Изучение работы барабанного льдогенератора

Чешуйчатого льда

Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение устройства и принципа действия барабанного льдогенератора, усвоение правил его обслуживания и безопасной эксплуатации.

2. Определение фактической производительности барабаного льдогенератора и толщины слоя замороженного продукта.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 2, 3].

Порядок выполнения работы

Барабанный льдогенератор (рис. 11) состоит из вымораживающего барабана 1, частично погруженного в поддон 2, системы подачи жидкости в поддон, системы подачи хладагента во внутреннюю полость барабана.

Барабан представляет собой обечайку диаметром 160 мм с толщиной стенки 6 мм, выполненной из нержавеющей стали Х18Н10Т. Внешняя поверхность обечайки шлифована. Во внутреннюю полость наружной обечайки вставлена внутренняя обечайка 3, играющая роль вытеснительной полости, при этом обеспечивается зазор между обечайками шириной 4 мм для прохода хладагента. Барабан снабжен опорами и сальниковым уплотнением 4, обеспечивающим подвод и отвод хладагента. Вал 5 барабана вращается в двух опорных шарикоподшипниках 6. Приводом барабана служит электродвигатель 7 марки АОЛ-2-II-4, соединенный при помощи клиноременной передачи с червячным редуктором и оборудованный набором шкивов для ступенчатого изменения частоты вращения вымораживающего барабана от 0,02 до 0,2 с^-1.

Рис. 11. Схема барабанного льдогенератора:

1 – барабан; 2 – поддон; 3 – внутренняя обечайка; 4 – сальниковое

уплотнение; 5 – вал; 6 – опорные шарикоподшипники; 7 – электродвигатель; 8 – хромель – копелевые термопары; 9 - токосъемники; 10 – потенциометр КСП-4; 11, 12, 13 – ртутные термометры; 14 – нож; 15 – мерная линейка; 16 – расходный бачок; 17 – компрессор; 18 – конденсатор; 19 – ресивер; 20 – фильтр-осушитель; 21 – терморегулирующий вентиль; 22 – чувствительный патрон; 23 – реле давления; 24 – шкальный индикатор; 25, 26 – манометры

Поддон барабана 2 изготовлен из листовой нержавеющей стали толщиной 1,0 мм и снаружи изолирован паралоном, толщиной 20 мм. Для замера температуры жидкости, поступающей в поддон барабана, служит ртутный термометр 11 с ценой деления 0,1 ⁰С и с пределами измерения температуры –10 ⁰С...+50 ⁰С. Для замера температуры жидкости в поддоне барабана служит ртутный термометр 12, а для замера температуры жидкости, отводимой из поддона, служит ртутный термометр 13 с пределами измерения –10 ⁰С...+50 ⁰С и ценой деления 0,1 ⁰С. Для съема вымороженного льда служит нож 14.

Система подачи жидкости в поддон барабана состоит из расходного бачка 16, регулирующего вентиля, которым регулируется подача жидкости в поддон. Слив жидкости из поддона барабана осуществляется через специальный патрубок в воронку, что позволяет дополнительно контролировать расход жидкости, проходящей через поддон мерным цилиндром. Температура жидкости при входе в поддон, в поддоне и при выходе из поддона контролировалась ртутными термометрами 11, 12, 13.

Система подачи хладагента во внутреннюю полость барабана состоит из холодильного агрегата ФАК-1,5М3, включающем поршневой сальниковый компрессор 17 марки 2ФВ-4/4,5, четырехсекционный конденсатор 18, ресивер 19, фильтр-осушитель 20 марки ФО-80, терморегулирующий вентиль 21 марки 12ТРВ, чувствительный патрон 22, реле давления 23 марки РД-3-01, всасывающий вентиль, нагнетательный вентиль, вентиль конденсатора, электродвигатель. Давление во всасывающей и нагнетающей магистрали компрессора контролируется при помощи манометров 25, 26.

Техническая характеристика

Производительность по льду…………………………15,0 кг/ч

Частота переменного трехфазного тока …………….50 Гц

Напряжение……………………………………………380 В

Мощность электродвигателя…………………………0,70 кВт

Холодильная мощность……………………………….6,25…25 кг/ч

Расход подаваемого продукта

при температуре 10 °С………………………………...400 дм³ /ч

Габаритные размеры, мм…………………………670×730×1170 мм

Масса, кг………………………………………………..147,0 кг

Порядок выполнения работы

В ходе выполнения работы необходимо заполнить поддон продуктом, включить льдогенератор и изменяя глубину погружения барабана в продукт снять показания приборов, измерить толщину вымороженного льда и заполнить протокол наблюдений.

Таблица 10. Протокол наблюдений

Номер опыта	Температура поверхности барабана t1, 0C	Давление	Глубина погружения барабана l, м	Толщина слоя замораживаемого материала δ, м
Ввсасывания Р1, Па	Ннагнетания РP2, Па

Расчетная часть

Продолжительность охлаждения слоя продукта на поверхности вращающегося барабана , мин

, (59)

где φ₁ – рабочий угол поворота барабана, рад; n_б – частота вращения барабана, мин^-1.

При намораживании продукта на поверхности барабана толщина слоя , м, снимаемого ножевым устройством, складывается из двух слагаемых: толщины слоя, закристаллизовавшегося на погруженной части барабана δ, м и толщины жидкого слоя, увлекаемого вращающимся барабаном δ_ж, м

=δ + δ_ж (60)

Производительность барабанного льдогенератора

=G_т + G_ж, (61)

где – общая производительность льдогенератора, кг/ч;

G_т, и G_ж – производительности, соответствующие δ и δ_ж.

Принимая, что плотности жидкого и закристаллизовавшегося продукта приближенно равны, производительность льдогенератора запишется , кг/ч

, (62)

где R – радиус барабана, м; s – ширина барабана, м; ρ_к – плотность замороженного продукта, кг/м³.

Толщина захватываемой жидкой пленки , м, определяется по формуле

, (63)

где Т – коэффициент, зависящий от условий захвата жидкой фазы, (Т=12,5…18); μ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с;

ρ_ж – плотность жидкого продукта, кг/м³.

Толщина слоя замороженного продукта δ_п, м определяется по формуле

, (64)

где А, В, D, b – величины, определяемые по формулам

, (65)

где q_кр – удельная теплота кристаллизации воды, кДж/кг, q_кр=333,5 кДж/кг;

, (66)

где λ_к – коэффициент теплопроводности замороженного продукта, Вт/(м∙К); t_кр – криоскопическая температура продукта, ⁰С; t_с – температура стенки барабана, соприкасающаяся с кипящим хладагентом, ⁰С;

, (67)

где с_к – удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг∙К);

, (68)

где α – коэффициент теплоотдачи от кипящего хладагента стенке барабана, Вт/(м²∙К); δ_ст – толщина стенки барабана, м; λ_ст – коэффициент теплопроводности стенки барабана, м.

Предельное число оборотов барабана , мин^-1 определяется по формуле

Контрольные вопросы

1. В чем заключается особенность механизма кристаллизации влаги при замораживании жидких и пастообразных пищевых продуктов?

2. Охарактеризуйте условия равновесия жидкой и твердой фаз при кристаллизации растворов.

3. Как классифицируются льдогенераторы? Перечислите достоинства и недостатки различных типов льдогенераторов?

4. Каковы основные элементы барабанного льдогенератора? Поясните их назначение, устройство и принцип действия.

5. Определите предельную производительность барабанного льдогенератора при замораживании воды.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8