только на производственно-заготовительных холодильниках. После окончания периода заготовки эти камеры используют для хранения плодов, а
также в качестве помещений для сортировки грузов после хранения перед отгрузкой их в торговую сеть. На холодильниках
для хранения, фруктов и овощей (ф
рукто– и овощехранилища,
плодоовощные и продовольственные базы) предусматривают
камеры хранения, в которых проводят охлаждение и хранение
продуктов, хотя желательно указанные процессы проводить в
отдельных камерах.
Камеры оборудуют воздухораспределительными каналами
или выполняют без каналов. При этом применяют батарейную,
панельную и воздушную систему охлаждения.
Для охлаждения плодов и овощей в воздушной среде применяют так
же аппараты конвейерного типа. Такие аппараты по
конструкции аналогичны флюидизационным аппаратам для замораживания плодов и овощей. Аппараты оборудуют хладоновой системой охлаждения с температурой кипения не ниже
минус 10 °С. Продукт, поступающий на обработку, вибрационным питателем подают на конвейер, а затем на флюидизационное сито, где он охлаждается в т
ечение нескольких минут, при
этом его конечная температура равна 1 °С.
Находят применение и камеры с воздушно-ледяным охлаждением. В таких камерах отсутствуют воздухоохладители и
холодильные машины, а в качестве источника охлаждения используют генератор холода. Оборудование камеры состоит из
генератора холода и вентиляторов, обеспечивающих движение
воздуха в камере (рис. 12).
Охла
жденный в генераторе холода воздух вентиляторами
направляется в камеру, где он охлаждает ящики с фруктами,
уложенными в штабель.
Достоинством камеры с воздушно–ледяным охлаждением
является простота, малые энергетические затраты, небольшая
усушка вследствие высокой относительной влажности воздуха в
камере. К недостаткам этой камеры относят значительную площадь генератора холода, сложность механизации загру
зки льда
и высокую стоимость эксплуатации.
40
В изотермических вагонах плоды и овощи охлаждают по-
током холодного воздуха, подаваемого от стационарных холодильных агрегатов, устанавливаемых вне вагона, или от вентиляторных установок, устанавливаемых внутри вагонов–холодильников.
Рис. 12. Камера с воздушно-ледяным охлаждением фруктов:
1 – генератор холода; 2 – вентилятор; 3 – штабель; 4 – камера; 5 – перегородка
Стационарный холодильный агрегат для охлаждения пло-
дов и овощей в вагонах состоит из вентиляторов, воздухоохладителя, системы каналов с шиберами и соединительных
рукавов.
Охлаждаемый в воздухоохладителе воздух направляется в
вагон по гибким соединительным рукавам, где он нагревается за
счет охлаждения груза. Отепленный воздух вентилятором удаляется из вагона для повторного охлаждения. Что
бы фрукты охлаждались равномерно, через каждые 15–20 мин с помощью
шиберов (автоматически или вручную) изменяют направление
воздушного потока в вагоне.
В авторефрижераторах для охлаждения фруктов и овощей
можно использовать аналогичный холодильный агрегат. Холодный воздух в грузовой объем подается гибким рукавом через