Оборудование камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой

а – план камеры; б – продольный разрез; в – поперечный разрез

 

1– верхняя  конструкция канала; 2– щелевое  сопло; 3–ложный потолок; 4–межрядная  радиационная батарея (крепление  батарей не показано);           5–подвесной путь ( каркас подвесного пути не указан); 6–вентиляторы; 7– батарея воздухоохладителя; 8–трубопровод слива талой воды;  9–полутуша мяса; 10–поддон сбора талой воды; 11–каркас подвесного пути

 

Рисунок 12 – Компоновка оборудования камеры с водушно –радиационной системой охлаждения

Из цеха убоя скота и разделки туш говяжье  мясо в полутушах поступает в  камеры охлаждения по подвесным путям  в парном (температура не ниже 35^оС) или остывшем (температура не выше 17^оС) состоянии /3/. На участке длиной 1м подвесного пути на крючьях размещают по 2...3 говяжьих полутуши. По сторонам подвесной линии для лучшего теплообмена устанавливаются межрядные радиационные охлаждающие батареи. С целью циркуляции воздуха в камере над подвесными путями устанавливается ложный потолок. Над ним крепятся вентиляторы, воздушный поток от которых поступает в щелевые сопла ложного потолка. Охлажденный батареями воздух циркулирует и обеспечивает равномерное обмывание говяжьих полутуш. Для сбора талой воды под полутушами размещают поддоны, которые соединены с трубопроводом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Определение расчётных технологических параметров

 

 Камера  охлаждения мяса в полутушах  оснащена межрядными радиационными батареями.  Производительность  камеры G = 20 т/сут, скорость движения воздуха в зоне расположения бедренной части w_б = 1,5 м/с, температура воздуха в камере t_пм = –2 °С, температура поступления туши в камеру t_нач = 37 °С.

Требуется определить: продолжительность цикла охлаждения  τ, вместимость и размеры камеры, объемную подачу воздуха, тепловую нагрузку на камерное холодильное оборудование и площадь поверхности охлаждающих устройств, выполнить компоновку оборудования камеры, а  также рассчитать  потери  напора  при  движении  воздуха  в  циркуляционном  кольце  и мощность электродвигателей вентиляторов.

 Расчёт  аппарата будем вести по методике предложенной в источнике /3, с. 4–18/.

Продолжительность охлаждения полутуши мяса в камере при вынужденном движении воздуха τ, ч, можно определить  по  формуле 

 

                    τ = 0,0962с₀ρδ[(t_пост – t_пм)/(t_вып – t_пм)]^1,5/α_пр,                             (1)

 

где с₀ – теплоемкость охлажденного мяса, Дж/(кг⋅К); с₀ = 3300 Дж/(кг⋅К) /3, с. 4/;  

ρ– плотность мяса, кг/м³; ρ = 1050 кг/м³ /3, c. 4/;

δ – толщина  бедренной части полутуши, м (для полутуши массой 85 кг толщина бедренной части  δ = 0,20 м) /3, c. 4/;

α_пр – приведенный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К); 

t_пост  – температура мяса при поступлении в камеру; t_пост = 37 °С;  

t_вып – температура мяса при выпуске из камеры; t_вып=4°С (t_пост и t_вып приняты согласно данным по заданию).

Приведенный коэффициент теплоотдачи для  камер охлаждения с межрядными радиационными  батареями (радиационная и  воздушно-радиационная системы охлаждения) α_пр, Вт/(м²·К), определяют по уравнению

 

                                   α_пр = α_к + α_и + α_s,                                                      (2)

 

 где α_к, α_и, α_s – коэффициенты  теплоотдачи, соответственно,  конвективный, при  испарении  влаги  с  поверхности  охлаждаемой  полутуши  и  радиационный, Вт/(м²·К).

Конвективный  коэффициент  теплоотдачи  α_к, Вт/(м²·К), можно вычислить из уравнения подобия

 

                                                     Nu = 0,33Re^0,58,                                      (3)

 Nu = α_кδ/λ_в,                           

 

где Nu –  число Нуссельта;

     λ_в – теплопроводность воздуха, Вт/(м·К);

      Re – число Рейнольдса.

Сначала находим число Рейнольдса Re, учитывая, что при t_пм = –2 °С кинематический коэффициент вязкости воздуха ν_в = 13,028·10^-6м² /3, прил. 1, c. 116/

 

                                                       Re = w_пмδ/ν_в                                           (4)

Re = 1,5·0,20/13,028·10^-6  = 23 027,3.

 

 Затем  ,подставив числовые значения в формулу (3), находим число Нуссельта Nu

 

Nu = 0,33·  23027,3^0.58= 111,84.

 

 Из  вышеприведенной критериальной  зависимости конвективный коэффициент теплоотдачи, учитывая теплопроводность воздуха λ_в=0,024 Вт/(м·К)  при температуре воздуха в камере  t_пм = –2 °С /3, прил. 1, c. 116/, будет равен

 

α_к = 111,84·0,024/0,20 = 13,42 Вт/(м²·К).

 

 Радиационный  коэффициент  теплоотдачи  α_s , Вт/(м²·К), для камер охлаждения  с межрядными радиационными батареями определяем по формуле

 

                                                 α_s = 3,7θ_р,                                                        (5)

 

 где θ_р – коэффициент, зависящий от температурного режима работы камеры охлаждения.

 

                                   θ_р = [(0,01T_м)⁴  – (0,01T_б)⁴]/(t_м – t_б);                           (6)

   

где T_б, T_м – температура, соответственно, поверхности бедренной части полутуши и межрядных радиационных батарей, К;

       t_б, t_м – температуры, соответственно, поверхности бедренной части полутуши и межрядных радиационных батарей, °С.

Температура  поверхности  бедренной  части  полутуши  за  цикл  охлаждения в камерах с радиационными батареями составляет t_м = 4...6 °С /3, с. 5/, тогда в Кельвинах

 

T_м = t_м + 273 = 5 + 273 = 278 К.

 

Температуру  поверхности  межрядных  радиационных  батарей t_б, Т, покрытых инеем толщиной 5...7 мм, можно рассчитать по формуле

 

                                          t_б = t₀ + (2...3),                                              (7)

 

где t₀ – температура кипения хладагента, °С;

     (2...3) – коэффициент, полученный экспериментально в ЛТИХП, °С /3, с. 6/.

Температуру кипения хладагента в батареях принимаем  t₀ = –17°С (понижение температуры приводит к повышению энергозатрат, а повышение – к увеличению времени холодильной обработки. Таким образом выбираем оптимальную температуру кипения хладогента). В этом случае температура поверхности межрядных радиационных батарей по формуле (7)

 

t_б = – 17 + 2 = – 15 °С,  

T_б = – 15 + 273 = 258 К.

 

 Отсюда  по формуле (6)

 

θ_р = (0,01·278)⁴ – (0,01·258)⁴/(5 + 15) = 0,776.

 

 Получаем  радиационный коэффициент теплоотдачи по формуле (5)

 

α_s = 3,7·0,776 = 2,93 Вт/(м²·К)

 

 Согласно  экспериментальным  данным  ЛТИХП  в  камерах  охлаждения мяса с воздушно-радиационной системой коэффициент теплоотдачи испарением  ориентировочно  составляет α_и = 1,4...1,5 Вт/(м²·К) /3, с. 6/.

Примем  α_и =1,5 Вт/(м²·К).

Приведенный коэффициент теплоотдачи от поверхности  охлаждаемого мяса α_пр, Вт/(м²·К) согласно формуле (2)

 

α_пр = 13,42 + 1,5 + 2,93 = 17,85 Вт/(м²·К).

 

 Продолжительность охлаждения  рассчитываем  по вышеприведенной формуле (1)

 

τ = 0,0962·3300·1050·0,20 [(37 + 2)/(4 +2)]^1,5/17,85 = 61 892 с = 17 ч.

 

Если  принять,  что  камера  охлаждения  работает  с  периодической  загрузкой  и выгрузкой мяса, то продолжительность рабочего цикла охлаждения τ_ц, ч, вычисляем по формуле

 

                                                   τ_ц= τ + τ_з.в,                                                  (8)

 

 где   τ_з.в – продолжительность загрузки и выгрузки мяса (в подобных камерах по опытным данным составляет 2...4 ч. /3, с. 6/).

Принимаем τ_з.в = 2 ч. В этом случае продолжительность рабочего цикла охлаждения мяса 

 

τ_ц = 17 + 2 = 19 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчёт конструктивных и габаритных размеров оборудования

 

Вместимость камеры охлаждения M, т, определяем по формуле

 

                                                M  = G τ_ц/24                                                 (9)

M  = 20·19/24 = 15,8 т.

 

 Принимаем М=16 т.

 Строительная  площадь камеры охлаждения мяса  определяется исходя из нормы нагрузки F, м² определяем по формуле

 

                                                     F = M/g_f ,                                                           (10)

 

где g_f  – норма нагрузки для камер с размещением груза на подвесных путях; g_f  = 0,225...0,250 т/м² /3, с. 7/. Тогда по формуле (10) строительная площадь камеры охлаждения мяса равна

 

F = 16/0,250 = 64 м².

 

Длину  подвесных  путей l_п, м,  на  которых находится мясо  в процессе  его охлаждения в камере, определяют также из нормы нагрузки 

 

                                                   l_п = M/g_l                                                              (11)

 

где g_l  –   норма нагрузки   от   полутуш     мяса  на  подвесные пути, g_l = 

=0,280 т/м /3, с. 7/. Тогда по формуле (11) длину  подвесных  путей равна

 

   l_п = 16/0,280 = 57,4 м.

 

Примем,  что  в  камере  размещены шесть  ниток  подвесного  пути  длиной  по  = 10 м каждая;  только  при этом  условии получим рассчитанную длину подвесных путей (6·10 = 60 м).

Расстояние  между  нитками  подвесного  пути  принимаем 900 мм,  а  от стен до крайних ниток подвесного пути – по 750 мм.

Камеру  охлаждения мяса (рисунок 12) располагаем в строительном прямоугольнике с размерами В = 6 м и L = 12 м, полагая, что часть строительной площади камеры будет занимать сухой постаментный воздухоохладитель.

Площадь  торцевой  стены камеры F_т.с, м², при строительной  высоте помещения H = 4,8 м находим по формуле

 

                                                     F_т.с = BH                                                   (12)

F_т.с = 6·4,8 = 28,8 м².

 

 Площадь  боковой стены камеры F_б.с, м², находим по формуле

 

                                                       F_б.с = LH                                                  (13)

F_б.с = 12·4,8 = 57,6 м².    

                      

  Полагаем,  что  системой  воздухораспределения  в  камере  охлаждения является ложный потолок. В камеру воздух попадает через щелевые сопла, образованные подшивкой ложного потолка. Сопла располагаются вдоль ниток подвесного пути. Ширину сопла (щели) принимаем равной 2b₀ = 40 мм, длину сопла l_s = 600 мм, а промежуток между соплами l_p = 300 мм (рисунок 13).

                    

Рисунок 13– Щелевые сопла

 

В камере сопла выполнены в ложном потолке, расположенном на креплениях  подвесного  пути,  поэтому  наиболее  толстая  часть  полутуши (бедерная), исходя из конструктивных особенностей, находится на расстоянии l_б = = 200 + 500 + 400 = 1100 мм от них (рисунок 14).

 

 

а–боковая проекция; б–фронтальная проекция

 

Рисунок 14–Расположение полутуши мяса на подвесном  пути

 

Начальную скорость движения воздуха на выходе из сопла w₀, м/с, можно найти из формулы для свободных струй. При расчете учитываем, что в зоне расположения  бедренной части требуется обеспечить  скорость  движения воздуха w_б = 1,5 м/с,

 

                                          w₀= w_б(а_Тl_б /b₀ + 0,41)0,5/0,82                                        (14)

 

 где а_Т  – коэффициент турбулентной структуры плоской струи, а_Т = 0,12 /3, с. 19/. Тогда по формуле (14) начальная скорость движения воздуха на выходе из сопла равна

 

w₀= 1,5(0,12·1,1/0,02 + 0,41)0,5/0,82 = 4,84 м/с

 

В камере конструктивно предусматриваем семь рядов сопел (при шести  нитках  подвесного  пути).  Каждый  ряд  сопел  расположен  на  участке длиной 10 м, на котором при длине сопел l_s = 600 мм и разрыве между ними l_p= 300 мм можно разместить 10000/(600 + 300) = 11,1 сопел. Примем количество сопел 12 в 7 рядов.