Проектирование линий пищевых

Проектирование линий пищевых

Производств

Методические указания

к практическим занятиям

для студентов специальности 7.090221

«Оборудование перерабатывающих и пищевых производств»

дневной и заочной формы обучения

Керчь, 2009

Автор - Звегинцев А.И., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой “Оборудование пищевых и рыбообрабатывающих производств” Керченского государственного морского технологического университета (КГМТУ), Карнаушенко Ю.В., преподаватель кафедры ОПРП КМТИ.

Рецензент: ст. преподаватель каф. ОПРП КГМТУ Суркова Е.И.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ОПРП КГМТУ.

Протокол № 2 от 14.10. 2009г.

Методические указания рассмотрены и одобрены к утверждению на заседании методической комиссии ТФ КГМТУ.

Протокол № 2 от .

Методические указания утверждены Методического совета КГМТУ.

Протокол № от___________.

Ó Керченский государственный морской технологический университет

Содержание

Введение
Тематика практических занятий для студентов специальности 7.090221 «Оборудование пищевых и рыбообрабатывающих производств
Практическое занятие № 1
- задание №1
Практическое занятие № 2
- задание № 2
Практическое занятие № 3
- расчет затрат теплоты
- задание № 3
- расчет расхода воздуха
- задание № 4
расчет затрат электроэнергии
- задание № 5
- расчет расхода воды;
- задание № 6
Практическое занятие № 4 -конструкторские расчеты тепловых аппаратов;
-расчет элементов конструкций тепловых аппаратов - задание № 7
Практическое занятие № 5 Расчет процесса дефростации
- задание № 8
Практическое занятие № 6 Расчет энергетических показателей для процесса бланширования.
- задание № 9
Практическое занятие № 7. Тепловой расчет обжарочных печей - задание № 10
Практическое занятие № 8
- сушка пищевых продуктов
- испарение воды со свободной поверхности;
- расчет продолжительности сушки;
- задание № 11
Практическое занятие № 9.Проектирование плана цеха
- задание № 12
Справочные данные
Литература

Введение

В результате изучения дисциплины “Проектирование линий пищевых производств” и «Эксплуатация технологических установок отрасли» студенты обязаны уметь, в соответствии с заданием, произвести все необходимые технологические и эксплуатационные расчеты, по результатам которых скомплектовать линию, подобрать в нее оборудование, рассчитать его количество, произвести эксплуатационные и проверочные расчеты и составить план размещения оборудования в цехе или на судне.

Практические занятия студентов направлены на изучение изложенных выше вопросов и в конечном варианте, на практическое решение задач по проектированию линий пищевых производств для курсового и дипломного проектирования.

Тематика практических занятий

для студентов специальности 7.090221

Таблица 1

№ зан	Тема практического занятия	Время, час	Номер задания.
	Разработка схемы технологического процесса производства пищевой продукции и выполнение продуктового расчета.
	Расчет производительности и количества машин в линию производства пищевой продукции. Составление структурной схемы этого производства.
	Решение задач по энергетическим затратам в тепловых технологических процессах: - расчет потерь тепла; - расчет расхода воздуха; - расчет затрат электроэнергии; - расчет расхода воды
	Конструктивные расчеты тепловых аппаратов: - расчет толщины стенок корпусов, диаметр болтов и трубопроводов; - расчет габаритных размеров аппаратов и количества несущих элементов в них.
	Расчет процесса дефростации и оборудования для его осуществления
	Расчет энергетических затрат в процессе бланширования.
	Тепловой расчет обжарочных печей
	Основные понятия сушки. Расчет продолжительности сушки.
	Построение цеха

Всего : 51 час.

Практическое занятие № 1

Пример № 1

На выработку “тушки” поступило 10 т. мороженой сельди. Определить количество готовой продукции.

Составляем технологическую схему

Прием сырья

Распаковка коробов Короба на утилизацию

Дефростация

Мойка сырья

Разделка на тушку Отходы на муку

Замораживание

Глазурование

Подготовка Упаковка

коробов

Подготовка

обвязочного Обвязывание

материала

Хранение

Находим нормы отходов и потерь: дефростация - 3 % ; мойка - 0.5 %, разделка - 27 % ; замораживание - 0.5 %. Остальные операции без потерь. Выполняем “прямой” продуктовый расчет с помощью таблицы № 2.

«Прямой» продуктовый расчет

Таблица №2

Операция	Поступило продукта, кг	Отходы и потери	Выход, кг.
%	кг.
Дефростация
Мойка		0,5	48,5	9651,5
Разделка	9651,5			7045,5
Размораживание	7045,5	0,5	35,2	7010,3
Хранение	7010,3

Всего отходов и потерь: 10000 – 7010,3 = 2989,7 , что составляет - 29,9% от направленного сырья.

Пример 2

Продукт тот же, что и в примере 1, но известно, что было получено 12 тонн замороженной продукции.

Здесь необходимо произвести “обратный” продуктовый расчет. На операции замораживания отходы и потери составили 0.5%. Составляем пропорцию.

1. Заморозка М_з - 100 %

12000 - (100 - 0.5)% М_з = кг.

Далее производятся аналогичные действия.

2. Разделка М_р =12060 ^. 100 / (100 - 27) = 16521 кг.

3. Мойка М_м = 16521 ^. 100/ (100 - 0.5) = 16604 кг.

4. Дефростация М_д = 16604 ^. 100 / (100 - 3)= 17118 кг.

Составляем таблицу аналогичную 1-му примеру.

Задание № 1

1.1. Составить развернутые технологические схемы и выполнить продуктовые расчеты по следующим вариантам.

а) на приготовление фарша особого поступило 10 т. хека серебристого. Определить выход готовой продукции;

б) выработано 5 туб консервов “Сардинелла натуральная с добавлением масла” в банке № 3. Определить количество используемого сырья;

в) для разделки на тушку с предыдущей операции поступило 5000 кг скумбрии. Определить количество поступившего сырья и выход мороженого филе скумбрии.

1.2. Составить развернутые технологические схемы и выполнить продуктовые расчеты по следующим вариантам:

а) на приготовление филе поступило 6500 кг ставриды, определить выход готовой продукции;

б) выработано 7 туб. консервов “Треска обжаренная, в масле”. Определить количество используемого сырья;

в) на операцию бланширование поступило 2 тысячи банок № 3 с уложенной в них сардиной. Определить количество поступившего сырья и выход готовой продукции в консервах “Сардина бланшированная, в масле”.

Практическое занятие № 2

Задание № 2

Подобрать оборудование и рассчитать его количество при производстве продукции по условиям задания (из расчета на одну смену):

1.1.б. Выработано 5 туб консервов “Сардинелла натуральная с добавлением масла” в банке № 3.

1.1.в. Для разделки на тушку поступило 5000 кг скумбрии.

1.2.б. Выработано 7 туб консервов “Треска обжаренная, в масле”.

1.2.в. На операцию бланширования поступило 2 тысячи банок №3 с уложенной в них сардиной для получения консервов “Сардина бланшированная, в масле”.

Практическое занятие № 3

Расчет расхода воздуха

При проектировании участков и цехов, в которых производится тепловая обработка продуктов, необходимо узнать количество воздуха подаваемого на тепловой аппарат или отводимого от него и его свойства.

Воздух в процессе конвективной сушки выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя. В естественных условиях он представляет собой влажный газ, состоящий из смеси сухих газов с парами воды в перегретом состоянии. Водяные пары в таком состоянии имеют температуру, превышающую температуру кипения воды при одном парциальном давлении.

В сушильной технике воздух представляется как смесь сухой части и перегретого водяного пара, т.е. как ненасыщенный газ. К нему с достаточной для технических расчетов точностью применимы термодинамические законы идеальных газов. К термодинамическим параметрам воздуха относятся влажность (абсолютная и относительная), плотность, объем и энтальпия.

Абсолютная влажность - масса водяного пара в 1 м³ воздуха, которая равна плотности пара r_п. Абсолютная влажность воздуха может возрастать до своего предела r_н - плотности насыщенного пара. Дальнейшее увлажнение воздуха в данном объеме невозможно в связи с конденсацией водяного пара. Насыщенное состояние водяного пара может наступить либо при непрерывном испарении влаги, либо при постоянном охлаждении в замкнутом объеме воздуха. Температура при которой воздух данного состояния становится насыщенным, называется точкой росы t_{н .}

r_н определяют по таблицам водяного пара М.П. Вукаловича либо рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

lg r_н = 0,686 + 6,9t_н /(230+t_н ) (3.30)

В формуле (8.1) r_н дано в г/м³ . Относительная влажность j определяет степень насыщения воздуха паром:

j = r_п /r_н = h / h_н , (3.31)

где r_п и r_н -абсолютная влажность и плотность насыщенного воздуха, кг/м³; h и h_н - парциальное давление водяного пара и насыщенного водяного пара, Па.

h_н рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

lg h_н = 0,662 +7,5 t_н /(238 + t_н) (3.32)

Здесь h_н в мм рт. ст. При переводе в единицы СИ 1 мм рт.ст.=133,322 Па. Влагосодержание воздуха d выражается массой водяного пара, отнесенной к 1 кг сухого воздуха:

d = 622h / (B-h), (3.33)

где В- общее барометрическое давление, Па.

Для сухих топочных газов при полном горении:

d = 580 h/(B - h), (3.34)

где (В-h) - парциальное давление сухих газов, Па.

Объем влажного воздуха определяют по уравнению

V_в.в (3.35)

Плотность влажного воздуха можно рассчитать по формуле

r_в.в. = 2,17 , (3.36)

Энтальпия влажного воздуха I выражается в кДж/кг и характеризует состояние тела. Энатальпия влажного воздуха определяется из уравнения:

I_в.в. = I_с.в. + I_п = с_с.в.t + i_п d/1000, (3.37)

где I_с.в., I_п , i_п - энтальпия соответственно сухого воздуха, пара и перегретого пара в воздухе, кДж/кг;

с_с.в. - удельная теплоемкость сухого воздуха; с_с.в.= 1 кДж/(кг^. К);

t - температура сухого воздуха, °С.

i _п = 2500 + 1,875t, (3.38)

Энтальпию влажного воздуха можно рассчитать либо по уравнениям (8.8; 8.9), либо по уравнению

I_в.в. = с_в.в. t +2500 ^. d /1000, (3.39)

где с_в.в. - теплоемкость влажного воздуха:

с_вв. = с_с.в. +1,875d /1000, (3.40)

При уваривании, обжаривании и бланшировании продуктов, от аппаратов, в которых осуществляются эти процессы, необходимо производить отсос паровоздушной смеси, при этом объем отсасываемого воздуха рассчитывается следующим образом:

V_в = 287,14 q_в (273 + t_в )/(p - p_н), м³/с (3.41)

где p - давление входящего пара, Па;

p_н - парциальное давление насыщенных водяных паров при температуре отсасываемого воздуха, Па ;

q_в - количество отсасываемого воздуха, кг/с ;

t_в - температура отсасываемого воздуха, К, принимается равной 85...90°С (в зависимости от высоты установки отсоса).

q_в = 0,01 D, где D - количество образовывающегося пара, кг/с. После процессов бланширования, обжаривания, горячего копчения продукция подвергается охлаждению с помощью воздуха и тогда общий расход воздуха для охлаждения можно рассчитать по формуле:

L = , кг/ч (3.42)

где W - количество испаряемой влаги, принимается равным 3 % от G , кг/ч;

G – масса продукции, поступившей на охлаждение, кг/ч ;

с - удельная теплоемкость продукции, кДж/(кг ^. град ) ;

t₁ и t₂ - начальная и конечная температура охлаждаемой продукции, К;

G_т - масса транспортных устройств, проходящих через охладитель в час, кг;

с_т - удельная теплоемкость материала (для стали с_т =0,482), кДж/(кг^.К);

t¢₂ и t¢₁ - начальная и конечная температура транспортных устройств (принимается на 10 - 15 К больше температуры продукта);

Q_с - потери тепла во внешнюю среду, кДж/ч.

t¢_в и t¢¢_в - начальная температура воздуха и его температура на выходе, К.

d₁ и d₂ - влагосодержание воздуха поступающего и выходящего из охладителя, ч/кг.

I₁ и I₂ - энтальпия воздуха на входе и выходе из охладителя, кДж/кг. Далее определяется количество воздуха в объемных единицах. Необходимо уметь определять расход воздуха и в процессе сушки продукта. Известно, что количество влаги поступившей в агрегат с материалом и воздухом равно количеству влаги, оставшейся в материале и ушедшей с воздухом, значит

, (3.43)

где G₁ и G₂ - количество материала до и после сушки, кг/ч;

L - количество сухого воздуха, проходящего через агрегат, кг/ч ;

d₁ и d₂ - влагосодержание воздуха на входе и выходе агрегата, г/кг ;

w₁ и w₂ - влажность материала до и после сушки, % .

Однако известно, что

W = , (3.44)

тогда, преобразовав уравнение (3.55) и (3.56) получим:

L = , (3.45)

Обозначив расход воздуха в кг на 1 кг испаряемой влаги через , т.е.

L/ W = , тогда получим

, (3.46)

Учитывая, что d₁ = d₀ , т. е. влагосодержанию воздуха при входе его в калорифер, то окончательно:

= 1000/(d₂ - d₀), (3.47)

Расход воздуха подаваемого в камеру охлаждения продукта определяется по формуле:

V₀ = Q₀ /r (i_k – i₁) , м³/сек. (3.48)

где r - плотность воздуха в камере, кг/м³ ;

Q₀ – общий теплоприток в камеру, кВт;

i_k , i₁ – удельная энтальпия воздуха соответственно в камере и поступающего в камеру.

Задание 4

4.1. Определить объем отсасываемого воздуха из ленточного бланширователя, ширина которого 1.2 м, а длина 5 м. Подобрать вентилятор.

4.2. Определить объем отсасываемого воздуха из обжарочной печи при обжаривании рыбы, если известно, что производительность печи составляет 800 кг/ч, а истинный процент ужарки - 22 %. Подобрать вентилятор.

4.3. Определить расход воздуха для охлаждения обжаренной рыбы если на обжаривание поступает 800 кг/ч и рыба охлаждается до 40 ⁰С. Подобрать вентилятор.

4.4. Определить расход воздуха для охлаждения рыбы бланшированной в банках № 3 при производительности 140 б/ мин.

4.5. Определить расход воздуха на подсушку рыбы перед ее копчением (холодным, если известно, что сырье в количестве 1,5 т. поступило с влажностью 78% и было подсушено до влажности 66 %. Температура наружного воздуха составляла 0 ⁰С.

4.6.Определить расход воздуха на вяление 400кг рыбы с влагосодержанием 370 % , если известно, что температура наружного воздуха составляет плюс 48 ⁰С.

Расчет расхода воды

В пищевой промышленности вода является одним из основных энергоносителей. Она используется в качестве моющего средства и охлаждающей среды.

Как моющее средство, вода, поступает к месту ее использования в основном через барботеры различных типов. Тогда расчет расхода воды осуществляется следующим образом:

W = n f m , м³/с (3.52)

где n - число отверстий в оросительных трубах (барботерах);

m - коэффициент расхода (принимается равным 0.6 ... 0.7 );

Н - напор воды (принимается равным 0.2 м );

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

f - площадь одного отверстия в барботере, м² .

Расход воды на охлаждение в аппаратах периодического действия, при непосредственном контакте, например в автоклаве, определяется из следующего выражения:

W = , (3.53)

где G₁ - масса продукта, кг;

с_{1 -} удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг^. К);

t_c - температура горячей продукции, К ;

t _к - конечная температура продукции, К ;

t₀ - начальная температура воды, К;

t ¢ _к - конечная температура используемого оборудования, t¢_{к =} t_к - 5, К.

t_н - начальная температура оборудования, К (t_c > t_н)

G₂ - масса охлаждаемого оборудования, кг;

с₂ - приведенная удельная теплоемкость охлаждаемого материала оборудования , кДж/(кг ^. К);

с₃ - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг^. К).

Массовый расход охлаждающей воды при ее непосредственном контакте с продуктом в аппаратах непрерывного действия можно также подсчитать по формуле:

W = Q₂ /c₁(t_s1 – t_s2), кг/с. (3.54)

где Q₂ - теплоприток при охлаждении продукта, кДж;

с₁ - удельная теплоемкость хладоносителя, кДж/(кг К);

t_s1, t_s2 - соответственно начальная температура хладоносителя и его температура на выходе из бункера с продуктом, К.

Расход охлаждающей воды без ее непосредственного контакта с продуктом в непрерывно действующих аппаратах определяется по формуле:

W_охл. = G c Dt_n /4,19^.Dt₁ , кг/с

где Dt_n - разность температур продуктов до и после охлаждения, ⁰ С ;

Dt₁ - разность между начальной и конечной температурой охлаждающей воды, К;

G - производительность аппарата, кг/с;

с - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг^. К).

Задание 6

6.1. В барабанной моечной машине рыба моется водой подаваемой через отверстия в центральном валу. Какие и сколько отверстий необходимо чтобы обеспечить расход 3 тонн воды в час?

6.2. По сетчатому транспортеру шириной 400 мм поступает тушка рыбы с производительностью 1,5 т/ч. Необходимо разработать душирующее устройство.

6.3. В автоклаве типа КВ-2 необходимо охладить 800 банок консервов “Шпроты в масле” (банка № 2). Определите количество воды необходимой для охлаждения консервов.

6.4. В автоклаве типа КВ-4 необходимо охладить 1200 банок консервов “Килька обжаренная, в томатном соусе”, (банка № 3). Определите количество воды необходимой для охлаждения консервов.

6.5. В шнековом охладителе, производительность которого равна 900 кг/ч. необходимо охладить предварительно измельченную и сваренную рыбную массу. Определить расход воды.

6.6. Определить расход охлаждающей воды в шнековом охладителе при перемещении в нем массы крилевой пасты “Океан” с производительностью 1400 кг/ч.

Практическое занятие № 4

4 Конструктивные расчеты тепловых аппаратов.

Расчет габаритных размеров аппаратов, несущих элементов в них и мощности привода.

Габаритные размеры аппаратов непрерывного действия определяются по заданной производительности П (в кг/ч). Сначала определяется количество несущих элементов (блок - формы, короба, сетки и т.п.)

Z = П / m (4.1)

где m - масса продукта на одном несущем элементе (кг);

Z - количество поданных в аппарат несущих элементов (шт/ч).

Далее определяется длина конвейерной цепи

= S ^. Z =П^. S t/ m , м/ч (4.2)

где S - шаг между несущими элементами, м.

Однако, время обработки продукта в тепловом аппарате, как правило, не равно одному часу, поэтому устанавливается истинная длина конвейерной линии.

L = t ^. = П^. S ^. t / m , м (4.3)

где t - время продолжительности процесса, ч.

Теперь нарисовав эскиз аппарата и определив количество ветвей конвейерной линии определяем размеры самого аппарата. Следующим этапом в конструктивном расчете теплового аппарата является определение мощности его привода, который осуществляется с помощью метода обхода по точкам (9, стр.19).

Практическое занятие № 5

Расчет процесса дефростации и оборудования для его осуществления

Известны следующие способы размораживания рыбы: на воздухе при различной температуре, влажности и скорости движения; в воде методом погружений и орошений; в растворе поваренной соли; во льду; с помощью теплопередающих контактных устройств; паром под вакуумом; электротоком промышленной частоты; током высокой частоты; ультразвуком. Наибольшее распространение получило размораживание на воздухе, в воде, в солевых растворах.

Размораживание на воздухе характеризуется медленным протеканием процесса, усушкой рыбы, ограниченными возможностями механизации, потребностью в больших площадях, трудностью поддержания хороших санитарных условий в помещениях для размораживания. Существенным недостатком размораживания рыбы в потоке воздуха является значительная окислительная порча жира.

В жидкой среде размораживают в основном среднюю и мелкую рыбу. В качестве жидкой среды используют пресную или морскую (в судовых условиях) воду температурой не выше 15...20°С или растворы повареной соли плотностью 1,02...1,20 г/см³ и температурой 15...24 °С.

Допускается подогрев жидкой среды перед загрузкой сырья до 40 °С при условии, что температура ее после загрузки понизится до 20°С. Размораживание осуществляют в дефростерах или ваннах с ложным дном при соотношении рыбы и воды 1:2. Высота слоя рыбы в ванне не должна превышать 0,8 м. При размораживании путем погружения рыбы в жидкость целесообразно использовать проточную воду (скорость потока 0,5...1,5 м/ч) или перемешивать периодически сменяемую воду путем подачи в ванну сжатого воздуха. Продолжительность размораживания в воде не должна превышать 2 ч для мелкой рыбы и 6 ч. - для средней. Чтобы избежать излишнего набухания, по окончании размораживания рыбу следует немедленно извлечь из воды.

Практикой доказано, что для размораживания мелкой рыбы лучше использовать дефростеры оросительного типа. Блок мороженой рыбы, поставленный на ребро и орошаемый струйками воды, подвергается не только тепловому, но и гидромеханическому воздействию. Поток тепла в струйках расплавляет кристаллы льда в рыбе и ледяные спайки между ее кожными покровами в блоке, в результате чего создаются благоприятные условия для теплообмена в следующих слоях - процесс размораживания ускоряется. Размороженная рыба сохраняет плотную консистенцию, в то время как при размораживании погруженном в воду мелкая рыба набухает, консистенция ее ослабляется. Увеличиваются технологические потери и снижается качество готовой продукции.

Размораживание в воде в результате интенсивного теплообмена между рыбой и водой протекает быстрее, чем на воздухе, нет усушки, сохраняются вкусовые качества рыбы, возможна механизация процесса, одновременно с размораживанием происходит мойка рыбы, однако наблюдается потеря небольшого количества сухих веществ (органических и минеральных) и набухание рыбы.

Растворы поваренной соли применяют в основном при совмещении размораживания с посолом. При этом сокращается весь цикл производства, что позволяет выпускать больше готовой продукции за смену, экономить пресную воду, емкости и рабочую силу. Совмещенный процесс размораживания и посола мелкой рыбы используют при приготовлении полуфабриката для копчения и пряного посола, при производстве консервов продолжительность его зависит от размера рыбы и составляет 1- 6 ч.

При производстве продуктов горячего и холодного копчения из крупной мороженой рыбы, в связи с низкой теплопроводностью ее тканей и со слабой диффузией соли в продукте процесс размораживания рыбы совмещается с посолом и длится 8-10 ч.

Как всякий тепловой процесс, размораживание с помощью внешнего теплоносителя описывается формулой

a(t₁ - t₂ )Ft = -c(t₀ - t_н)М – rM (5.1)

где a - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к размораживаемому продукту, Вт/(м^{2 .}К);

t₁ - температура теплоносителя, К;

t₂ - температура поверхности размораживаемого продукта, К;

F - поверхность размораживаемого продукта, м² ;

t - время размораживания, с;

с – теплоемкость продукта, кДж/(кг^. К);

t₀ и t_н – температура теплоносителя на входе в аппарат и на выходе из него, К;

r - удельная теплота размораживания, Дж/кг;

М - масса размораживаемого продукта, кг.

В зависимости от условий теплообмена продолжительность размораживания рыбы в воде при существующих конструкциях дефростеров колеблется от 50 до 95 мин. Продолжительность процесса определяется теплофизическими свойствами замороженной рыбы, и при конвективном теплообмене существенного ускорения процесса добиться невозможно. Следовательно, производительность дефростера будет зависеть только от количества рыбы, одновременно находящейся в аппарате.

Производительность дефростера (в кг/ч) рассчитывается по формуле

G = m ^. n /t, (5.2)

где m - масса одного блока, кг;

n - количество блоков, находящихся одновременно в дефростере;

t - продолжительность размораживания, ч.

Из приведенной зависимости видно, что единственная возможность увеличить производительность дефростера - увеличить массу рыбы в дефростере. Однако при существующих конструкциях такое увеличение ограничивается габаритами блоков мороженой рыбы (больше семи блоков на погонном метре транспортирующего устройства разместить невозможно). При этом условии, если скорость движения транспортирующего устройства 0,07 м/с и продолжительность процесса 60 мин, максимальная производительность дефростера составит 1800 кг/ч.

Общая тенденция развития современной техники-сокращение производственного процесса, что повышает производительность труда и увеличивает выпуск продукции. Продолжительность процесса дефростации в общем виде есть функциякритерия Био, геометрии (конфигурации) нагреваемого материала и разности температур. Разность температур ограничивается разностью между температурой таяния льда и температурой греющей среды.

Технологической инструкцией температура среды при размораживании конвективным теплопереносом ограничивается - при повышенных температурах обнаруживаются денатурационные изменения белка. Таким образом, единственным способом увеличения производительности дефростеров является увеличение количества одновременно обрабатываемого материала. Это требует принципиально иных конструктивных решений по сравнению с существующими.

Количество дефростеров, необходимое для выполнения сменной программы цеха, рассчитывается по формуле

N = M / G ^. 8 (5.3)

где М - количество рыбы, поступившей на обработку, кг/смену;

G - производительность дефростера, кг/ч.

В общем виде передача тепла брикету описывается общеизвестным уравнением (7.20)

Q = aFc(t₁ - t₂) (5.4)

Расход тепла (в кДж/ч) конкретно на дефростацию рыбы определяется по формуле (4.4)

Q = G c_м (t₁ - t₂) + GWw r + Gc(t - t₁ ), (5.5)

где G - производительность дефростера, кг/ч

с_м - удельная теплоемкость замороженной рыбы, кДж/ч;

t₁ - температура плавления льда, К;

t₂ - температура рыбы перед дефростацией, К;

W - содержание влаги в рыбе, кг/кг;

w - доля вымороженной влаги;

r - теплота таяния льда кДж/кг);

с - удельная теплоемкость дефростированной рыбы кДж/кг;

t - температура рыбы в конце дефростации, К.

Расход тепла (в кДж/ч) при нагревании сухих веществ рыбы, льда и незамерзающей части воды до температуры плавления льда составит из формулы (7.2)

Q₁ = G c_м (t₁ - t₂)

Массовый расход воды необходимой для размораживания рыбы

G_в = Q_т /с_в Dt_в , (5.6)

где с_в - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг^.К);

Dt_в - разность между температурами воды при входе в аппарат и выходе из него (D t_в = 10°С).

Объемный расход воды на размораживание рыбы

V_в = G_в /r_в , м³/сек (5.7)

Скорость движения воды в живом сечении аппарата определяют по формуле

w_в = V_в /F_ж , м/сек (5.8)

Площадь живого сечения для прохода воды в аппарате находят по уравнению

F_ж= ( _бл +2d_з) (H_кт + 2d_з) - n_бл l_бл d_бл , м² (5.9)

где _бл - длина замороженного блока рыбы, м;

d_з -зазоры между контейнером и стенками аппарата,м (d₁ = d₂ = d₃ =0,03 м);

H_кт - высота контейнера с блоками, м (рис.1);

n_бл. - количество блоков в контейнере;

d_бл - толщина замороженого блока, м.

Рис.2.Контейнер с блоками

Так как скорость движения воды в аппарате очень мала, примем схему аппарата с рециркуляцией воды в нем. Зная скорость движения воды в живом сечении аппарата определим ее действительный массовый расход

G_в.д. = G_в +G_рец = F_ж w_в.д. r, кг/сек (5.10)

где v_в.д. – скорость движения воды, м/сек.

Отсюда массовый расход рециркуляционного потока воды

G_рец = G_в.д. - G_в, кг/сек, (5.11)

а его объем V_рец = G_рец /r, м³/сек.

Для создания циркуляции воды в аппарате принимаем насос.

Действительная температура воды на входе в аппарат

t_в.д. = (5.12)

Продолжительность размораживания блока до криоскопической температуры найдем, используя формулу Планка.

t = (5.13)

где q₃ - удельное количество затрачиваемой теплоты, Дж/кг;

r - плотность продукта, кг/м³;

s - толщина продукта, м;

t_кр и t₀ – криоскопическая температура продукта и температура окружающей среды, К;

l₃ – коэффициент теплопроводности размороженного продукта, Вт/(м К);

a - приведенный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К).

Удельное количество теплоты, подводимой к продукту при его размораживании, температуру начала оттаивания соков в рыбе и теплопроводность размороженной рыбы находим в справочниках. Коэффициенты R и P находим в зависимости от вспомогательных коэффициентов b₁и b₂ R=0,1037; P = 0,3846.

Ширину замороженного блока b_бл принимают равной 0,25м.

Коэффициент теплоотдачи от воды к площади поверхности размораживаемого блока зависит от режима движения скорости. При определении числа Рейнольдса в качестве определяющего размера принимаем высоту канала (зазор между блоками h_к = d_э = 0,015 м. Кинематическую вязкость воды находят при температуре рециркулирующего потока t_{вl д} = 11,32°С.

Вместимость аппарата определяют из зависимости

G¢ = G t_ц , кг (5.14)

где t_ц – время цикла размораживания, ч;

G – производительность аппарата, кг/ч.

Количество контейнеров, одновременно находящихся в аппарате, находят по зависимости

Z = G / G_кт (5.15)

Масса рыбы в одном контейнере,

G_кт = u_бл r_пр n_бл , кг (5.16)

где r_пр - плотность продукта, кг/м³ (r_пр =1000 кг/м³);

n_бл - число блоков, сдвоенных в одном контейнере (n_бл =12).

Длина погружной ванны аппарата

L_в = Z(b_бл +d_з ), м (5.17)

где d₃ – толщина блока рыбы, м.

Задание № 8

8.1. Определить массовый расход воды и продолжительность размораживания блока рыбы в аппарате погружного действия при его производительности 1200 кг/ч, если температура воды +18°С, начальная температура рыбы - 20°С, а конечная - 0°С.

8.2. То же, при производительности аппарата 800 кг/ч, температура воды + 15°С, начальная температура рыбы -18°С, а конечная +1°С.

Практическое занятие № 6

Расчет энергетических показателей для процесса бланширования

При бланшировании пар и нагретый воздух входят в непосредственный контакт с продуктом. Бланширователи предназначены для частичного обезвоживания тканей рыбы в результате тепловой денатурации белков.

Производительность бланширователей зависит от продолжительности процесса и вместимости аппарата, время бланширования, необходимое для достижения требуемого технологического результата, зависит от способа укладки в банки, размеров кусков рыбы, а также от номера банки. Однако интенсивность теплообмена в аппарате и не очень больше различия в массе прогреваемой рыбы, сложенной в банку, позволяют принять среднюю продолжительность бланширования равной 45 мин.

Вместимость аппарата связана с его конструктивными данными: количество кассет и их размерами. Если в кассету бланширователя помещается десяток банок № 3,2,8 с внешним диаметром 102 мм, то банок с меньшим диаметром (№5,6) в кассете будет 12 шт., № 17 - 13 шт., № 19-15 шт. При одинаковом количестве кассет и один