Оборудование камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой

Содержание

Введение                    3

1 Литературный обзор                  4

2 Обоснование выбора режима холодильной обработки          14

3 Описание оборудования и принцип его действия           16

4 Определение расчётных технологических параметров          18

5 Расчёт конструктивных и габаритных размеров оборудования         22

6 Тепловой расчёт оборудования                25

7 Определение рабочих характеристик оборудования           28

Заключение                 35

Литература                  36

 

Введение

 

Большое количество технологических  процессов различных производств  осуществляется при температурах ниже температуры окружающей среды с  применением искусственного холода. Влияние искусственного холода на жизнь  современного человека трудно переоценить. Список потребителей искусственного холода достаточно велик. Холод широко применяется  в пищевой промышленности, торговле, общественном питании, транспорте, металлургии, строительстве, машиностроении, энергетике, медицине, в технологических процессах  нефтяной, газовой, химической промышленности и пр. Применение низкотемпературных технологий на предприятиях перечисленных  производств позволяет создавать  новые технологические процессы и интенсифицировать действующие  производства, увеличивать ассортимент  и выход продукции и улучшать ее качество, уменьшать количество токсичных веществ в промышленных выбросах, улучшать условия труда  рабочих. С каждым годом таких  технологий становится все больше, и они находят все большее  применение во многих отраслях промышленности.

Безусловно, главным потребителем холода является пищевая промышленность. Воздействие холода на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования, вызывает минимальные  изменения их основных свойств: питательной  ценности, вкуса, массы, внешнего вида. В общемировом масштабе наблюдается  дефицит продуктов питания, обусловленный, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии  обеспечить себя необходимым рационом питания. В то же время, по данным Международного института холода, ежегодно теряется до 30% (около миллиарда тонн) всех производимых в мире продуктов. Не менее  половины из указанного количества –  скоропортящиеся продукты, сохранение которых возможно лишь с помощью  холода /1/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Литературный обзор

 

1.1 Технологические условия хранения замороженных продуктов Интенсивность дыхания плодоовощной продукции изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону. При хранении замороженных продуктов поддерживается такой, чтобы ферментативные процессы тормозятся намного сильнее, чем в охлажденных продуктах, и при этом останавливается жизнедеятельность микрофлоры. Температура воздуха в таких камерах поддерживается постоянной на протяжении всего срока хранения. Допустимым значением температуры замороженных продуктов является минус 12°С. Температуру же большинства продуктов стараются поддерживать на уровне минус 18… минус 20°С при сроке хранения 1…18 месяцев. При краткосрочном хранении (менее одного месяца) можно поддерживать более высокую температуру воздуха, но не выше минус 12 °С. Некоторые продукты необходимо хранить при пониженных температурах. Например, жирную рыбу хранят при температуре минус 25… минус 35 °С, так как в ней содержатся жирные кислоты, которые поддаются окислению и гидролизу.

Требования, предъявляемые к температуре  воздуха:

1) высокая равномерность температурного поля в грузовом объеме камеры (t_к  ± 0,5 °С);

2) постоянство равновесной температуры камеры на протяжении всего срока хранения (допустимые колебания температуры во времени не более

 ± 0,5 °С).

При колебаниях температуры в тканях продукта происходит перекристаллизация – создаются  более большие кристаллы льды. В результате этого возможно механическое разрушение клеток и их обезвоживание. При оттаивании таких продуктов  часть клеток не восстанавливается, то есть ухудшается качество продукта.

Относительная влажность воздуха в камерах  хранения замороженных продуктов должна быть максимально высокой, вплоть до 100%. Как правило, относительная влажность  в камере не регулируется, а само устанавливается в зависимости  от вида сберегаемого продукта, температуры  воздуха в камере, условий теплообмена  на поверхности продукта и прибора  охлаждения. Если в камере хранения само устанавливается относительная  влажность на уровне 98…100%, то это  указывает на незначительную сублимацию влаги с поверхности сберегаемых  продуктов, т.е. на малые потери их массы  и сохранение высокого качества при  длительном хранении. В камерах хранения герметично упакованных замороженных продуктов можно поддерживать пониженную относительную влажность воздуха.

Скорость  движения воздуха в грузовом объеме камеры должна быть минимальной, на уровне естественной конвекции – 0,1…0,2 м/с. В камерах, оснащенных  воздухоохладителями скорость воздуха не должна превышать

0,3 м/с. Чем меньше скорость воздуха, тем менее интенсивно сублимируется влага с продукта, тем меньше его потери от усушки.

Расположение  груза в камере должно обеспечивать максимальное использование ее грузового  объема. Замороженные продукты укладывают на поддоны, создавая плотные штабели. При большой высоте штабелей их укрепляют  разборными металлическими каркасами.

Относительная усушка при хранении неупакованных  замороженных продуктов составляет 1…2 % в год. При этом ледяные укрытия, экраны и понижение температуры  хранения применяют только в камерах  длительного хранения продуктов (длительность хранения составляет 4…18 месяцев). Усушка при хранении растительного сырья, вызванная испарением влаги, пропорциональна количеству теплоты, подводимой к штабелю.

Использование регулируемой газовой среды  в  камерах хранения замороженных продуктов  является нецелесообразным /1/.

 

1.2 Охлаждающие приборы и их расположение в камере

В камерах  хранения замороженных продуктов применяют  различные системы охлаждения. Их выбор необходимо проводить с  учетом особенностей хранения плодоовощной продукции. В камерах хранения замороженных продуктов применяют батареи или воздухоохладители.

При хранении неупакованных продуктов применяют  батарейную систему охлаждению для  уменьшения усушки. Но в таких камерах  существует низкая подвижность воздуха, поэтому на верхних этажах многоэтажных холодильников и в одноэтажных  холодильниках перепад температуры  достигает 3…5 °С. Скорость воздуха в камерах составляет 0,1…0,3 м/с, относительная влажность само устанавливается на уровне 90...98 % при хранении неупакованных продуктов, а при хранении упакованных продуктов относительная влажность колеблется в диапазоне 60…90%. В таких системах создается большой радиационный теплообмен между поверхностью батарей, перекрытием и грузом, что приводит к подмораживанию продуктов и при последующей их дефростации – к загниванию либо поражению болезнями.

В настоящее  время используют оребренные или  листотрубные батареи, которые располагают  на пути внешних теплопритоков. Пристенные батареи делают однорядными и  устанавливают их в верхней части  вдоль внешних стен. Холодный сухой  воздух после батарей опускается вниз, создавая тем самым воздушный  занавес, уменьшающий поступление  тепла к сберегаемому продукту.

Потолочные  батареи располагают над грузовыми  проходами для удобства удаления инея. В одноэтажных холодильниках  и на верхних этажах многоэтажных применяют также однорядные батареи, которые рассредоточены по поверхности  потолка. При этом уменьшается проникновение  внешней теплоты к сберегаемым  продуктам. Достоинством батарейного  охлаждения являются уменьшенные потери от усушки сберегаемых продуктов. Среди  недостатков необходимо выделить следующие: неравномерное температурное поле камеры (особенно при отсутствии потолочных батарей), температура в камере по высоте при этом может различаться  на 3…5 °С повышенные металлоемкость и затраты холодильного агента; неавтоматизированное (ручное) удаление инея; трудоемкое изготовление и монтаж батарей для камер промышленных холодильников, низкий коэффициент теплопередачи (3 ... 5 Вт/(м²×К)).

Воздушное охлаждение применяют для камер  хранения упакованных продуктов, которые  не поддаются усушке, в камерах  краткосрочного хранения коммерческих и торговых холодильников вместе с увлажнителями воздуха. Воздушное  охлаждение создает равномерное  температурное поле по всему грузовому  объему камеры. Если продукт не упакован герметично, то побудительное движение воздуха увеличивает усушку. Но если понизить температуру камеры до минус 28… минус 30 °С, то усушка продукта будет такой же, как в камерах с батарейным охлаждением при температуре на уровне минус 18… минус 20 °С.

Камеры хранения оснащиваются безканальной, одно- или двухканальной системами  охлаждения. Обычно компактные оребренные воздухоохладители устанавливают  у верхней части стен или у  потолка камеры (рисунок 1). Охлажденный воздух нагнетается вдоль потолка камеры над продуктами в пространстве высотой 1 м.

 

а – у  верхней части стен; б – у  потолка

 

Рисунок 1 – Схемы камер хранения с воздухоохладителями

 

Для увеличения дальнобойности струи применяют  на нагнетательной стороне специальные  насадки – сопла.

Безканальная  система воздухораспределения не обеспечивает равномерность поля скоростей воздуха  по объему камеры. Она более проста в монтаже и не требует капитальных  затрат на изготовление воздуховодов.

Также применяют (особенно в больших камерах) канальные  системы распределения воздуха (рисунок 2).

1 – нагнетательный  канал с соплами; 2 – воздухоохладитель; 3 – центробежный вентилятор; 4 – всасывающий канал

 

Рисунок 2 – Схема канального распределения воздуха в камере хранения

 

 При  этом большой воздухоохладитель  располагают вне камеры (например, на антресоли над грузовым  проходом), а в камере располагают  нагнетательный воздуховод с  плоскими соплами и окно всасывающего  канала.

Если  в камере с продуктами осуществляется принудительная циркуляция воздуха, то осуществляется возможность поддержания  равномерной температуры его, а  также принудительная циркуляция почти  препятствует проникновению воздуха  внутрь штабеля.

На рисунке 3 представлен еще один вариант системы охлаждения камеры хранения – двухканальная.

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Схема двухканального распределения воздуха в камере хранения

 

 Одно- и двухканальная система обеспечивают  более равномерное поле скоростей,  но требуют дополнительных затрат. Такие системы широко применяются  на холодильниках фрукто- и овощехранилищ.  В камерах таких холодильников  применяется только система воздушного  охлаждения, так как она содействует  интенсивности отвода теплоты  от штабелей фруктов и овощей, в которых постоянно выделяется  теплота дыхания.

Скорость  воздушного потока, выходящего с сопла  воздухоохладителей, достигает 15 м/с. Расширяясь, воздушный поток эжектирует воздух со штабеля продуктов, который расположен под воздушным потоком. При этом скорость движения воздуха в середине штабеля находится в пределах 0,1…0,3 м/с. В зоне затухания воздушной струи в дальнем конце камеры скорость потока уменьшается до 0,3…0,5 м/с.

Наиболее  быстро тепло от штабеля с пищевым  продуктов отводится в камерах  с системой активного вентилирования (рисунок 4).

 

Рисунок  4 – Схема с системой активного вентилирования

 

Особенностью  данной системы является то, что  воздух в охлажденном состоянии  подается в нижнюю часть штабеля, при этом создавая эффект схождения  направлений движения воздуха с  естественным направлением движения и  воздуха с принудительной циркуляции. Недостатком такой системы являются дополнительные капитальные затраты.

Среди достоинств воздушного охлаждения следует отметить следующие: высокий коэффициент теплопередачи (10...20 Вт/(м²×К)); равномерное температурное и скоростное поле камеры; малые металлоемкость и затраты холодильного агента; автоматическое удаление инея; заводское изготовление воздухоохладителей. Недостатками являются следующие факторы: дополнительный расход электроэнергии на привод двигателей вентиляторов и дополнительные теплопритоки, связанные с работой двигателей вентиляторов; повышенная усушка неупакованных продуктов и увеличение холодопроизводительности установки в связи с необходимостью отвода теплоты с камеры, которая эквивалентна потребленной мощности вентиляторов /2/.

 

1.3 Системы охлаждения камер, которые обеспечивают уменьшение потерь от усушки

Теплозащитная рубашка /2/. Принцип действия теплозащитной рубашки основан на локализации теплопритоков до поступления их в грузовой объем камеры хранения скоропортящихся продуктов. С этой целью создают холодильник с двумя слоями внешних теплоизолированных ограждений, между которыми циркулирует воздух. Средняя температура циркулирующего воздуха между слоями при этом равна температуре камеры (рисунок 5).

 

 

 

1 – внешние  теплоизолированные ограждения камеры; 2 – воздухоохладители; 3 – продух; 4 – дополнительный слой теплоизолированных ограждений; 5 – грузовой объем камеры

 

Рисунок 5 – Принципиальная схема камеры с теплозащитной рубашкой, оборудованная воздухоохладителями

 

Воздух  циркулирует в объеме продуха  с помощью вентилятора воздухоохладителя. Ширина продуха составляет 0,1…0,15 м. Для равномерного распределения воздуха вдоль ограждений камеры в продухе имеется система каналов. Скорость движения воздуха в каналах составляет 0,7…1,5 м/с. Охлаждение воздуха в воздухоохладителе составляет 1…2 °С.