Основы расчета аппарата с распылением яшдкого азота в грузовом отсеке

ОСНОВЫ РАСЧЕТА АППАРАТА С РАСПЫЛЕНИЕМ ЯШДКОГО АЗОТА В ГРУЗОВОМ ОТСЕКЕ

При расчете криогенного аппарата с распылением жидкого азота в грузовом отсеке, если заданы произ­водительность аппарата, вид и размеры замораживае­мого продукта, начальная и конечная температура про­дукта, то необходимо определить продолжительность пребывания продукта в грузовом отсеке аппарата; ем­кость аппарата; площадь поверхности ленты грузового конвейера; длину грузового конвейера; габаритные раз­меры изолированного контура; тепловую нагрузку; об­щий расход жидкого азота и избыточное количество жидкого азота, орошающего продукт; количество фор­сунок; удельный расход жидкого азота; производитель­ность отсасывающего вентилятора; количество газооб­разного 'азота, движущегося в зоне предварительного охлаждения; количество газообразного азота, движу­щегося в зоне выравнивания температур.

Продолжительность замораживания продукта до криоскопической температуры в зоне предваритель­ного охлаждения ti можно определить по формуле

Продолжительность пребывания продукта в грузо­вом отсеке аппарата находят из зависимости

Планка (20). Величины коэффициентов R и Р находят по справочным, данным в зависимости от отношения длины и ширины единичного продукта к его толщине.

Количество тепла, отводимое от продукта при его холодильной обработке в зоне предварительного охлаж­дения <73t, зависит от его вида, а также от начальной и криоскопической температур.

Температуру теплоотводящей среды (газообразного азота) в зоне предварительного охлаждения рассчиты­вают по уравнению

Чтобы определить ilt находят коэффициент теплоот­дачи от продукта к газообразному азоту.

Критерий Нуссельта для условий теплообмена про­дукта и газообразного азота в зоне предварительного охлаждения рассчитывают по формуле

_ При определении значения критерия;Рейнольдса, входящего в уравнение (24), скоростью движения газо­образного азота в зоне предварительного, охлаждения следует задаться (ад'=20—35 м/с), а за определяющий размер принять эквивалентный диаметр единичного продукта, замораживаемого. в криогенном аппарате. Продолжительность домораживания продукта в зоне -орошения Т2 также находится по формуле Планка. Ко­личество тепла, отводимое от продукта при его домо-; раживании в зоне орошения q3 - зависит от конечной температуры замороженного продукта. Температура ' теплоотводящей среды в зоне орошения равна темпера-I туре кипения жидкого азота в зоне орошения t0. Коэф­фициент теплоотдачи от продукта к жидкому азоту, ко-|торый орошает продукт, находится по формуле

Продолжительность пребывания продукта в зоне вы­равнивания температур тз равна продолжительности за­мораживания продукта до криоскопической темпера­туры в зоне предварительного охлаждения, т. е. тз=т1. Если по условиям проектирования необходимо умень­шить длину аппарата, то принимают тз= (0,5-7-0,75)^ или вообще отказываются от зоны выравнивания тем­ператур в аппарате, полагая т3=0.

Емкость аппарата или массу продукта, находящего­ся на ленте грузового конвейера, определяют по фор­муле (21).

Площадь поверхности ленты грузового конвейера рассчитывают по уравнению

Если (расхождение не должно превы­шать ±:Ю%), значит предварительно принятые условия работы криогенного аппарата (температура отработан­ного газообразного азота, удаленного из аппарата, а также возможность замораживания продукта в зоне предварительного охлаждения до криоскопической тем­пературы) при найденном по формуле (26) общем рас­ходе азота С?аз были выбраны, правильно.

Если фдД ф. Q"a, то, изменяя общий расход жидко­го азота (методом последовательного приближения), добиваются равенства между Q'a д и Q'A при новом зна­чении Ga3.,4 (действительный расход жидкого азота в аппарате,, кг/с).

В аппарате можно предусмотреть подачу на ороше­ние продукта избыточного количества жидкого азота с последующей рециркуляцией неиспарившейся жидкос­ти с помощью насоса. В этом случае избыточное -коли­чество жидкого азота, орошающего продукт (подавае* мого к коллектору с форсунками), составит

Рассчитав аэродинамическое сопротивление в цнрМ"

ляционном канале зоны предварительного охлажден»'1,1

"и зная количество движущегося газообразного а и"'а

V^n, можно подобрать циркуляционные вентилятор1'1'

обслуживающие эту зону.

Аналогично подбирают циркуляционные вентиля обслуживающие зону выравнивания темпер ату

Для подбора отсасывающего вентилятора необходи­мо рассчитать аэродинамическое сопротивление системы отвода газообразного азота. Зная аэродинамическое со­противление этой системы и производительность отсасы­вающего вентилятора, можно произвести его подбор.

По формуле (17) производится расчет мощности электродвигателей для всех вентиляторов.

УГЛЕКИСЛОТНЫЕ АППАРАТЫ

Мелкоштучные продукты могут замораживаться в теплоотводящей среде, состоящей из смеси газообраз­ной и мелкодисперсной твердой углекислоты (сухо­го льда), которая при атмосферном давлении, а именно такое давление и имеет место в грузовых отсеках угле-кислотных аппаратов, может находиться в газообраз­ном или в твердом состоянии. Смесь газообразной и твер­дой углекислоты (твердая фаза напоминает обычный снег) получается из жидкой углекислоты, которая дрос­селируется в грузовой отсек аппарата.

В грузовом отсеке такая смесь с помощью циркуля­ционных вентиляторов движется с большой скоростью (25—35 м/с), обдувая замораживаемые продукты. Про­дукт, находящийся в потоке смеси, замораживается вследствие конвективного и контактного теплообмена. В грузовом отсеке углекислотного аппарата дви­жется смесь, состоящая (по объему) из снежной мас­сы (50%) и газообразной углекислоты (50%). Такое соотношение объемов получается в том случае, если температура смеси в грузовом отсеке составляет —65 —73° С. При более низкой температуре твердая угле­кислота не успевает сублимировать и образующиеся излишки твердой фазы в виде плотной снежной массы оседают на дно грузового отсека, затрудняя работу ап­парата. Рабочий запас жидкой углекислоты находится в баке (при температуре —18° С и давлении 3000 кПа). В грузовой отсек жидкость впрыскивается с помощью форсунок специальной конструкции, расположенных на коллекторах, которые соединены с баком жидкой уг­лекислоты системой трубопроводов.

При работе углекислотного аппарата автоматически поддерживают оптимальную температуру смеси в грузо­вом отсеке, чтобы исключить засорение форсунок.

Углекислотные аппараты применяют для заморажи­вания мелкоштучных пищевых продуктов (котлеты, бифштексы, кусковое мясо и др.).

Углекислотный аппарат для замораживания кули­нарных изделий (рис. 116) состоит из изолированного контура, трехсекционного грузового конвейера, электро­привода с вариатором скоростей, циркуляционных вен­тиляторов, коллекторов с форсунками, бака с жидкой углекислотой.

В грузовой отсек аппарата продукты поступают на загрузочном конвейере, расположенном у торцовой пены изолированного контура. Продукт заморажива­ется на трехсекционном грузовом конвейере, который имеет электрический привод с вариатором скоростей, что позволяет изменять скорость грузового конвейера от 2 до 6 м/мин. Ленты трехсекционного грузового кон­вейера изготовлены из нержавеющей стали и обдува­ются смесью, состоящей из газообразной и твердой уг­лекислоты.

Движение смеси в грузовом отсеке аппарата произ­водится тремя циркуляционными вентиляторами. Нап­равление движения смеси — поперечное относительно трехсекционного грузового конвейера. Скорость движе­ния смеси 30 м/с.

Смесь газообразной и твердой углекислоты получа­ется из жидкой углекислоты, которая находится в баке. Жидкая углекислота с помощью коллекторов и форсу­нок впрыскивается в грузовой отсек аппарата. Темпера­тура смеси в грузовом отсеке аппарата поддерживается автоматически.

Схема автоматического регулирования температуры показана на рис. 117. Автоматическое регулирование температуры смеси производится с помощью регулято­ра температуры, реле времени, а также двух соленоид­ных вентилей. Соленоидный вентиль CB1 установлен на жидкостном трубопроводе, а СВ2 — на газовом трубо­проводе.

Если в грузовом отсеке аппарата температура смеси достигает своего нижнего предела, т. е. —73° С, то ре­гулятор температуры воздействует на соленоидный вен­тиль СВ2, и он открывается. Одновременно с этим от импульса регулятора температуры закрывается соле-. ноидный вентиль СВ1 прекращая поступление жидкой

углекислоты из бака. В течение определенного периода реле времени оставляет соленоидный вентиль СВ2 от­крытым; в коллекторах и форсунках поддерживается высокое давление (3000 кПа), что гарантирует также удаление жидкой углекислоты из системы в грузовой отсёк и продувку форсунок газом.

По истечении времени уставки реле времени закры­вает и соленоидный вентиль СВ2 Когда температура смеси в грузовом отсеке возрастет до —65° С, регуля­тор температуры открывает соленоидный вентиль СВ2 Давление в коллекторах и форсунках возрастает, и форсунки вновь продуваются газом. Реле времени за­крывает соленоидный вентиль СВ2 и открывает соленоид­ный вентиль СВ1 обеспечивая подачу жидкой углекис­лоты к форсункам.

С загрузочного транспортера продукт попадает на верхнюю секцию грузового конвейера. С верхней сек­ции замораживаемый продукт передается на среднюю с. помощью передающей пластины. Аналогичным обра­зом продукт переходит на нижнюю секцию грузового конвейера. Замороженный продукт передается на на­клонный разгрузочный транспортер, с помощью ко­торого он направляется к транспортеру упаковочного автомата.

Аппарат прост и надежен в работе, обладает малой металлоемкостью, быстро монтируется и хорошо впи­сывается в технологические линии по производству замороженных кулинарных изделий. Все основные про­цессы такого аппарата автоматизированы и механизи­рованы.

Недостатком аппарата является повышенный рас­ход электроэнергии на привод циркуляционных венти­ляторов, которые создают движение смеси с высокой плотностью.

Техническая характеристика углекислотного аппара­та для замораживания кулинарных изделий приведена ниже.

Производительность, кг/ч 800

Емкость, кг 200
Температура, °С

теплоотводящей среды —73

замороженного продукта —20

Продолжительность замораживания, мин 20—40

Габаритные размеры, мм

длина 12000

ширина 2400

высота 3000

Масса, кг 2800