Расчет спирального скорморозильного аппарата

расчет аппарат.doc

Спиральный скорморозильный аппарат АСС представлен для замораживания продукта в потоке холодного воздуха на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Спиральный скорморозильный аппарат
Спиральный скороморозильный аппарата представляет собой спиральный многоярусный конвейер по которому движется замораживаемая продукция и морозильную систему обеспечивающая интенсивный отбор тепла от продукта. Сам конвейер располагается в термоизолированном контуре (камере) в котором так же расположен мощный воздухоохладитель который обеспечивает равномерный обдув продукции на всех уровнях конвейера воздухом при температуре от минус 30 0С до минус 35 0С.
Теплоизолированная камера выполненная из пенополиуретановых «сэндвич»- панелей толщиной 140 мм с замковым соединением и клапаном выравнивания давления.
Камера устанавливается на специально подготовленный фундамент с использованием напольного профиля образующего воздушный зазор между камерой и фундаментом который предотвращает промерзание фундамента и разрушение бетонной стяжки.
Спиральный многоярусный конвейер представляет собой раму из нержавеющей стали модульной поворотной ленты и системы регулирования скорости движения конвейерной ленты.
Ленты выполнены из тканеполимерных или резинотканных материалов допущенных для контакта с пищевыми продуктами.
Техническая характеристика
Производительность кгч
Температура воздуха в камере аппарата 0С
от минус 30 до минус 35
Конечная температура внутри продукта0 С
Время замораживания мин
ХолодопроизводительностькВт
Потребляемая мощность кВт
Процесс замораживания осуществляется следующим образом: с технологического оборудования продукт попадает на конвейер спирального скороморозильного аппарата непосредственно или по дополнительному приёмному транспортёру . Движение ленты и постепенное её закручивание в спираль происходит плавно без рывков с постоянной скоростью что обеспечивает неизменное расположение на ней продукта за время прохождения по всем ярусам с нижнего до верхнего. Образующийся вертикальный цилиндр спирального конвейера и постаментный испарительно-вентиляторный блок обшиты листами из нержавеющей стали таким образом что создаётся направленность воздушного потока в котором и происходит отбор тепла от продукта за счёт взаимодействия с холодным воздухом. Замороженная продукция с верхнего яруса ссыпается в приёмный бункер или подаётся по дополнительному транспортёру на весовой стол или фасовочный аппарат.
3 Обзор существующих конструкций
Существуют также аппараты с ленточными горизонтальными конвейерами типа АСМА (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 - Морозильный аппарат АСМА
Две параллельные цепи грузового конвейера движущиеся со скоростью около 001 мсек меняют направление движения с помощью звездочек образуя 14 горизонтальных участков на которых перемещаются блок-формы последовательно по всем зонам аппарата. Специальное переводное устройство обеспечивает плавный переход блок-форм с яруса на ярус с сохранением их горизонтального положения. Каждая блок-форма имеет 4 ролика два из которых связаны при помощи пальцев с рабочими (тяговыми) цепями конвейера а два других свободно катятся по направляющим. Такой способ прикрепления блок-форм позволяет при необходимости повернуть их относительно плоскости движения цепей. Цепи грузового конвейера с шагом 381 мм через каждвш 381 мм соединены с блок-формами. Общая длина каждой рабочей цепи 1143 м из которых 1064 проходят внутри морозильной камеры.
Скорость движения цепей можно регулировать в пределах которые соответствуют времени пребывания блок-формы внутри морозильного аппарата - от 1 ч 40 мин до 3 ч 44 мин.
Приводные звездочки рабочих цепей смонтированы на одних осях с тяговыми звездочками. Вращение приводным звездочкам сообщается электродвигателем мощностью 4528 кет с числом оборотов 1450970 в минуту через двухступенчатый червячный редуктор цепную передачу и общий промежуточный вал. Тяговые звездочки расположены в передней части аппарата а в задней его части смонтированы натяжные устройства.
На выходе из аппарата блок-формы шарнирно связанные с цепями конвейера только одной стороной переворачиваются при помощи специального устройства. Перевернутая блок-форма (дно и крышка) орошаются забортной водой после чего отстегивается крышка подтаявший блок выпадает на транспортер и подается на глазуровку и далее на упаковку.
Снятые крышки рабочий переносит к месту загрузки блок-форм. Освобожденные блок-формы вновь перевертываются и возвращаются к месту загрузки.
В конструкции аппарата предусмотрено устройство для контроля за перекосом тяговых цепей.
Двухъярусный воздухоохладитель поверхностью 1950 м размещен сбоку грузового конвейера и состоит из двух секций (по длине): на 9 и 10
батарей. Трубы воздухоохладителя 2530 имеют пластинчатые ребра размерами 8010 мм с переменным шагом 20-15-10 мм. Вес (масса) воздухоохладителя 152 т.
Аммиак через распределительную колонку подается в верхнюю и нижнюю секции. Оттайка батарей производится горячими парами аммиака; предусмотрен подогрев поддонов (орошение горячей водой через перфорированный змеевик).
Циркуляция воздуха вдоль тоннеля со скоростью 7-8 мсек обеспечивается центробежным с двухсторонним всасыванием.
Рисунок 2.3 – Плиточный скорморозильный аппарат
Блок-формы изготовленные из нержавеющей стали или пищевого алюминия. Плиты сжимаются создавая определенное усилие прессования продукта и хороший тепловой контакт. Внутри плит кипит при низком давлении холодильный агент отбирая тепло от замораживаемой продукта.
Непосредственный контакт продуктов с охлаждаемыми плитами интенсифицирует их охлаждение и замораживание. Процесс замораживания длится 1.5-2 часа.
Для избежания излишней деформации продукта впроцессе сближения плит монтируют сменные ограничительные пластины высотой несколько меньшей чемпервоначальная толщина продукта либо коробки сним.
Сравнительная характеристика данных аппаратов.
По сравнению со спиральными морозильными аппаратами плиточные аппараты обеспечивают относительно низкое энергопотребление и отсутствие необходимости частого размораживания пластин. К недостаткам можно отнести высокие капитальные затраты и ограничение размера и формы продукта подлежащего заморозке.
Достоинствами конвейерных аппаратов являются: гибкость в работе высокий уровень автоматизации. Однако по сравнению со спиральными аппаратами они менее компактны.
Спиральные морозильные аппараты компактны занимаемая площадь составляет менее 60% площади конвейерных аппаратов такой же производительности. Регулирование скорости движения конвейера и воздушного потока позволяет установить оптимальное время замораживания для каждого вида продукта.
Таким образом более оптимален выбор спирального скорморозильного аппарата.
4 Тепловой расчет аппарата
G – производительность аппарата 700 кгч;
Gпр – количество продукта 605 штук;
tн – начальная температура продукта 20 0С;
tк – конечная температура продукта минус 18 0С;
tпм – температура воздуха в грузовом отсеке апапарата минус 30 0С;
m – масса единичного продукта 1 кг;
b – ширина единичного продукта 018 м;
– толщина единичного продукта 005 м.
Требуется определить габариты аппарата тепловую нагрузку на холодильное оборудование также подобрать воздухоохладитель и компрессорно- конденсаторный агрегат обслуживающий аппарат.
В конвейере используем ленту шириной bл=08 м. куски мяса располагаем длинной стороной перпендикулярно движению ленты на расстоянии 003 м друг от друга. Тогда по ширине ленты разместится 08(023+003)=3Необходимая длина ленты конвейера с учетом расстояния между рядами продукта 002 м составит
где L- длина ленты конвейерам;
nшт – количество замораживаемого продукта шт;
bм- ширина продукта м;
з – ширина зазора между рядами м.
L= 603[(018+002)3]=463 м.
Лента вращается по спирали вокруг барабана. Длина одного ряда спирали конвейера при диаметре барабана 2 м и средней ширине ленты 03*2=06м (Dсп= 2+06=26 м) равна
Всего на барабане должно быть размещено
nсп= 46382 6 рядов спиралей конвейера.
При высоте кусков мяса 005 м толщине ленты конвейера 001 м и ширине отступа между конвейерами 005 м получим минимальную высоту барабана
Нб=6*(005+001+005)=066 м. (2.4)
Учитывая конструктивные выступы барабана с двух сторон по 02 м получим уточненную высоту барабана Нб=106 м.
Ширина морозильного аппарата определяется диаметром барабана шириной двух лент конвейера двумя зазорами между лентой и стенкой аппарата толщиной двух стенок корпуса аппарата т.е. ширина аппарата составит:
В=2+2*08+2*01+2*01=4 м. (2.5)
С учетом возможности установки воздухоохладителя принимаем В=5м.
Длина аппарата больше ширины на размер воздухоохладителя в направлении движения воздуха принимаем длину аппарата L=6 м.
Высоту аппарата определяют высота барабана высота воздухоохладителя отступ для поворота воздуха и две толщины корпуса. Таким образом высота аппарата будет равна:
Н=106+1+4*05+2*01=326 м. (2.6)
Определим тепловую нагрузку на аппарат. Принимаем температуру в цехе 18 0С. Полагаем что ограждение толщиной пу=01 м изолировано пенополиуретаном с теплопроводностью λпу=0035 Вт(м*К). Тогда коэффициент теплопередачи ограждения составит:
ап=003501=035 Вт(м*К).
Теплоприток через ограждения согласно формуле
Q1= ап*2*F*(tп-tот) (2.8)
где F- площадь камеры м2;
tп- температура воздуха в помещении 0С;
tот- температура воздуха в грузовом отсеке аппарата 0С
Q1=035*(2*5*6+2*326*5+2*6*3.26)*(18-(-30)=22128 Вт 22 кВт.
Теплоприток от замораживания куска мяса по формуле
где G- расход мяса на замораживание кг;
q3 – удельное количество теплоты отводимое от продукта кДжкг
q3=Cн(tн-tн)+ W**r+C(tкр-t)=324(20-(-1))+094*0645*334+193(-1-(-18)) = 303 кДж.
Q2=(700*303)3600= 507 кВт.
Теплоприток от охлаждения ленты конвейера Lк=463 м полагая что она имеет массу 1389 кг ( при массе одного погонного метра ленты – 3 кгм) а теплоемкость составляет 042 кДж(кг*К) и лента охлаждается от начальной температуры ленты 0 0С до температуры воздуха в аппарате составит
Q2л= mk*Cм*(tап-tk) (2.10)
Q2л= (1389*042*(30-0))3600=048 кВт.
Теплоприток от инфильтрации воздуха через окна загрузки и выгрузки примем ориентировочно 30% от Q1 и тогда
Q4и=03*22=066 кВт. (2.11)
Теплоприток от работы электродвигателя вентиляторов ориентировочно принимаем 20% от Q2:
Q4э=02*507=101 кВт. (2.12)
Суммарная тепловая нагрузка на аппарат будет равна сумме теплопритоков и составит
Q0=Q1+Q2+Q2л+Q4и+Q4э (2.13)
Q0=22+507+048+066+101=641 кВт.
Воздухоохладитель подбираем по площади теплообменной поверхности полагая что t0= - 40 0С:
Fв= Q0(k0(tот-t0) (2.14)
где k0- коэффициент теплопередачи воздухоохладителя Вт(м2*К)
Fв=641*103(18(-30-(-40))=3519 м2.
Принимаем с запасом к установке 3 воздухоохладителя марки ВО 125. Секции воздухоохладителя имеют площадь теплообменной поверхности Fc=125 м2 и габариты 2430х1070х1100 мм. Далее считаем потери напора в циркуляционном контуре аппарата.
Объемный расход воздуха циркулирующего в аппарате определим из условия создания принятой скорости движения воздуха у поверхности продукта пр=2 мс
где Fж- живое сечение для прохода воздуха вокруг продукта м2;
Fж= Fвит- Fпр (2.16)
где Fвит- сечение витка спирали конвейера в направлении прохода воздуха м2 ;
Fпр- площадь занятая продуктами на одном витке м2.
Fвит = [(Dб+bл)2]4+(Dб2)4 (2.17)
где Dб – диаметр барабана м;
bл – ширина лента м.
Fвит = [314(2+2*08)2]4+(314*22)4=7 м.
Fпр = (bмм)nшт4 (2.18)
где bм- ширину продукта м;
м- толщина продукта м;
nшт- количество кусков мяса штук.
Fпр= (023*018)6034= 62 м.
Подставляя полученные значения в исходную формулу найдем
Общее сопротивление движению воздуха в циркуляционном кольце аппарате составит
Δр=Δрв+ Δрпр +Δрп+Δрвх+Δрвых (2.19)
где Δрв – потери напора в воздухоохладителе Па;
Δрпр – потери напора при движении через спирали Па;
Δрп – потери напора на поворотах потока Па;
Δрвх – потери напора на входе в вентилятор Па;
Δрвых – потери напора на выходе из вентилятора Па.
Потери напора в оребренной секции воздухоохладителя ВО 125 определяются из условия что сплошное ребро размерами 260х130х03 мм контактирует с трубами (nтр=8) диаметром dн = 22 мм при их коридорном расположении с шагом sтр = 004 м. первые два ряда труб по ходу воздуха имеют шаг оребрения tр1 = 0015 м два следующих tр2 = 0075 м. Фронтальное сечение трех воздухоохладителей составит f = 168 м2.
Расстояние между ребрами в свету при выпадении инея толщиной и = 3 мм состаляет
U1 = tр1 – р - и (2.20)
где р – толщина ребра м.
U1 = 0015 – 00003 – 2*0003 = 00087 м.
Коэффициент сжатия потока воздуха по формуле
φ1 = [U1(sтр - dн)]( sтр - tр1) (2.21)
φ1 = [00087(004 – 0022)](004 – 0015) = 034.
Живое сечение первой секции составит
f1 = 168*034 = 057 м2
а скорость движения воздуха в ней
Потеря напора в первой секции воздухоохладителя определяем по формуле
Δрв1 = 01332*(Lрdэ)*(ρв*1)17 ( 2.24)
где ρв – плотность воздуха кгм2
dэ – эквивалентный диаметр суженного сечения между трубами и ребрами м.
dэ = [2U1*( tр1+ и )] [U1*( tр1+ и )]
dэ = 2*00087*001800087*0018 = 0 012 м.
Δрв1 = 01332*(030012)*(15*28)1.7 = 382 Па. (2.25)
Во второй секции при наличии слоя инея толщиной и = 1 мм получим следующие величины:
U2 = 00075 – 00003 – 2*0001= 00052 м;
φ2 = [00052(004 – 0022)(004 – 00075)] = 045;
f2 = 168*045 = 075 м2;
dэ = 2*00052*0022(00052 +0022) = 0008 м;
Δрв2 = 01332*(030008)*(15*21)17 = 351 Па.
Общая потеря в воздухоохладителе равна
Δрв = Δрв1 + Δрв2 (2.26)
Δрв2 = 382 + 351 = 733 Па.
Потерю напора при движении воздуха через витки конвейра определяем по зависимости
Δрв.к. = nвит*пр*ρв*(2пр2) (2.27)
где пр – коэффициент местного сопротивления движению воздуха через витки конвейера принимается в зависимости от отношения живого сечению витка конвейера;
Δрв.к. = 6*29*15*222 = 522 Па.
Потери напора на поворотах находим по формуле
Δрв.к. = nп*п*ρв*(2п2) (2.28)
где п – коэффициент сопротивления воздуха на поворотах;
п – скорость воздуха на поворотах мс;
п = 162*05 = 064 мс.
Δрв.к = 6*05*15*06422 = 092 Па.
Потери напора на входе в вентилятор определим по формуле
Δрвх = вх* ρв*( вх22) (2.30)
где вх – коэффициент местного сопротивления на входе во всасывающее окно конвейера;
вх – скорость воздуха на входе в вентилятор;
вх = 4V3d2вен (2.31)
вх = 4*163*314*052 = 27 мс.
Δрвх = 05*15*2722 = 273 мс.
Потери напора в диффузоре на выходе из вентилятора в секции воздухоохладителя при диф= 01
Δрвых = 01*15*27322 = 054 Па.
Сумма потерь напора в аэродинамическом кольца аппарата будет равна
Δр = Δрв + рв.к. + Δрп + Δрвх + Δрвых (2.32)
Δр = 52+092+733+273+054 = 15406 Па.
Напор вентилятор приведенный к воздуху с температурой 20 0С и плотностью ρ20 = 12 кгм3
Δр20 = 154*1215 = 123 Па.
Принимаем к установке 3 вентилятора BortMedio S 11902 имеющих объемную подачу 16 м3с при напоре 160 Па и коэффициенте полезного действия 08.
Потребляемая мощность электродвигателей вентиляторов
Nвен = 16*15408 = 03 кВт. (2.34)
Потребляемая мощность не превышает ранее принятое значение.
При тепловой нагрузке на аппарат Q0 = 6476 кВт температуре кипения хладагента t0 = -40 0C обратном водоснабжении с температурой конденсации t = 35 0С возможно использование компрессорно-конденсаторного агрегата АКК 80 В с холодопроизводительностью Q0 = 70 кВт и тогда
вф = 647670 = 092. (2.35)

Спецификация.doc

КП.260602.Д.212.05.00.000СБ
КП.260602.Д.212.05.01.000
КП.260602.Д.212.05.02.000
КП.260602.Д.212.05.03.000
КП.260602.Д.212.05.04.000
КП.260602.Д.212.05.05.000
КП.260602.Д.212.05.06.000

общий вид.dwg

КП.260602.Д.212.05.02
Техническая характеристика
Температура в камере аппарата
от минус 30 до минус 35
Конечная температура внутри продукта
Холодопроизводительность