Расчет камер шоковой заморозки

9.3.2 Расчет камеры шоковой заморозки

Теплоприток через наружные ограждения Q₁, Вт, определяем по формуле (9.9)

Теплоприток от упакованных продуктов при их холодильной обработке, Q₂, Вт, определяют по формуле

где Q_2п – теплоприток от продуктов при их холодильной обработке, Вт;

Q_2т – теплоприток от тары при холодильной обработке продукта, Вт.

Теплоприток от замораживания продукта, Q_2п ,Вт находим по формуле

где G- расход мяса на замораживание, кг;

q – удельное количество теплоты, отводимое от продукта, кДж/кг;

τ – продолжительность замораживания, ч.

Удельное количество теплоты, отводимое от продукта, q, кДж/кг определяем по формуле

где C₀ – теплоемкость мяса до замораживания, кДж/(кг*К);

t_н – начальная температура мяса, 0 С;

t_кр – криоскопическая температура мяса, 0 С;

W – содержание влаги в мясе, доли от единиц;

ω – количество вымороженной влаги, доли от единиц;

r – удельная теплота льдообразования, кДж/(кг*К);

C_м — теплоемкость мяса после замораживания, кДж/(кг*К);

t_ск – средняя конечная температура, 0 С.

q = 3,24(8-(-1))+0,94*0,645*334+1,93(-1-(-18)) = 298 кДж.

Продолжительность замораживания, τ, ч, определяем по формуле

где ρ – плотность замораживаемого мяса, кг/м 3 ;

t₀ – температура теплоотводящей среды, 0 С;

δ – толщина продукта, м;

δ/λ – термическое сопротивление слоя упаковки, (м 2 *К)/Вт;

α – коэффициент теплоотдачи теплоотводящей среды, Вт/(м 2 *К).

τ = 298*1130*10 3 /(-1-(-30))*0,025*(0,25/2*1,4 + 1/20) = 4 часа 17 минут.

Таким образом, подставляя полученные значения в формулу (9.18), получим

Q_2п = 98*298*10 3 /(4,28*3600) = 1890 Вт.

Теплоприток от тары при холодильной обработке продукта, Q_2т, Вт, находим по формуле

где М_т – суточное поступление тары, кг/сут.;

с_т – удельная теплоемкость материала тары, кДж/(кг*К);

t_н и t_к – соответственно температура до и после замораживания, 0 С.

Теплоприток от пребывания людей q₁ Вт, определяется по формуле (9.12)

Теплоприток от работы электрооборудования q₂, Вт, определяется по формуле (9.13)

q₂ = 10 3 ·2·0,9 = 1800 Вт.

Теплоприток от освещения q₃, Вт, определяют по формуле (9.14)

Теплоприток при открывании дверей в охлаждаемые помещения q₄, Вт, определяют по формуле (9.15)

Суммарный эксплуатационный теплоприток Q₃, Вт, составляет по формуле (9.11)

Q₃ = 350+1800+4,14+33,48= 2187,6 Вт.

Полную требуемую производительность холодильной камеры Q₀, Вт, определяем по формуле (9.16)

Q = 252,63 + 1890 + 0,67 + 2187,6 = 4331,3 Вт.

Выбранная ранее камера шоковой заморозки удовлетворяет полученным в ходе расчетов параметрам. Техническая характеристика которой приведена в разделе 6.

Источник

Сравнение затрат электроэнергии на заморозку продукции

Затраты на электроэнергию на пищевом производстве составляют ощутимую долю себестоимости продукции, особенно когда речь идет об энергоемком процессе заморозки. Поэтому уже на стадии проектирования важно выбрать наиболее подходящую технологию замораживания, сравнив её с конкурирующими решениями.
В данной статье мы представим расчет для реального производства замороженных полуфабрикатов на примере современной жидкостной заморозки в сравнении с традиционной воздушной шоковой заморозкой.

Для крупного производства требуется оборудование для заморозки сосисок в упаковке до 4000 килограмм в час.
Необходимо сравнить два метода промышленной заморозки, с выведением среднего значения затраченной электроэнергии на заморозку 1 килограмма продукта.

• Сосиски в упаковке по 380 грамм, размером 130 х 100 х 35 мм.
• Материал вакуумной упаковки: упаковочная пленка PA/PE или PET/PE.
• Начальная температура продукта до заморозки: +4 о С.
• Конечная температура продукта после заморозки: -18 о С.
• Рассматриваемые технологии заморозки: воздушная шоковая и жидкостная.

Жидкостная заморозка – это иммерсионный гомогенный способ заморозки продуктов питания, относящийся к сверхбыстрому способу наравне с криогенной заморозкой. Суть метода заключается в погружение продукта в низкотемпературный рассол, с температурой от -40 о С и ниже с высокой циркуляцией. За счет этого происходит интенсивный теплосъем с продукта и увеличение скорости кристаллизации продукта до 1см за 5-10 минут.

Шоковая воздушная заморозка – это интенсивная заморозка индивидуальных продуктов за счет обдува специализированными воздухоохладителями в теплоизолированном помещении, скоростью не менее 3 м/с и температурой ниже -30 о С. Скорость заморозки продукта составляет 1см за 40-70 минут.

Для расчета требуемой холодопроизводительности и подбора соответствующего оборудования воспользуемся формулой Тепловой нагрузки при термообработке:

Этот вид тепловой нагрузки является следствием того, что температура закладываемых в морозильную камеру продуктов выше температуры в камере. Следовательно, продукты в течение определенного времени, пока их температура не сравняется с температурой внутри камеры, будут выделять определенное количество тепла.

Тепловая нагрузка, обусловленная понижением температуры заложенных в камеру продуктов до температуры хранения, определяется по формуле:

где m_пр — суточный грузооборот продуктов, кг/сутки;

n — время термообработки продуктов в часах;

с₁ — средняя удельная теплоемкость в интервале температур от t₁ до t₂ для каждого типа закладываемых продуктов, кДж/кг;

t₁ — начальная температура закладываемых продуктов, °С;

t₂ — температура верхней точки замерзания закладываемых продуктов, °С;

L — скрытая теплота замораживания закладываемых продуктов, кДж/кг;

с₂ — средняя удельная теплоемкость в интервале температур от t2 до t3 для каждого типа закладываемых продуктов кДж/кг*К;

t₃ — температура хранения продуктов, °С;

86400 — число секунд в сутках, с/сутки.

Таким образом, с₁ является средней удельной теплоемкостью заложенных продуктов при температурах выше их точки замерзания, а с₂ — средней удельной теплоемкостью этих продуктов при температурах ниже их точки замерзания.

Источник

Как рассчитать мощность камеры шоковой заморозки

Мощность охлаждающей системы морозильной камеры — один из определяющих факторов ее производительности. С другой стороны, величина этого параметра прямо пропорциональна цене агрегата. Чтобы произвести расчет мощности холодильной камеры или установки экспресс-заморозки, требуется выполнить довольно сложные теплотехнические вычисления с учетом множества переменных и закономерностей. Однако, в ряде случаев достаточно весьма приблизительной калькуляции, которая позволит разобраться с порядком цен. Такой подход актуален на этапе оценки привлекательности данного бизнеса в конкретных рыночных условиях.

Из чего складывается суммарная мощность системы охлаждения?

Электроприводами оснащены обычно два элемента системы — компрессор и охладитель. Охладитель представляет собой отдельный блок с испарительным контуром, на котором смонтированы вентиляторы. Соответственно, мощность системы охлаждения равна сумме мощностей компрессора и вентиляторов охладителя.

Основные факторы, влияющие на мощность

Производительность шоковой заморозки измеряется как в техническом выражении, так и в натуральном. Под натуральным понимается количество (вес) определенного продукта питания, который требуется заморозить за определенное время.

Факторы производительности в натуральном выражении:

• Тип продукта (мясо, рыба, овощи, различные виды полуфабрикатов или готовых блюд).
• Требуемые температура (конечная) и скорость заморозки. Задаются в градусах Цельсия и минутах.
• Размеры и вес замораживаемых элементов в соответствии с принятой сортовой нарезкой/разделкой. Например, мясо для шоковой заморозки принято нарезать кусками, имеющими толщину не более 2,5 см и вес не более 400 г.
• Натуральная производительность камеры боксового типа. Обычно принимается в размерности кг/час.
• Режим работы участка (количество смен в сутки, количество часов в смену).

Факторы, определяющие мощность со стороны оборудования:

• Температура воздуха в боксе.
• Температура и влажность воздуха в цеху.
• Размеры камеры.
• Тип и толщина использованного термоизолятора. Для различных стенок, потолка и пола бокса изоляция может быть устроена по-разному.
• Вид используемого хладагента. Так как от его марки зависит КПД системы, то и требуемая мощность компрессора будет отличаться в зависимости от выбранного теплоносителя.
• Режим работы компрессора, час/сутки.

Пример вычислений

Любой произвольно выбранный онлайн калькулятор определяет полезную мощность компрессора, необходимую для обработки определенной массы продукта при установленных режимах. Однако, такие калькуляторы не учитывают потери мощности, происходящие за счет притоков тепла через стенки камеры.

Приблизительный расчет производительности камеры шоковой заморозки следует начинать с определения полезной массы загрузки и внутренних габаритов бокса. Для этого необходимо иметь технологические требования на обработку интересующего вас продукта. Например, для мяса, нарезанного поперек волокон, стартовые данные могут выглядеть следующим образом:

• размер элементов 20 х 10 х 2,5 см;
• масса элементов 400 г;
• расположение на лотке размером 80 х 50 см (габарит тележки в плане — 900 х 55 см) — 9 шт. на лоток;
• шаг лотков по высоте в стеллаже (тележке) — 10 см.
• режим заморозки — с 20 °C до -28 °C за 60 мин.

Тогда, задаваясь производительностью участка (например, 2000 кг в смену (продолжительность смены 420 мин)), определяем производительность шоковой заморозки за одну загрузку камеры: Pзагрузки = Pсмены х tзагрузки/tсмены = 2000 х 60/420 = 285 (кг) (значение округлено). На одном лотке у нас размещается 3,6 кг. Тогда количество лотков 285/3,6 = 79 (шт.) (округлено).

Учитывая архитектурную привязку участка, принимаем максимальную внутреннюю высоту камеры 2,5 м. Рекомендуемая высота стеллажа должна быть меньше на 0,5 м. Тогда на одном стеллаже помещается 20 лотков. Соответственно, для одной загрузки необходимо размещать в камере 4 стеллажа (округлено). С учетом минимальных зазоров (10 см) между тележками определяем габариты блока из 4 стеллажей. Длина фронта тележек: 900 х 4 + 100 х 3 = 3900 мм. Габариты блока 3900 х 550 х 2000 мм.

Объем камеры рекомендуется принимать из расчета 1,0 м³ на 10 кг замораживаемой продукции при одной загрузке. В нашем случае Vкамеры принимаем равным 28 м³. Исходя из габаритов блока, назначаем ширину бокса 4.5 м. Тогда его глубина будет 28/(2,5 х 4,5) = 2,48 м. Округляем до 2,4 м.

Соответственно, уточненный внутренний объем бокса V = 2,5 х 4,5 х 2,4 = 27 м³, а площадь внутренней поверхности S = 78,6 м². Соотношение величин V/S = 27/78,6 = 0,34.

Далее можно вычислить приблизительный приток тепла в камеру через ее стенки. Для этого достаточно найти в таблице значение V/S, наиболее приближенное к полученному по расчету. Та же таблица помогает определиться с необходимым материалом изоляции и ее толщиной.

Таблица типовых значений удельного притока тепла в камеру шоковой заморозки (рабочая температура -32 °C) боксового типа, кВт/м³

V/S	0,17	0,33	0,38	0,50	0,55	0,67
ЭППС 100 мм	0,13	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
ЭППС 150 мм	0,09	0,04	0,04	0,03	0,03	0,03
ЭППС 200 мм	0,07	0,03	0,03	0,03	0,02	0,02
ППУ 100 мм	0,09	0,04	0,04	0,04	0,03	0,03
ППУ 150 мм	0,06	0,03	0,03	0,02	0,02	0,02
ППУ 200 мм	0,04	0,02	0,02	0,02	0,02	0,01

Допустим, выбираем в качество термоизолятора ЭППС толщиной 150 мм с соответствующей величиной удельных потерь мощности через стенки камеры 0,04 кВт/м³. Умножаем на объем нашей камеры и получаем потери мощности ΔNст = 0,04 х 27 = 1,08 кВт.

Теперь приступим к основой части расчета производительности камеры шоковой заморозки. Определим мощность, требуемую для заморозки самого мяса. Выбираем произвольный онлайн-калькулятор, вводим тип продукта (например, говядина), а также вес загрузки, время заморозки и значения температур. Получаем Nзаморозки = 32,3 кВт.

Тогда минимальная полезная мощность компрессора составит Nкомпmin = Nзаморозки + ΔNст = 32,3 + 1,08 = 33,38 кВт. Выбирая компрессор из каталога, следует учитывать, что потребляемая мощность машины будет больше полезной на величину КПД, а КПД, в свою очередь, зависит от вида используемого хладагента. Определившись с маркой теплоносителя, можно выбрать модель компрессора.

Чтобы получить общую мощность нашей установки, необходимо еще подобрать модель охладителя (испарителя) и просуммировать значения Nкомп и Nисп. В характеристиках охладителей обычно содержатся рекомендации по параметрам подходящих компрессоров.

Проделав работу, описанную в данном разделе, можно ориентировочно определить стоимость всех механизмов и узлов камеры боксового типа, включая расходы на обустройство корпуса установки.

Точное определение требуемой мощности камеры шоковой заморозки

Чтобы получить точное значение мощности камеры шоковой заморозки, необходимо максимально подробно заполнить опросный лист на главной странице нашего сайта. Кроме значений типовых параметров инженерам для выбора обоснованных технических решений потребуется дополнительная информация, касающаяся общего описания предполагаемого или существующего технологического процесса.

Кто нам доверяет

Мы работаем со многими компаниями, в потребности которых входит шоковое охлаждение и глубокая заморозка продуктов. Вот лишь несколько наших клиентов, у которых уже работает быстрое охлаждение Fast°Cold™.

Источник