Буянов О.Н., Воробьева Н.Н. Холодильное технологическое оборудование - файл n1.doc

приобрести
Буянов О.Н., Воробьева Н.Н. Холодильное технологическое оборудование
скачать (2575.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2576kb.16.09.2012 04:29скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7


О.Н.Буянов, Н.Н.Воробьева


ХОЛОДИЛЬНОЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

КЕМЕРОВО 2004
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

О.Н.БУЯНОВ, Н.Н.ВОРОБЬЕВА


ХОЛОДИЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Учебное пособие для студентов всех форм обучения специальности 101700 - Холодильные, криогенные установки и кондиционирование.

Кемерово 2004

УДК 621.56/59.002.5(081)
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности в авторской редакции


Рецензенты:

канд. техн. наук Онищенко В.А.

Холодильное технологическое оборудование. Учебное пособие. /О.Н.Буянов, Н.Н.Воробьева. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.- Кемерово, 2004.- 136 с.
ISBN – 5 – 89289 – 279 – 4
В учебное пособие включены: рабочая программа, краткий конспект лекций, методические указания к выполнению контрольной работы, контрольные задания и приложения.

Илл.- 41 , табл.- 9 , прилож.- 4.



ISBN – 5 – 89289 – 279 – 4 © Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2004

Рабочая программа



по дисциплине ДС.04 «Холодильное технологическое оборудование»

для специальности 101700 "Холодильная, криогенная техника и кондиционирование"

направления 651200 "Энергомашиностроение"

Факультет механический, заочный

Кафедра «Теплохладотехника»





Очная форма обучения

Заочная форма обучения

6-ти летнее

4-х летнее

Всего по учебному плану

102

102

102

Аудиторных часов, в т.ч.

51

12

12

- лекций

34

6

6

- лабораторных

17

6

6

- самостоятельная работа

51

90

90

Контрольные работы

-

1

1

Экзамен

9 семестр

11 семестр

7 семестр





Рабочая программа составлена на основании требований Государственного образовательного стандарта к минимуму содержания образовательной программы инженера по специальности 101700 "Холодильная, криогенная техника и кондиционирование" направления 651200 "Энергомашиностроение", регистрационный №. 213 тех/дс.




  1. Цель преподавания дисциплины.


Цель преподавания дисциплины – ознакомление с применением искусственного холода в холодильной технологии пищевых продуктов. Освоение материала курса способствует формированию инженера – механика, способного активно участвовать в совершенствовании технологии, предвидеть перспективы внедрения искусственного холода в отраслях пищевой промышленности с целью сокращения энергозатрат, увеличения выхода и улучшения качества продукции.


  1. Содержание дисциплины


2.1. Лекционный курс

ТТемы

Наименование раздела, краткое содержание темы

Кол-во

часов

Семестр

При-

меча-

ние

1

2

3

4

5

1.

Распределение воздуха в охлаждаемых помещениях. Основы расчета.

2

9




2.

Холодильное технологическое оборудование для охлаждения мяса. Основы расчета.

2

9




3.

Холодильное технологическое оборудование для охлаждения рыбы. Основы расчета.

2


9




4.

Холодильное технологическое оборудование для охлаждения птицы. Основы расчета.

2

9




5.

Холодильное технологическое оборудование для охлаждения плодов и овощей. Основы расчета.

2

9




6.

Холодильное технологическое оборудование для охлаждения молока и молочных продуктов. Основы расчета.

2

9




7.

Холодильное технологическое оборудование камер замораживания мяса с вынужденным и естественным движением воздуха. Основы расчета.

4


9




8.

Воздушные морозильные аппараты. Классификация. Устройство, принцип действия. Основы расчета флюидизационных аппаратов.

4


9




9.

Плиточные морозильные аппараты. Классификация. Устройство, принцип действия. Основы расчета плиточных аппаратов.

Аппараты для замораживания продуктов жидкими хладоносителями.

4

9




10.

Криогенные морозильные аппараты. Классификация. Устройство, принцип действия. Основы расчета.

Углекислотные и фреоновые морозильные аппараты. Классификация. Устройство, принцип действия.

4

9




11.

Холодильное технологическое оборудование для хранения пищевых продуктов. Оборудование для увлажнения, и поддержания состава газовой среды (увлажнители, фильтры, озонаторы)

4

9




12.

Установки и способы для размораживания пищевых продуктов

2

9





2.2. Практические занятия

Порядковый номер, наименование темы лабораторного занятия

кол.

часов

Номер соответствующей темы лекц. материала

Семестр

При-меча-ние

1

2

3

4

5

1. Расчет воздушной завесы для холодильной камеры

4

1

9


сам. р.

2. Расчет аппарата для охлаждения птицы в воде

4

4

9


сам. р.

3. Расчет воздушного конвейерного морозильного аппарата для замораживания рыбы

4

8

9



сам. р.

4. Проверка и защита работ

5




9






3. Форма текущего контроля текущего контроля процесса обучения.

Контроль осуществляется в виде защиты практических работ, контролируются сроки выполнения индивидуальных заданий к практическим занятиям.
Основная литература:
1. Данный методический комплекс.

2. М.М.Голянд, Б.Н.Малеванный. Холодильное технологическое оборудование.: М., Пищевая промышленность, 1977.-335 с.

3. Сборник примеров и лабораторных работ по курсу «Холодильное технологическое оборудование/ М.М.Голянд, Б.Н.Малеванный и др.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-168 с.

ТЕМА 1. Системы воздухораспределения охлаждаемых помещений
Системы воздухораспределения предназначены для организации движения воздуха в охлаждаемых помещениях. Для этого их оснащают специальным оборудованием или устройствами.

В холодильных камерах применяют следующие основные системы воздухораспределения: туннельную; ложный потолок; системы воздушного душирования; воздуховоды с соплами; канальные и безканальные системы.

Туннельная система состоит из туннеля, в котором находится пищевой продукт, подвергающийся холо­дильной обработке, и перегородок, организующих дви­жение воздушного потока в системе. Воздух может пе­ремещаться вдоль короткой (поперечное движение) и длинной (продольное движение) сторон помещения или же в вертикальной плоскости туннеля (рис. 1).



Рис.1. Туннельная система воздухораспределения с движением воздуха в вертикальной плоскости:

1 – воздухоохладитель; 2 – перегородки; 3 – туннель.
Охлажденный в воздухоохладителе воздух венти­ляторами направляется в туннель, где он омывает про­дукт, который может располагаться на подвесных пу­тях, этажерках, а также находиться в формах, ящиках или в коробках.

Туннели с поперечным движением воздуха оснащаются нескольки­ми осевыми вентиляторами, а туннели с продольным движением – центробежными. Для туннелей с продоль­ным движением воздуха характерно значительное аэро­динамическое сопротивление в циркуляционном кольце и меньший, по сравнению с туннелями с поперечным движением, расход воздуха.

Туннельную систему воздухораспределения приме­няют в камерах холодильной обработки продуктов.

Ложный потолок изготовляют из асбошиферных или из пластиковых листов, установленных в виде щитов между балками подвесных путей. В щитах, уложенных над рельсами подвесных путей, предусматриваются ще­ли шириной 30–40 мм.

В


Рис.2. Элемент конструкции камеры с ложным потолком:

1 – ложный потолок; 2 – подвесной путь; 3 – полутуша мяса.
ысота пространства, обра-зующегося между лож­ным по-толком и перекрытием, в много-этажных холо­дильниках состав-ляет 800 мм; высота этого простран­ства в одноэтажных хо-лодильниках определяется вели­чиной наклона кровли.

Элемент конструкции каме-ры, оборудованной лож­ным по-толком, представлен на рис. 2. Ширина щелей ложного потолка 30–40 мм, а длина 300–700 мм при расстоянии между щелями 200–300 мм. При указанных конструктивных размерах щелей ложного потолка система возду-хораспределения обеспечивает расчетные скорости движения воздуха.

Система воздушного душирования состоит из метал­лических воздуховодов прямоугольного или фасонного сечения, находящихся над подвесными путями. В воз­духоводы вмонтированы цилинд-рические сопла диамет­ром 50 мм, расположенные в шахматном порядке (5–6 сопел на 1 м длины воздуховода).

При воздушном душировании полутуш мяса бедрен­ные части обдуваются воздушными струями, выходя­щими из сопел. Элемент конструкции камеры, оборудованной сис­темой воздушного д


Рис.3. Система воздушного душирования:

1 – воздуховод; 2 – сопло; 3 – подвесной путь; 4 – полутуша мяса
уширования, показан на рис. 3. Выходя из сопел и расширяясь за счет эжекции окружающего воз-духа, струи воздуха сливаются и движутся одним потоком, обдувая вначале с наиболь­шей скоростью бедренные части полутуш, а затем с меньшей–лопаточные. При движении струй их пог­раничные слои складываются, в результате чего средняя скорость движения воз-духа в зоне бедра полутуши становится выше средней скорости струи, выходящей из отдельного сопла.

В


Рис.4. Элементы конструкций камеры с воздуховодами:

а – с продольными щелями; б – с поперечными щелями; 1 – полутуша мяса; 2 – сопло; 3 – подвесной путь; 4 - воздуховод

оздуховоды с продольными или с поперечными щелями.
Эта система воздухораспределения состоит из воздухо­водов, расположенных между подвесными путями (рис. 4). Холодный воздух, выходящий из сопел, обду­вает толстые бедренные части полутуш. В отличие от си­стемы воздушного душирования изготовление воздухо­водов со щелями значительно проще и дешевле.

При подаче воздуха в камеру через продольные ще­ли с оптимальной скоростью обдувается лишь часть поверхности бедренной части полутуши, что приводит к возрастанию продолжительности холодильной обра­ботки мяса.

Более совершенной является система подачи возду­ха через поперечные щели воздуховодов, которые целе­сообразно размещать между подвесными путями (это позволяет приблизить воздуховод к продукту и значи­тельно снизить скорость выхода воздуха из сопла). Для нормального обдува бедренных частей полутуши необходимо предусмотреть восемь щелей на 1 м воз­духовода.

В камерах хранения необходимо создавать равномерные температурные и влажностные поля в грузовом объеме камеры, экранировать наружные ограждения охлаждаемых помещений воздушными струями. Поэтому воздухоохладитель здесь является одним из основных типов охлаждающего оборудова­ния камер, причем применяют как постаментные, так и подвесные воздухоохладители. Постаментные воздухоохладители устанав­ливают чаще всего в специально предназначенных для них помещениях. Иногда их располагают в вестибюлях или в экспедициях, на антресолях или на полу у стены соответствующей камеры. Расположение постаментных воздухоохладителей непо­средственно в камерах нежелательно, так как усложняется их обслуживание, кроме того, может произойти нежелательное подмораживание продуктов.

Подвесные воздухоохладители монтируют непосредственно в камерах под потолком, подвешивая их к строительным конструк­циям. Выбор типа связан с принимаемой системой воздухораспределения. Воздух в камерах хранения распределяют по двух­канальной, одноканальной или бесканальной системам. Постаментные вертикальные и горизонтальные воздухоохладители, устанавливаемые на полу камеры или на антресолях, оборудуются двух- или одноканальной системой воздухораспределения. Подвесные воздухоохладители, расположенные в камере, работают по бесканальной системе воздухораспределения.

Двухканальное распределение воздуха осуществляется с по­мощью нагнетательных и всасывающих воздуховодов круглого или прямоугольного сечения (рис.5). Воздуховоды размещают в верхней части камеры. Расстояние между нагнетательными и всасывающими каналами должно быть не менее 4–5 и не более 8–10 м. Расчетная с


Рис. 6. Одноканальная система воздухораспределения:

1 – нагнетательный канал;

2 – штабель груза




Рис.5. Двухканальная система воздухораспределения:

1 – всасывающий канал; 2 – вентилятор; 3 – воздухоохладитель; 4 – нагнетательный канал.
корость воздуха в каналах 6–8 м/с. По длине канала площадь его сечения уменьшается. В стенках канала имеются окна для раздачи воздуха. Скорость воздуха на выходе из окон 2–3 м/с.

Одноканальные системы воздухораспределения подразделяют на систему с эжекторным распределением воздуха с помощью сопел и системы с раздачей воздуха через окна (рис.6).

В системе с эжекторным распределением воздуха нагнетательный канал располагается над грузовым проходом. Воздух распределяется через круглые или щелевые сопла. Размеры щелевого сопла 600х10 мм. Всасывающее окно воздухоохладителя располагают вблизи грузового прохода. Воздух, выходящий из сопла, эжектирует окружающий воздух камеры, ввиду чего разность температур воздуха, образующегося при смешении воздуха камеры, невелика. Это позволяет проектировать воздухоохладители с увеличенной (по сравнению с двухканальной системой) разностью температур воздуха на входе и выходе из воздухоохладителя и снизить энергозатраты на привод вентиля­тора воздухоохладителя. Одноканальную систему с эжекторным воздухораспределением воздуха применяют при наличии глад­кого потолка в камере.

В одноканальной системе воздухораспределения с малым подоохлаждением (2–2,5 °С) и скоростью воздуха на выходе из канала не более, 2 м/с воздуха 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 заслонки под давлением выходящего воз­духа поднимаются, после остановки вентилятора они опускаются и закрывают окна.

П


Рис.7. Бесканальная система воздухораспределения:

1 – подвесной воздухоохладитель; 2 – поддон воздухоохладителя; 3 – вентилятор; 4 – направляющий аппарат.
ри бесканальной
системе воздухораспределения воздухо­охладители подвешивают под потолком у стен камеры на рас­стоянии 3–6 м друг от друга (рис.7). Каждый воздухоохладитель ра-ботает на свою зону камеры.

Принудительная циркуляция воз-духа при канальном и беска-нальном воздухораспределении, обеспечивая равномерность тем-пературного поля в камере с грузом, не создает условия для вентиляции штабеля, например с фруктами. Штабель необходимо вентилировать для удаления теп-лоты дыхания растительного сырья. Это требование выпол-нимо при компоновке системы воздухораспределения, при которой охлажденный в воздухоохладителе воздух принудительно подается в штабель с фруктами (активное вентилирование). Штабель продувается 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.


Тема 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 задаются количеством воздуха в расчете на 1 т продукта, указывают скорость движения его у полутуш или у продукта, производительность, вместимость или загрузку камеры или аппарата.

Расчет сводится к определению площадей сечений воздуховодов и насадок, обеспечивающих заданные скорости движения воздуха, необходимые для осуществления технологических процессов, а также к расчету сопротивлений движению воздуха в воздушном кольце системы. Равномерность воздухораспределения зависит от конструкции воздуховодов, площади сечения насадок и величины статического давления перед ними. Более равномерное движение воздуха обеспечивается воздухораспределителями с воздуховодами равного статического давления.

Между статическим и динамическим давлением существует зависимость, определяемая уравнением Бернулли, как частным выражением закона сохранения энергии:

, (1)

где р1 - статическое давление в начальном сечении, Па; w12/2 - динамическое давление в том же сечении, Па; w1 - скорость воздуха, м/с; ? - плотность воздуха, кг/м3; рх - статическое давление в рассматриваемом сечении, Па; wх?/2 - динамический напор в рассматриваемом сечении; wх - скорость воздуха в том же сечении, м/с; ?р - 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 всегда 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. Последнее обеспечивает приблизительно постоянную скорость движения воздуха по длине воздухов при непрерывном его расходе через насадки.

При постоянной площади поперечного сечения воздуховода 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 сечения 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, соответствующему интен­сивности отвода теплоты.

Предположим, что скорость движения воздуха вдоль подвес­ного пути изменяется по закону

w(?) = wнexp(–Мw?),

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 Мw= 0,l – 0,4; а общее время холодильной обработки мяса (во время процесса) ?? =10 –15 ч; для камер замораживания Мw= 0,005–0,10; ?? =18–24 ч.

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 конструктивные и рабочие характеристики воздуховодов, приве­дены в табл. 1.

Таблица 1. Расчет конструктивных рабочих характеристик воздуховодов

Расчетная величина


Формулы для определения параметров

камеры охлаждения

камеры замораживания

Скорость движения воздуха у выхода из щелей, м/с








Расход воздуха через i-ю щель, м/с





Площадь щелей, м2



f = const

Расстояние между щелями, м



l = const

Суммарный расход воздуха, м3





Потеря статического давления на трение, Па







Потеря давления «на проход», Па





Обозначения: w0i,w0н,w - соответственно скорость движения воздуха при выходе из i-й щели и из щелей, находящихся в начале подвесного пути по направлению продвижения мяса; ?i - время продвижения полутуши с момента ее поступления в камеру до места под i-й щелью, ч; ?Vi - расход воздуха через i-ю щель; К- коэффициент запаса, учитывающий тепловую нагрузку от внешних теплопритоков (K=l,3); Qi—тепловой поток от полутуш, Вт; ?-плотность воздуха, кг/м3; ?h - изменения энтальпии воздуха при омывании полутуш, кДж/кг; Fм - площадь поверхности мясных полутуш на 1 м пути,м2; Ма - коэффициент, характеризующий степень изменения коэффициента теплоотдачи, 1/ч.; fi-удельная площадь всех щелей (сопел) на 1 м канала, м2.

При проектировании воздуховодов не следует допускать, чтобы скорость движения воздуха в начале канала wн достигала так называемой критической скорости wнкр, так как в этом случае 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/dн и степенью суже­ния F. Значение критической скорости зависит от многих факторов, которые трудно учесть в расчете. На практике можно пользоваться зависимостью

,

где N - эмпирическая постоянная (N = 1200).

Относительная конечная скорость выпускаемого воздуха:

. (2)

По этой формуле для проектируемого воздуховода можно выб­рать конструктивные характеристики величин F и L, а также определить начальную скорость воздуха woн, на выходе из насад­ки при заданном отношении ?v. При таких условиях воздуховод будет работать без подсоса воздуха из камеры.

Расчет насадок. 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 струи. Скорость воздуха на расстоянии L от отверстия насадки:

, (3)
где wо – скорость воздуха в насадке, м/с; а – коэффициент турбулентности;

b – ширина насадки, м; L – расстояние от насадки до места измерения скорости воздуха, м.
Вычисленная скорость wl потока является осевой скоростью, 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 продукта. Наиболее эффективный теплообмен достигается при установке насадок в виде сопел (6 шт. на 1 м для охлаждения и 9 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 нагрузки. При равномерном распределении воздуха температура его 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 камер охлаждения и 4000–4500 кг/ч для камер замораживания.

Если камеры предназначены для термической обработки мяса в полутушах, то количество движущегося воздуха на уровне бедер полутуш определяют по зависимости

GL =2,18Go(al/b+0,29), (4)

где Go – общее количество воздуха, выходящего из насадок.

Эффективность воздухораспределения с помощью насадок

(5)

где h1, h2, h3 – энтальпии воздуха, соответственно, поступающего в камеру, после смешения основного потока с частью воздуха и участвовавшего в теплообмене с продуктом, между продуктом в свободном пространстве, кДж/кг; t1, t2, t3 – температуры воздуха для тех же условий.
Для бесканального воздухораспределения ? = 0,5, для одноканального воздухораспределения с насадками в виде сопел радиальных щелей ? = 0,8 - 0,85.

Если задаться подогревом воздуха, прошедшего у продукта, то общее количество воздуха, циркулирующего в камере:



где Qo – тепловая нагрузка камеры, кДж; Ср – теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); ?t – 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:



где Go – количество воздуха, вытекающего из насадок.

  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации