Параметры узловых точек приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2- Параметры узловых точек

	1”	1	2	3'	3	4
t, oC	-15	-10	107,378	30,8	25,8	-15
P, мПа	0,2362	0,2362	1,1949	1,1949	1,1949	0,2362
i, кДж/кг	1744	1455,34	1696	646	319,3	319,3
v, м3	-	0,52	0,1477	-	-	-

Массовый расход циркулирующего хладагента M(-20), кг/с, который необходимо отводить от циркуляционного ресивера определяем по формуле (2.4)

M(-20) = kQ0(-20) / q0(-20) ,

где q0(-20) - удельная холодопроизводительность ,

q0(-20) = (i1 - i4),

q0(-20) = 1744- 319,3 = 1424,7

M(-20) = 1,0672,86/1424,7 =0,0542

Коэффициент подачи (-20)

при Рк / Р0 = 1,1949/0,2362=5,06 (-20) = 0,75

Требуемая производительность компрессора V(-20), м3/с определяется по формуле (2.7)

V(-20) = (M(-20) v1 )/ (-20) ,

V(-20) =(0,0542 0,52) /0,75 = 0,03756

Для работы принимаем винтовой компрессорный агрегат SAB 110 S-M с объемной действительной производительностью V(-20)д. = 168 м3/ч.

Действительный массовый расход хладагента Mдейств.(-20), кг /с определяется по формуле (2.8)

Mдейств. (-20) = (V( -20) д. (-20) )/ v1 ,

Mдейств.(-20) = (0,046 0,75)/0,52 = 0,067

Теоретическая мощность компрессора Nт (-20), кВт определяется по формуле (2.9)

Nт (-20) = Mдейств.(-20) (i2 - i1),

Nт(-20) = 0,067 (1696 - 1455,34) =16,2

Индикаторная мощность компрессора Ni (-20), кВт определяется по формуле (2.10)

Ni(-20) = NT(-20) / i ,

где i = 0,78 - индикаторный КПД,

Ni (-20) = 16,2/0,78 = 20,77

Электрическая мощность, потребляемая из сети NЭ (-20), кВт определяется по формуле (2.11)

NЭ (-20) = Ni(-20) / мех ,

где мех. = 0,95 - механический КПД,

NЭ (-20) = 20,77/0,95 = 21,86

Тепловая нагрузка на конденсатор в цикле Qкд.(-20), кВт определяется по формуле (2.12)

Qкд/(-20) = Mдейств(-20) (i2 - i3)

Qкд.(-20) = 0,067 (1696 - 646) = 70,35

2.3.2 Расчет и подбор конденсатора

Действительная тепловая нагрузка на конденсатор

Qк. = Qк (-20) ,

Qк.д. = 70,35

Требуемая площадь теплообмена F, м2 определяется по формуле (2.14)

F=Qк/qf

F=70,35/0,4=175,875

Принимаем 2 воздушных конденсатора марки ACS502С с действительной площадью теплообмена F=112,4 м2 каждый.

2.3.3 Расчет и подбор линейного ресивера

Объем линейного ресивера Vлин.р., м3 определяется по формуле

Vдр.р., м3 (2.25)

Vлин.р. = Vо.у. 0,3

где - вместимость охлаждающих устройств, м3,

Vлин.р. =0,3 0,05=0,015

Принимаем один горизонтальный линейный ресивер BC-LRH-25,0 общей вместимостью Vдр.р. =0,025 м3,

2.3.4 Расчет и подбор отделителя жидкости

Значение внутреннего диаметра отделителя жидкости d, м определяется по формуле

(2.26)

где - всасываемый объем компрессором;

- допустимая скорость движения пара,

d=4(0,067 0,52)/(3,14 0,5)=0,298 м

Принимаем отделитель жидкости 200 ОЖ, dд=300 мм.

2.3.5 Расчет и подбор трубопроводов

Диаметр нагнетательного трубопровода определяем по формуле (2.21)

,

где - нагнетаемый объем компрессором

- скорость движения хладагента

Расчет и подбор трубопровода на нагнетание

d=4(0,067 0,1477)/(3,14 25)=0,022 м

Принимаем стальную, бесшовную трубу с условным проходом d=25 мм,

Расчет и подбор трубопровода на всасывание



Диаметр всасывающего трубопровода определяем по формуле (2.22)

,

где - всасывающий объем компрессором;

- допустимая скорость всасывания хладагента,

d=4(0,067 0,52)/(3,14 20)=0,047 м

Принимаем стальную, бесшовную трубу с условным проходом d=50 мм.



3. Автоматизация рекуператора диоксида углерода

В современной технике под автоматизацией понимают комплекс технических мероприятий, частично или полностью исключающих участие людей в том или ином технологическом процессе. Говоря об автоматизации холодильных машин и установок, обычно имеют в виду автоматизации их работы в период эксплуатации.

Автоматизацию холодильных машин и установок осуществляют в целях повышения их экономической эффективности и обеспечения безопасности работы людей. Повышение экономической эффективности достигается вследствие уменьшения эксплуатационных расходов и затрат на ремонт оборудования, а безопасность эксплуатации -- применением автоматических устройств защищающих установки от работы в опасных режимах.

Различают две степени автоматизации -- полную и частичную.

При частичной автоматизации устройства автоматики управляют только некоторыми технологическими операциями. Поэтому требуется непрерывное обслуживание и наблюдение со стороны технического персонала.

При полной автоматизации устройства автоматики полностью управляют основными процессами, что позволяет отказаться от непрерывного обслуживания. Обслуживание может быть периодическим (один раз в сутки, в неделю, и т. д.) или по необходимости с участием персонала.

3.1 Описание функциональной схемы автоматизации винтового компрессорного агрегата

Система автоматизации винтового компрессорного агрегата предусматривает автоматическую защиту компрессора от аварийного режима работы.

Система автоматической защиты агрегата состоит из защитных приборов, включенных в схему пульта компрессора

Приборы защиты контролируют следующие технологические величины:

- сдвоенное реле давления KP5,АМУ-1- давление всасывания и давление нагнетания компрессора; сигнал защиты при понижении давления всасывания или повышение давления нагнетания;

- термореле ТР-ОМ5-04 - температуру нагнетания компрессора; сигнал защиты при повышении температуры нагнетания;

- реле разности давлений RT 260A, MP55A давление в системе смазки компрессора; сигнал защиты при снижении разности давлений между выходом маслонасоса и картером компрессора

Места установок приборов контроля, марки приборов, их характеристики и уровни установки сведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1-Приборы автоматизации.

Поз.	Место установки	Наименование прибора	Характеристика	Уровень прибора или уровень установки
I	II	II	IV	V
1'	Линия подачи масла в винтовой компрессор	Реле температуры ТР-0М5-03	5ч35°С	-
2'	Трубопровод подачи в компрессор	Электромагнитный вентиль 15с94бк	2ч45°С	-
6	Линия подачи масла в винтовой компрессор	Реле температуры КР77	20ч60°С	30°С
7-8	Линия подачи масла в винтовой компрессор из маслоохладителя	Реле разности давления RT 260A	0,05-0,4 МПа	0,22 МПа
9	Нагнетательный трубопровод	Реле высокого давления KP5	0,8-3,2 МПа	1,61 МПа
10	Всасывающий трубопровод	Реле низкого давления KP1	-0,02ч0,75 МПа	0,17 МПа
11	Нагнетательный трубопровод	Термореле КР81	80ч150°С	115°С
13	Всасывающий трубопровод	Мановакуумметр АМВУ-1	NH3 -0,1ч0,6 МПа	-
15	Нагнетательный трубопровод	Манометр АМУ-1	NH3 0ч2,5 МПа	-
3'	Трубопровод подачи в компрессор	Электромагнитный вентиль 15с94бк	2ч45°С	-
21	Линия подачи масла в винтовой компрессор	Реле температуры КР68	-5ч35°С	30°С
22-23	Линия подачи масла в винтовой компрессор из маслоохладителя	Реле разности давления MP55A	-0,1ч1,2МПа	0,15 МПа
24	Нагнетательный трубопровод	Манометр АМУ-1	Аммиак 0 - 2,5 МПа	_
25	Всасывающий трубопровод	Мановакууметр АМВУ-1	аммиак 0ч0,6 МПа	_
26	Нагнетательный трубопровод	Термореле КР81	80ч150°С	115°С
27	Всасывающий трубопровод	Мановакуумметр АМВУ-1	NH3 -0,1ч0,6 МПа	-
28	Нагнетательный трубопровод	Манометр АМУ-1	NH3 0ч2,5 МПа	-
30	Маслоотделитель	Манометр АМУ-1	NH3 0ч2,5 МПа	-
31	Линейный ресивер	Манометр АМУ-1	0ч2,5 МПа	-
33	Конденсатор	Регулятор давления PM	-	-
35	Отделитель жидкости	Реле уровня РОС-501	-	70%
36	Отделитель жидкости	Реле уровня РОС-501	-	50%
37	Отделитель жидкости	Реле уровня РОС-501	-	20%



4. Исследование процесса охлаждения мяса рыбы

4.1 Установка для холодильной обработки рыбы диоксидом углерода

На рисунке 4.1 изображено устройство состоит из неподвижного изолированного корпуса 1. Внутренняя обшивка корпуса изготовлена из листовой нержавеющей стали, а наружная обшивка - корпуса из листового алюминия. Между обшивками уложена теплоизоляция. В верхней и нижней части корпуса аппарата имеются окна для загрузки 2 и разгрузки продукта 3. В изолированном корпусе находится короб 4,5 расположенный под уклоном, для того, чтобы исключить примерзание продуктов к поверхности короба его покрывают слоем нифлона. По всей длине изолированного корпуса, с четырех сторон аппарата расположены форсунки 6 в которых поступающий криоагент преобразуется в две фазы. Форсунки 6 изготовлены из нержавеющей стали и соединены между собой трубопроводом 7, к которому присоединён коллектор 8 подвода хладагента, соединенный с горизонтальными охлаждающими трубами 10, образующими винтовую поверхность, прилегающие к охлаждающим трубам 10 ролики 11 для перемещения продукта; по центру камеры расположен осевой вакуумный коллектор 12, и размещенные по параллельным винтовым поверхностям дополнительные ролики 13 для перемещения продукта Для ограничения рабочей полости, по наружному диаметру в корпусе аппарата установлена цилиндрическая перфорированная решетка 14.



Рисунок 4.1 - Устройство для холодильной обработки рыбы диоксидом углерода: 1-неподвижный изолированный корпус; 2-окно для загрузки; 3-окно для разгрузки; 4,5-короб; 8-коллектор для подвода хладагента; 9-коллектор отвода хладагента; 10-охлаждающие трубы; 12-осевой вакуумный коллектор; 13-дополнительные ролики для перемещения продукта; 14-цилиндрическая перфорированная решетка; 15-загрузочный коллектор; 16-разгрузочный коллектор; 17-разгрузочный конвейер; 18-загрузочный конвейер.

Линия для холодильной обработки рыбы содержит загрузочный конвейер 15, по которому продукт поступает через загрузочное окно 2 на короб 4, после вакуумирования с помощью коллектора 12, продукт поступает на поверхность образованную охлаждающими трубами 10 и роликами 11 для перемещения в рабочей полости, ограниченной перфорированной решеткой 14. Под действием собственного веса продукт перемещается по роликам 11 . Одновременно из коллектора 8 через трубу 10 к коллектору 9 и форсунок 6 подают хладагент, диоксид углерода. За счет теплообмена с хладагентом через трубы 10 и мелкими дисперсионными частицами диоксида углерода при непосредственном контакте в процессе перемещения от загрузочного окна 2 к разгрузочному окну 3 продукт замерзает за короткий интервал времени, поскольку по сравнению с прототипом значительно увеличена эффективность процесса за счёт применения комбинированной системы холодильной обработки. Обработанный продукт выводится из корпуса 1 разгрузочным окном 3.

На рисунке 4.2 изображен поперечный разрез установки для холодильной обработки рыбы диоксидом углерода.



Рисунок 4.2 - Поперечный разрез установки для охлаждения и замораживания рыбы диоксидом углерода: 1-неподвижный изолированный корпус; 6-форсунки; 7-трубопровод; 8-коллектор для подвода хладагента; 10-охлаждающие трубы; 11-ролики для перемещения рыбы; 12-осевой вакуумный коллектор.

Скорость перемещения продукта по корпусу 1 определяется скоростью срабатывания разгрузочного узла 3, синхронизированного с загрузочным узлом 2. Ее заданием достигается возможность обработки различных видов продуктов, то есть достигается универсальность использования аппарата.

Таким образом, описанный аппарат при повышенной производительности обеспечивает возможность осуществления замораживания и охлаждения различных видов пищевых продуктов.

4.2 Методика экспериментальных исследований

С целью введения этого аппарата в промышленность на нем были проведены исследования по холодильной обработки рыбы, методика проведения которых, следующая:

1. Помещаем рыбу (толстолобика) в камеру, предварительно установив термопары в камере, в центре рыбы, в определенной глубине и на поверхности толстолобика, а также устанавливаем на наружной поверхности рыбы датчик плотности теплового потока. Сигналы с термопар поступают на электрический контроллер температур и общий сигнал с контроллера поступает на компьютер. Сигнал с датчика теплового потока поступает на прибор ИПП-2

3. Открываем регулирующий вентиль и газообразный диоксид углерода по трубопроводу поступает в камеру, температура в камере постоянна

-70 ± 2°С.

4. После достижения среднеобъемной температуры - 18°С в центре рыбы, подача диоксида углерода прекращается.

5. Открываем камеру и вынимаем рыбу.

6. Анализируются полученные данные, результаты эксперимента заносятся в таблицы, по которым строятся графики исследуемых зависимостей.

4.3 Расчет аппарата для охлаждения рыбной продукции

Аппарат, охлаждаемый газообразным диоксидом углерода, для охлаждения рыбной продукции на стальной ленте имеет производительность . Скорость движения газообразной углекислоты в аппарате . Начальная и конечная температуры продукта равны ,.

Принципиальная схема аппарата показана на рисунке 4.7 и 4,8.

Удельное количество теплоты, отводимой от 1 кг продукта при его охлаждении, q0, кДж, определяем по формуле



(4.1)

где - удельная энтальпия продукта (рыбы) соответственно до замораживания (при , ) и после него (при , ), .

Средние размеры охлаждаемых в аппарате рыб следующие: lр =400 мм, bр = 120 мм, др =80 мм. Для этих размеров вспомогательные коэффициенты в1 и в2 составят в1 = 400/80 =5 и в2 = 120/80 =1,5. Тогда R=0,071 и Р=0,27.

Коэффициент теплоотдачи получен эксперементально и составляет б =23 Вт/(м2К).

Продолжительность замораживания продукта, ф, сек, определяем по формуле

(4.2)

где сп - плотность мороженной рыбы, кг/м3 (сп = 1000 кг/м3);

tкр - температура начала замерзания соков продукта, oC ( tкр=-1 oC) );

tс - температура теплоотводящей среды, oC (tс=-30 oC);

R и Р - вспомогательные коэффициенты, от формы и соотношения размеров продукта

лз - теплопроводность охлажденного продукта, Вт/(м К) (для рыбы лз = 1,3 Вт/(м К));

б - коэффициент теплоотдачи от поверхности рыбы к газу, Вт/(м2К).

Вместимость аппарата G, кг, определяется по формуле



(4.3)

Принимаем удельную массовую нагрузку продукта, отнесенную к 1 м2 площади поверхности ленты конвейера для рыбы gf = 8 кг/м2 ,тогда площадь поверхности ленты, F, м2, можно определить по формуле:

F= G/ gf , (4.4)

F= 231,3/8= 26,6

Ширину ленты принимаем В= 0,45 м, тогда длину ленты L, м, определяем по формуле:

L= F/B, (4.5)

L= 26,6/0,45= 59

Диаметр аппарата, Dа, м, рассчитываем по формуле

(4.6)

где Dб - диаметр барабана конвейера, м ( Dб = 0,2 м);

дз - зазор между барабаном и торцевой стенкой аппарата, м ( дз = 0,3м);

ди - толщина стенки аппарата с учетом изоляции, м ( дз = 0,2м ).

Высоту аппарата Н принимаем равной 4 м, высоту одного витка ленты t, равной 0,15 м, соответственно количество витков n= 4/0,15= 28.

Теплоприток через наружное ограждение аппарата, Q1, Вт, определяем по формуле



(4.7)

где k - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2К) (k = 0,2 Вт/(м2К));

Fн - площадь поверхности ограждения, м2;

Дtн - разность между температурами вне аппарата и внутри его, oC.

Q1= 0,223,141,054(12+50)= 280,4

Теплоприток от продукта при охлаждении, Q2, Вт, определяем по формуле

Q2= G(i1 - i2), (4.8)

Q2= 0,1(283000-200000)= 8300

Дополнительный теплоприток через окна загрузки и выгрузки, Q4, Вт принимаем в размере 40% от Q1

Q4= 0,4280,4= 112,2

Теплопритоки к аппарату, Q0, Вт, определяем суммированием всех теплопритоков

Q0= 280,4+8300+112,2= 8692,6

Скорость движения конвейера, wк, м/с, определяем по формуле

wк= Lл/ф, (4.9)

wк= 59/ 2133= 0,03

Удельную массовую холодопроизводительность газообразной углекислоты, qо, Дж/кг, определяем по формуле

q0= i4 - i2 (4.10)

где i4 и i2 - энтальпии углекислоты в соответствующих точках цикла.

Принимаем ,что после дросселирования жидкой углекислоты в газовый поток, его температуре t2 будет соответствовать равновесная ( t0= -78,5 oC, Р= 1,01105 Па), т.е. t2= t0= -78,5 oC.

Средняя температура потока tс= -50 oC, откуда температура уходящего потока t4, oC, будет равна

t4= 2 tс+ t2= -250 + 78,5= -21,5 (4.11)

Тогда

q0= 693000 - 370000= 323000

Массовый расход жидкой углекислоты, Ga, кг/с, определяем по формуле

Ga= Q0/ q0 , (4.12)

Ga= 8692,6/ 323000= 0,03

Удельный расход жидкой углекислоты на 1 кг охлаждаемого продукта, g, кг/кг, определяем по формуле

g= Ga/ G, (4.13)

g= 0,03/ 0,1= 0,3

Количество углекислоты, расходуемой за смену, Gсм, кг/см, определим по формуле

Gсм = gG' (4.14)

Gсм = 0,32620= 786

Диаметр трубопровода подачи жидкой углекислоты к форсункам, dтр, м, определяем по формуле

(4.15)

где х2 -удельный объем в точке 2 ( х2= 0,36510-3);

щтр - скорость движения жидкой углекислоты в трубопроводе, м/с, щтр= 0,5 м/с.

Диаметр отверстия форсунки, dф, мм, определяем по формуле

(4.16)

где м - коэффициент истечения ( для жидкой углекислоты м= 0,6);

ДР1 - перепад давления перед форсункой и после нее, Па (ДР1= 20105Па);

nф - количество форсунок ( принимаем nф=24);

сж - плотность жидкой углекислоты, кг/м3

Плотность жидкой углекислоты, сж, кг/м3, найдем по формуле

сж= 1/ х2 , (4.17)

сж= 1/ 0,36510-3= 2739

Находим численное значение диаметра отверстия форсунки



5. Экспериментальные данные

5.1 Исследование процесса замораживания толстолобика в аппарате

Основной задачей экспериментов являлось определение зависимости изменения температурного поля, отличия температурного поля между верхней и нижней частью тушки толстолобика, а также времени замораживания и расхода СО2 при замораживании толстолобика с различными температурами в аппарате.

В качестве объекта исследования взяли толстолобика, так как при проведении маркетинговых исследований выявлено, что пользуется наибольшим спросом у потребителей.

На рисунке 5.1 показана термограмма процесса замораживания толстолобика газообразным СО2 при температуре в камере -70, масса толстолобика 600 ± 50г, толщина до центра позвоночника рыбы 30 мм. Расход диоксида углерода составил 3,24 кг.

Измерения осуществлялись с двух противоположных сторон тушки рыбы при помощи шести термопар и одного датчика плотности теплового потока. Термопары были установлены с двух сторон симметрично относительно позвоночника рыбы: во внутреннем слое (на расстоянии 1мм от позвоночника), в толще мяса (на расстоянии 15 мм от позвоночника), на наружной поверхности (на расстоянии 30 мм от позвоночника).

Измерение плотности теплового потока производились с помощью одного датчика, установленного на наружной поверхности толстолобика.

Данная схема установки термопар необходима для того чтобы определить разницу в изменении температурных полей между верхней и нижней частью тушки расположенной на поверхности шнека.



Рисунок 5.1 - Термограмма процесса замораживания толстолобика газообразным при температуре в камере -70.

Анализируя данный график можно сделать вывод, что процесс замораживания происходит интенсивно. Разность в температурах составила 2. Время замораживания составило 120 минут.

На рисунке 5.2 изображена диаграмма плотности теплового потока, на наружной поверхности толстолобика при замораживании газообразным СО2 с температурой в камере - 70.

Анализируя экспериментальные данные получаем, что среднеинтегральное значение плотности теплового потока карпа составляет = 430 Вт/мІ, максимальное значение плотности теплового потока = 1900 Вт/мІ.

Максимальная плотность теплового потока наблюдается в первоначальный момент времени, так как в этот момент разница температур между тушкой и диоксидом углерода максимальна, и процесс теплоотвода наиболее интенсивен.

Далее наблюдается резкое падение плотности теплового потока, так как температура тушки начинает снижение, однако значения плотности теплового потока здесь выше, что свидетельствует о более интенсивном теплоотводе от тушки.

Рисунок 5.2 - Плотность теплового потока при замораживании толстолобика c температурой в камере -70

На рисунке 5.3 изображена диаграмма коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности толстолобика при замораживании газообразным СО2 с температурой в камере - 70.



Рисунок 5.3 - Коэффициент теплоотдачи при замораживании толстолобика с температурой в камере -70

Анализируя полученные значения коэффициента теплоотдачи можно получить, что среднеинтегральное значение коэффициента теплоотдачи = 4,1 Вт/(мІ·К), максимальное значение коэффициента теплоотдачи составляет= 28 Вт/(мІ·К).



Выводы

По результатам экспериментов, проведенных в ходе дипломной работы, можно сделать следующие выводы:

1. Диоксида углерода получает большое распространение в пищевом промышленности.

2. Много компаний занимаются разработкой рекуператоров диоксида углерода.

3. Для пищевой промышленности наибольшее распространение получает диоксида углерода из газов спиртового брожения, согласно которому газ отбирают из бродильных аппаратов.

4. Разработана схема рекуператора диоксида углерода.

5. Произведены исследования по замораживанию мяса рыбы диоксидом углерода.



Список литературы

1. Технология спирта /В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов и др. /Под ред. проф. В.Л. Яровенко, М., Колос, 1999, с.320-325.

2. Курс физической химии, т. 1 / Я.И. Герасимов, В.П. Древинг, Е.Н. Еремин и др. /Под ред. проф. Я.И. Герасимова, М.: Гос.научно-техн. изд-во хим. л-ры, 1963, с.144-152, 447, 448.

3. Производство и применение диоксида углерода в промышленности [Текст] : монография / Е. Н. Неверов. - Кемерово : КемТИПП, 2012. - 179 с. - 500 экз. -ISBN 978-5-89289-696-2 : 101.

4. Применение диоксида углерода для холодильной обработки птицы и рыбы [Текст] : монография / Е. Н. Неверов, О. Н. Буянов . - Кемерово : КемТИПП, 2013. - 189 с. - 500 экз.

5. http://www.vmtech.ru/page_4_27_recovery-r100-300.htm

6. http://www.delta-west.su/dlyagazov/co2/rekuperaciya/

7. http://2009.ru.all.biz/rekuperator-co2-re80-g59483#!prettyPhoto

8. http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru

9. http://tehkold.ru/categori/kriogennye-morozilnye-apparaty/

10. http://gidro.tech-group.pro/uglekislota

11. http://www.dissercat.com

12. http://www.freepatent.ru/patents/2350556

13. http://irbis.kemtipp.ru/cgibin/irbis64r_91_test/cgiirbis_64

14. http://nu.kemtipp.ru/?page=protect&show=90

15. http://bankpatentov.ru/node/238972

Размещено на Allbest.ru

...