Холодильные становки

В морозильные секции роторных аппаратов холодильный  агент обычно подается циркуляционным насосом. Применение насосно-циркуляционного способа подачи позволяет повысить коэффициент теплоотдачи кипящего жидкого аммиака к морозильным секциям и сократить продолжительность замораживания продуктов в аппарате.

Морозильные аппараты типа МАР могут выпускаться как  в одинарном, так и в спаренном варианте. В одинарном варианте каждый аппарат имеет индивидуальную насосную станцию, транспортер выгрузки и площадку обслуживания. При спаренном варианте аппараты имеют одну насосную станцию, общий транспортер выгрузки замороженных блоков и общую площадку обслуживания.

На базе аппаратов  типа МАР для замораживания мясных продуктов был разработан автоматизированный роторный аппарат типа АРСА-10, а для  замораживания рыбы-АРСА-3-15Р.

Техническая характеристика роторных морозильных аппаратов приведена в табл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица.

 

Показатели	Роторный морозильный  аппарат типа
	МАР
Производительность,  т. в сутки	8
Емкость, кг.	1012
Число морозильных секций, шт.	23
Количество, шт.         плит в каждой секции         блоков	2 ─
Температура теплоотводящей среды, ºC	-28
Конечная температура замораживаемого блока, ºC	-18
Продолжительность замораживания, мин.	120
Габаритные размеры, мм.         длина         ширина         высота	4345 4000 2360
Масса, кг.	7500

 

4.Обоснование выбора режима холодильной обработки.

 

В зависимости от вида и свойств пищевых продуктов  применяют различные технические  средства и технологию охлаждения. Для осуществления процессов холодильной обработки на пищевых предприятиях используют два вида холодильных объектов: камеры холодильной обработки, в которых охлаждающей средой является воздух, и холодильные технологические аппараты, в которых в качестве охлаждающих могут быть использованы различные среды. Холодильные объекты могут быть периодического и непрерывного действия. Камеры и аппараты периодического (циклического) действия загружаются полностью, и работают циклично (загрузка, холодильная обработка, разгрузка). В камерах (аппаратах) непрерывного действия загрузка, холодильная обработка и разгрузка происходят одновременно. Различают камеры и аппараты туннельного типа. Это объекты, длина которых в несколько раз превышает ширину. Время прохождения продукта по туннелю соответствует продолжительности холодильной обработки, загрузка и разгрузка происходят одновременно на двух противоположных сторонах туннеля.

Процесс охлаждения нужно  осуществлять как можно быстрее, так как это обеспечивает наиболее эффективное торможение всех изменений, которые сокращают продолжительность хранения и могут нанести ущерб качеству продуктов.

Ускорить процесс можно  различными способами:

1. Выбирая среду с лучшими теплофизическими свойствами. Охлаждать продукты можно в воздухе, в жидкостях (воде, морской воде, слабых солевых растворах), в водном льде. Из перечисленных сред, наибольшую теплоемкость имеет вода. Теплоотдача к воде примерно в 25÷30 раз больше чем к воздуху. Т.о., интенсифицировать процесс можно, используя жидкие охлаждающие среды.
2. Понижая температуру охлаждающей среды. Понижение температуры среды ограничено возможностью подмораживания или замораживания продукта. В связи с этим, температура среды должна быть не ниже криоскопической температуры продукта. При использовании воды, понижение температуры возможно лишь до температуры ее замерзания.
3. Увеличивая скорость движения среды. Чем выше скорость движения охлаждающей среды, тем лучше теплоотдача от поверхности продукта к среде. Для создания движения необходимы специальные устройства, на привод которых необходимы затраты электроэнергии. Т.о., использование этого фактора для интенсификации процесса ограничено экономическими показателями. Поэтому скорость движения воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов обычно составляет 1÷3 м/с.

При использовании в  качестве охлаждающей среды воздуха  на качество и потери продукта влияет относительная влажность. Относительная влажность воздуха влияет на усушку продукта: чем она выше, тем меньше усушка. Однако специальных увлажняющих устройств в камерах охлаждения пищевых продуктов не предусматривают. Во-первых, процессы холодильной обработки по сравнению с холодильным хранением непродолжительны, и усушка за время охлаждения не имеет большой величины. Во-вторых, увлажнение воздуха способствует развитию и размножению микроорганизмов, которых на поверхности  охлажденных продуктов достаточное количество. Относительная влажность воздуха в камерах охлаждения пищевых продуктов самоустанавливается за счет испарения влаги с поверхности продукта и конденсации ее на поверхности охлаждающих приборов на уровне 85÷90%.

Жидкие охлаждающие среды обладают большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем газообразные, поэтому их применение существенно сокращает продолжительность холодильной обработки продуктов. Наиболее распространенная жидкая охлаждающая среда, используемая для охлаждения продуктов до температуры, близкой к 0 ^оС, – вода. Охлаждение продуктов в жидкой холодной среде производится методами погружения и орошения. При непосредственном контакте с продуктом, вода должна быть чистая, безупречная с санитарной точки зрения. Чистая вода не может быть использована для понижения температуры продукта ниже 0 ^оС, т.к. при такой температуре она превращается в лед. Вода с температурой, близкой к 0 ^оС, называется "ледяная". Ее получают, смешивая с большим количеством водного льда, а чаще – в испарителях холодильных машин и установок. Используют также слабые солевые растворы. Добавление соли к воде позволяет понизить температуру ее замерзания. Чаще всего применяют 2÷4% раствор поваренной соли в пресной воде. Широкое применение в качестве охлаждающей среды на рыболовецких судах получила морская вода. В 1л морской воды растворено примерно 35 г солей, из которых 27,2 г NaCl и 3,8 г MgCl₂. Для замораживания продуктов применяют водные растворы солей высокой концентрации (рассолы). Наиболее часто применяют растворы хлорида натрия NaCl (ξ=23,1%) и хлорида кальция СaCl₂ (ξ=29,9%). Раствор NaCl – дешев, нетоксичен, обладает высокой теплопроводностью и низкой вязкостью, позволяет понизить температуру продуктов до минус 20^оС, однако обладает высокой коррозионной активностью, при непосредственном контакте с продуктами частично их просаливает. Раствор СaCl₂ в сравнении с раствором NaCl, обладает меньшей коррозионной активностью, более низкой температурой замерзания (минус 55 ^оС), однако более дорогой и токсичный, имеет более низкую теплоемкость и более высокую динамическую вязкость. Меньшей токсичностью и коррозионной активностью обладают гликоли – водные растворы жидкостей, имеющих низкую температуру замерзания. Наиболее широкое применение находят этиленгликоль и пропиленгликоль. Однако такие среды, по сравнению с рассолами, более дорогие, более вязкие и менее теплопроводные. Применяются также и жидкие криогенные среды, наиболее часто – жидкий азот. Это среды, имеющие очень низкую температуру нормального кипения. При атмосферном давлении он кипит при температуре минус 195,6 ^оС. В такой среде методом орошения или погружения можно заморозить продукт за несколько секунд.

Для своей установки  мы принимаем хладагент R22 c температурой кипения (-40 °С).

 

5.Описание устройства и принципа действия аппарата.

 

На рисунке  представлен  роторный морозильный аппарат, предназначенный  для замораживания рыбы, куриного филе, фарша. Низкая температура кипения хладагента в морозильных плитах 18 (минус 65˚С), подаваемого через пустотелый вал ротора 15, значительно интенсифицирует процесс замораживания блоков. Аппарат монтируется на раме 11 с поддоном 12 для сбора талой воды, образовавшейся при оттаивании морозильных плит, т.к. морозильные плиты покрываются снеговой шубой из-за конденсации влаги, находящейся в воздухе, который попадает в изолированный кожух 17 аппарата. В аппарате 60 морозильных плит, которые крепятся на дисках пустотелого вала ротора и могут перемещаться в радиальном направлении от центра ротора, что позволяет компенсировать увеличение объема продукта при замораживании. Морозильный аппарат работает автоматически по заданной программе. Порция рыбы поступает в два дозирующих устройства 3, установленные на весах 1. После взвешивания, гидравлический привод перемещает дозирующее устройство для разгрузки. Специальное устройство 2 вытягивает заслонки 6, и рыба поступает в кассеты 4. Дозирующее устройство, переходя в позицию загрузки, захватывает заслонки. С помощью затвора 7 кассеты закрываются частично В кассете расположены толкатели 5.

 

 

 

Рисунок 1.  – Роторный морозильный аппарат

 

Со стороны ротора к кассетам прикреплены лотки 19 из нержавеющей стали и полиэтиленовые листы 8 с размерами, равными размерам морозильной ячейки 800×250×60мм. Перед загрузкой рыбы в аппарат кассеты, выдвигаясь в сторону ротора, перемещают лотки и листы в пространство между плитами. Толкатели, двигающиеся внутри кассет, загружают рыбу в ячейки. Кассеты вместе с лотком и полиэтиленовым листом в течение 20 секунд остаются в положении загрузки, не допуская выпадения рыбы из ячеек. Перед поворотом ротора, толкатель останавливается перед кассетами. Ротор поворачивается на 6˚, и следующая ячейка переходит в положение загрузки, а толкатели возвращаются в исходное положение. Механизм разгрузки 16 с помощью металлических стержней через отверстие в корпусе ротора выгружает замороженные блоки на транспортер разгрузки 20. Ротор приводится в движение гидравлическим приводом 14 через редуктор 10 и текстолитовый кулачок 13, профиль которого выбран так, что при зацеплении его со штифтом 9, ротор прерывисто вращается и фиксируется в положении загрузки и выгрузки аппарата. Данный аппарат удобен и прост в обслуживании.

 

 

По каналам морозильных  плит циркулирует жидкий холодильный  агент, который подается в плиты через пустотелый вал ротора насосом. Из морозильных плит парожидкостная смесь удаляется также через пустотелый вал, разделенный на камеры. В морозильные плиты жидкий холодильный агент направляется через трубки с диафрагмами, которые необходимы для равномерного распределения агента. Парожидкостная смесь отводится через паровые патрубки и кольцевой коллектор.

Ротор приводится в движение гидравлическим приводом через редуктор и текстолитовый кулачок, профиль  которого выбран так, что при зацеплении его со шрифтом ротор вращается прерывисто и фиксируется в положениях загрузки и выгрузки аппарата.

Морозильный аппарат  работает автоматически по заданной программе.

Порция рыбы поступает  в два дозирующих устройства, установленные  на весах. После взвешивания порции гидравлический привод перемещает дозирующее устройство для разгрузки. Специальное устройство вытягивает заслонки, и рыба поступает в кассеты. Дозирующее устройство, переходя в позицию загрузки, захватывает заслонки. С помощью затвора кассеты закрываются частично. В кассете расположены толкатели. Со стороны ротора к кассетам прикреплены лотки из нержавеющей стали и полиэтиленовые листы (размеры их равны размерам морозильной ячейки). Перед загрузкой рыбы в аппарат кассеты, выдвигаясь в сторону ротора, перемещают лотки и листы в пространство между плитами. Толкатели, которые двигаются внутри кассет, загружают рыбу в ячейки. Кассеты вместе с лотком и полиэтиленовым листом в течение 20 с. остаются в положении загрузки, не допуская выпадения рыбы из ячеек. Перед поворотом ротора толкатель останавливается перед кассетами. Ротор поворачивается на 6 º , и следующие ячейки переходят в положение загрузки, а толкатели возвращаются в исходное положение. Механизм разгрузки с помощью металлических стержней через отверстие в корпусе ротора выгружает замороженные блоки на транспортер разгрузки.

Несмотря на непосредственный контакт продукта с морозильными плитами, имеющими низкую температуру, замороженные блоки легко, без предварительного оттаивания, удаляются механизмом разгрузки из аппарата. Это объясняется тем, что силы сцепления переохлажденного льда с гладкой площадью поверхности морозильных плит незначительны. Морозильный аппарат удобен и прост в обслуживании.

 

 

 6.1. Определение расчётных технологических параметров.

 

Роторный морозильный  аппарат для замораживания  продуктов (курицы) в блоках размером 800 250 60 мм имеет производительность т/сут кг/ч. Начальная температура курицы , конечная температура замороженного блока .

При расчете роторного  морозильного аппарата требуется определить объем и массу блока, продолжительность  его замораживания, вместимость  аппарата и количество морозильных секций, угол между секциями в роторе аппарата, внутренний и наружный диаметр ротора, теплопритоки в аппарат, а также объемный и массовый расходы холодильного агента, циркулирующего в морозильных плитах аппарата.

Объем замороженного  блока  :

м³.

Масса блока  :

кг.

Продолжительность замораживания  блока находят из зависимости  , учитывая дополнительное термическое сопротивление упаковки блока.

 

6.2. Тепловой расчёт аппарата.

 

Удельное количество теплоты, отводимой от 1 кг замораживаемой курицы, определяют по уравнению:

кДж/кг.

Полагаем, что роторный морозильный аппарат работает с  подачей в  каналы морозильных  плит переохлажденного  холодильного агента. Тогда при турбулентном движении холодильного агента в каналах морозильных плит коэффициент теплоотдачи находят из уравнения подобия вида

,

здесь коэффициент, учитывающий изменение коэффициента теплоотдачи по длине канала морозильной плиты.

Полагаем, что    равны 1.

Число Рейнольдса определяют по формуле. В качестве определяющего  размера принимают эквивалентный  диаметр сечения канала морозильной  плиты размерами мм.

Эквивалентный диаметр, рассчитываемый по зависимости 

( здесь  площадь поверхности сечения канала, м³; периметр канала, м ), составит

мм  м.

Тогда число Рейнольдса при скорости движения холодильного агента в каналах морозильных плит   м/с и его кинематической вязкости м²/с (при ).

.

Число Нуссельта  при  (для при )

.

Коэффициент теплоотдачи  от поверхности канала плит к циркулирующему хладагенту находят из зависимости  (здесь теплопроводность воздуха, Вт/( )) и при теплопроводности  жидкого Вт/( ).

Принимая термическое  сопротивление упаковки, выполненной  из парафинированной бумаги толщиной мм м, и теплопроводностью Вт/( ) (см. приложение 9), отношение равно

 м²·К/Вт.

Продолжительность замораживания  блока при  и составит: