Терехова О.Н. Холодильная техника и технология

Подождите немного. Документ загружается.

Оформление работы

Отчет по работе должен содержать цель и содержание работы, описание методики

расчета длительности охлаждения, результаты вычислений, представить графические зави-

симости, выводы по результатам выполнения работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОЛАЖДЕНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Цель работы: Изучить процесс охлаждения тела шаровидной формы.

Оборудование и материалы

Те же, что и в работе №1.

Порядок проведения работы

Тот же, что и в работе №1.

Оформление работы

То же, что и в работе №1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ОДНОФАЗНЫМ СПОСОБОМ

По методике экспериментального определения длительности охлаждения пищевых

продуктов в воздушной среде однофазным способом измеряют изменение во времени темпе-

ратуры продукта в центре и на его поверхности в процесс охлаждения, а так же исследуют

влияние на длительность охлаждения размеров продуктов и режимных параметров (темпера-

туры и скорости движения охлаждающего воздуха).

Оборудование, приборы и материалы

Холодильная камера 2 имеет дверь 1 со смотровым окном и охлаждается холодиль-

ным агрегатом 6. Внутри охлаждаемого объема размещены вентилятор 5 и воздуховод 4 из

оргстекла. Скорость движения воздуха на цилиндрическом участке воздуховода 0,1 – 5 м/с.

В воздуховод помещают образец продукта 3, в котором вставлены термопары. Стенд осна-

щен мультиметром и комплексом хромель–капелевых термопар.

Рабочие спаи термопар заделаны в иглы длиной 80-100мм. Скорость движения воздуха внут-

ри воздуховода изменяется регулятором частоты вращения 7 вентилятора и измеряется ане-

мометром. Для контроля за длительностью охлаждения используют секундомер, относи-

тельная влажность воздуха измеряется психрометром.(рис.2.2).

В качестве объекта исследования можно использовать

пищевые продукты (марга-

рин, картофель, яблоки диаметром 50-80мм).

Методы исследования

Влияние размеров продуктов температуры и скорости воздуха на длительность про-

цесса охлаждения исследуют с помощью сравнительного эксперимента.

В воздуховод помещают одновременно два продукта различных размеров одинако-

вой формы.

При определении влияния на длительность охлаждения температуры и скорости

12 345

1-дверь; 2 – холодильная камера; 3 – продукт; 4 – воздуховод; 5 – вен-

тилятор; 6 –психрометр; 7 – регулятор частоты вращения

Рис. 2.2 – Малая холодильная установка

движения воздуха, характерных для медленного, ускоренного и быстрого способов охлажде-

ния.

Опыт выполняют 2 или 3 раза с одинаковыми образцами продукта, но при различ-

ных температурах и скоростях движения воздуха.

Выполнение работы

Подготовка стенда к выполнению работы проводят до начала занятий.

Холодильную камеру выводят на заданный температурный режим, устанавливают тре-

буемую скорость движения воздуха в воздуховоде. Продукты предварительно выдерживают

при температуре 20 – 25 °С в течении достаточно длительно длительном времени.

1. Провести замеры скорости движения скорости воздуха, записать в протокол.

2. Снять показания термометра, установленного в камере, определив температуру ох-

лаждения воздушной среды.

3. Разместить, оснащенные термопарами, образцы продуктов в воздуховоде. Вклю-

чить секундомер, сделать отметку

времени начала процесса охлаждения.

4. Следить за протеканием процесса охлаждения по паказаниям приборов, фикси-

руя показания через 1 минуту.

5. При достижении значений заданных температур закончить опыт и выключить уста-

новку. t = +4 °С

6. Построить температурные кривые.

7. В отчете привести все условия проведения опыта.

8. Построить график зависимости τ

ОХЛ

от ω.

Оформление работы

Отчет по работе должен содержать цель и содержание работы, описание методики экс-

перимента. Определения длительности процесса охлаждения продукта, температурные кри-

вые, выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Цель работы: Изучение процесса замораживания пищевых продуктов, определение

длительности замораживания конкретных продуктов, имеющих различную геометрическую

форму и размеры.

Оборудование, приборы и материалы

Для работы используется малая холодильная установка.

В нее входит следующее оборудование: холодильно-компрессорный агрегат типа

ХКВ – 5, холодильная камера типа “Морозко”, пульт управления “DANFOSS” модель

“ELIWELL 974” – терморегулятор, термопара типа К (М837), цифровой 3 ½ – разрядный ми-

нимультиметр, манометр на всасывание и манометр на нагнетание.

Описание установки

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - фильтр; 4 – капиллярная трубка; 5 - испаритель; 6 - охладительная ка-

мера

Рис. 2.3 – Схема экспериментальной холодильной установки

Схема экспериментальной установки изображена на рис. 52.3. В нее входит следующее

оборудование: холодильно-компрессорный агрегат типа ХКВ-5; холодильная камера типа

“Морозко”; пульт управления “DANFOSS” модель “ELIWELL 974”, термопара типа К

(М837), цифровой 3 ½ –разрядный минимультиметр.

Герметичный компрессор типа ХКВ-5 имеет кривошипно-кулисный механизм с вер-

тикальной осью вращения (холодопроизводительность 0,85 м

/с). Компрессор оснащены

встроенным двухполюсным однофазным асинхронным электродвигателем и пускозащитным

реле и предназначен для холодильных агрегатов с капиллярной трубкой, применяемых в бы-

товых холодильниках и морозильниках, работающих на хладоне-12.

Холодильной камерой служит морозильный шкаф типа “Морозко” с подвешенным в

верхней части испарителем.

Дросселирующее устройство предназначено для процесса дросселирования, сопрово-

ждающийся снижением давления холодильного агента от давления конденсации Рк до дав-

ления кипения Ро с одновременным снижением температуры. В качестве дросселирующего

устройства используются капиллярная трубка для неавтоматизированных малых холодиль-

ных машин.

На пульте управления размещены приборы и устройства для измерения параметров

холодильного агента в различных точках экспериментальной установки. Температура холо-

дильного агента на входе в компрессор t

, на выходе из компрессора t

, на выходе из ресиве-

ра t

и на входе в испаритель t

фиксируется и показывается термопарами, присоединенные к

мультиметру (прибор, показывающей температуру, с цифровым индикатором). Давление хо-

лодильного агента на линии всасывания. Ро (давление кипении), а также температура кипе-

ния фреона-12 определяется по манометру, поз. 05. Давление холодильного агента на линии

нагнетания Рк (давление конденсат) и температура конденсации tк измеряются манометром

поз. 06. Контроль температуры воздуха в охладительной камере осуществляется электриче-

ским терморегулятором типа “DANFOSS” модель “ELIWELL 974” или визуально по тер-

мометру закрепленному на прозрачной дверки.

Порядок выполнения работы

Экспериментальному исследованию подвергаются пищевые продукты имеющие раз-

личную геометрическую форму: шар, цилиндр, пластину.

1. Определить начальную температуру продукта t

2. Поместить термопары в центр продукта и на его поверхности

3. Поместить продукт в холодильную камеру, сделать отметку времени начала про-

цесса замораживания. Через каждую 1 минуту проводить запись температуры.

4. Построить температурные графики

Оформление работы

1. Определить расчетным путем продолжительность замораживания продукта. Ис-

пользовать для расчета формулу Планка:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∗

⋅−⋅

=τ

4A)tt(6,3

МCКР

(49)

где τ – продолжительность замораживания, ч;

– полная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от заданной

начальной температуры до заданной средней конечной, кДж/кг;

= i

– i

С.К.

;

– энтальпия продукта при начальной температуре, кДж/кг;

С.К.

– энтальпия продукта при средней конечной температуре, кДж/кг;

ρ – плотность замораживаемого продукта, кг/м

;

ℓ – толщина продукта, м;

КР

– начальная криоскопическая температура продукта, °С;

– температура теплоотводящей среды, °С;

– коэффициент теплопроводности продукта при средней температуре его в процес-

са замораживания между криоскопической и средней конечной температурой,

Вт/(м·К);

α – коэффициент теплоотдачи к теплоотводящей среде, Вт/(м

·К),

А – коэффициент, значение которого зависит от формы замораживаемого тела: для

плоскопараллельной пластины при двустороннем замораживании А=2, для бесконеч-

ного прямого круглого цилиндра А=4, для шара А=6;

ℓ – характерный размер, м; для плоскопараллельной пластины

ℓ – толщина пластины, для бесконечного круглого прямого цилиндра

ℓ – диаметр цилиндра, для шара

ℓ – диаметр шара.

Для тел неправильной геометрической формы, приближающихся к шару, в формулу

Планка нужно подставить среднее значение d

вместо ℓ:

V24,1d ⋅=

(50)

где V – объем тела, м

Продолжительность замораживания тела в форме прямоугольного параллелепипеда

размерами ℓ х b х δ рассчитывается по формуле:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

δ⋅

∗

−⋅

ρδ

=τ

)tt(6,3

МCКР

(51)

где τ – продолжительность замораживания, ч;

δ – толщина параллелепипеда, м;

R и P – вспомогательные коэффициенты, значение которых зависит от соотношения

размеров.

Для плоскопараллелельной пластины толщиной δ бесконечной протяженности при

одностороннем отводе теплоты P=1 и R=0,25, при двустороннем отводе теплоты

P=0,5 и R=0,125.

Для различных методов замораживания значения α принимать из следующих преде-

лов.

1. В камерах при естественной циркуляции воздуха α= 8 – 15 Вт/(м

·K).

2. В морозильных камерах при интенсивной циркуляции:

α= 8,73w

0,8

, где w – скорость движения воздуха, м/с

3. Во флюидизационных морозильных аппаратах α= 60 – 100 Вт/(м

·К.

4. В плиточных морозильных аппаратах α= 500 – 1000 Вт/(м

·К).

5. В установках для замораживания в жидкой среде (методом орошения) α= 1000 –

2000 Вт/(м

·К).

6. В установках для замораживания в жидкой среде (методом погружения) α= 5000

Вт/(м

·К).

ПРИМЕР: Определить продолжительность замораживания говяжий полутуши от на-

чальной температуры t

=35°С до средней конечной температуры t

= –18°С, при температу-

ре воздуха в камере t

= –35°С и скорости движения воздушной среды у поверхности про-

дукта w =2 м/с. Принять толщину наиболее толстой бедренной части полутуши δ = 0,2 м.

РЕШЕНИЕ: Продолжительность замораживания полутуши (в ч.) определяется по

формуле: (4.11).

Энтальпию мяса при начальной и средней конечной температурах принимаем при t

=35°С, i

=345 кДж/кг; при t

= –18°С, i

С.К.

=4,6 кДж/кг.

4,3406,4345iiq

.К.СН3

−

кДж/кг

Плотность мороженого мяса ρ= 900 кг/см

(таблица приложение).

Толщина замораживаемого продукта ℓ = δ = 0,2 м.

Криоскопическая температура для мяса t

КР

= – 20°С.

Температура теплоотводящей среды t

= –35°С.

Принимаем, что замораживаемое тело по форме приближается к пластине при дву-

стороннем отводе теплоты. При этом А=2.

Коэффициент теплопроводности говяжьего мяса при средней температуре продукта в

процессе замораживания t

СР

= –7,8°С.

Определяем по приведенной зависимости:

36,1

)8,7(

08,15,1

СР

−

=λ

Вт/(м·К)

1,15273,8w73,8

8,08,0

=⋅=⋅=α

Вт/(м

·К)

6,26

1,15

)36,14(

2,0

2)352(6,3

2,09004,340

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

∗

⋅+−⋅

⋅⋅

=τ

ч.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИСПЫТАНИЕ ФЛЮИДИЗАЦИОННОГО МОРОЗИЛЬНОГО АППАРАТА

Флюидизационные морозильные аппараты предназначены для замораживания мел-

коштучных пищевых продуктов одинаковой формы и размера в потоке холодного воздуха.

Движущийся воздух, подаваемый снизу создает воздушную подушку и перемещает

мелкоштучный продукт вдоль грузового отсека аппарата.

Различают флюидизационные морозильные аппараты малой, средней и большой про-

изводительности.

Цель работы:Ознакомиться с конструкцией и принципом работы флюидизационного

морозильного аппарата, атак же определение основных характеристик.

Описание установки

Стенд для проведения работы состоит из лабораторной флюидизационной морозиль-

ной установки, измерительного комплекса для определения температур, устройства для из-

мерения скорости воздуха и аэродинамического сопротивления, секундомера для нахожде-

ния продолжительности замораживания, весов для определения массы закладываемого в ус-

тановку продукта, пневмометрической трубки, микроманометра, электросчетчики.

Масса груза, закладываемого в грузовой отсек 300г. Циркуляция воздуха осуществля-

ется при помощи вентилятора

Порядок выполнения работы

1. Изучить инструкцию по обслуживанию лабораторной установки и правила безо-

пасности.

2. Разобраться в конструкции и устройстве стенда для определения основных харак-

теристик аппарата.

3. Проверить наличие на стенде контрольно-измерительных приборов, их включение

и исправность.

4. Установку включить за 1,5 – 2 ч до начала лабораторной работы.

5. Получить необходимое количество продукта (картофель или др.

овощи) массой 300

– 600 г.. Нарезать продукт в виде брусков одинаковых размеров (10х10х30 мм). Контрольный

кусочек продукта наколоть на термопару так, чтобы конец иглы термопары находился в его

центре.

6. Засыпать нарезанный продукт на поддерживающую решетку. Термопару с кон-

трольным кусочком продукта установить в воздуховоде в месте, соответствующем середине

кипящего слоя по высоте.

7. Записать показания счетчиков и время начала эксперимента.

8. Пустить электродвигатель вентилятора воздухоохладителя и включить секундомер.

9. Отрегулировать скорость движения воздуха, которая обеспечивает устойчивость

флюидизационного слоя продукта.

10. Через каждые 2 минуты измерять средние величины температур воздуха в кон-

кретных точках.

Давление воздушного потока измеряется в контрольных точках сечения А –под под-

держивающей решеткой; Б –над поддерживающей решеткой; В –под слоем продукта.

1 – поддерживающая решетка;2 – флюидизационный слой продукта;3 – датчики давления

Рис. 2.4 – Расположение датчиков отбора давления в потоке

1. Измерять скорость движения воздуха в рабочей зоне в сечении. В каждые 3 мину-

ты, а так же температуры в центре конкретного кусочка продукта 2 – 3 раза за время экспе-

римента полный напор воздушного потока в конкретных точках грузового отсека в сечениях

А, Б, В.

2. Остановить секундомер и записать в журнал наблюдений показания счетчиков

время окончания процесса замораживания. Окончанием процесса замораживания считаем

достижение криоскопической температуры в центре для данного продукта.

3.Оформить все данные по испытанию установки в виде таблицы 9

Таблица 9 – Протокол наблюдений

№

за

ме

ра

Время

измере-

ния, ч,

мин, с

Температура

воздуха в

груз. отсеке

Температура

в центре

конкр. бру-

ска

Скорость

движения

воздуха в

груз отсеке

м/с

Полное давление воздушного потока,

мм.вод.ст.

в сечении А в сечении Б

в сечении

, t

… t

, t

…

, w

…

, h

…

, h

…

, h

…

Показание счетчиков, кВт·ч:

1. электродвигатель холодильной машины, W

2. электродвигатель вентилятора, W

ВО

Обработка экспериментальных данных и расчет основных показателей

1. Определить оптимальную скорость движения воздуха в грузовом отсеке флюиди-

зационного аппарата:

едОПТ

gG95,125,2w l

⋅

(52)

где G

ед

– масса единичного продукта, гр.

2. Коэффициент теплоотдачи от площади поверхности продукта к воздуху опреде-

ляют из соотношения вида:

5,0

Re62,0Nu ⋅=

(53)

5,0

ОПТ

62,0

⋅

⋅=

(54)

5,0

ОПТ

5,0

62,0

⋅

⋅=α

(55)

где λ

– коэффициент теплопроводности воздуха (при t = –20°С λ

= 0,0217 Вт/(м·к))

– диаметр сферического продукта, м d

= ℓ = 0,01 м (для бруска)

– кинематическая вязкость воздуха, м/с (при t

= –20°С, ν

= 11,61·10

/с)

3. Теплоприток от продукта при его замораживании:

()

(

)

[]

2КР3КР1O

ttCLWttCGQ

−

−⋅

(56)

где С

, С

– удельная теплоемкость продукта соответственно охлажденного и заморо-

женного, кДж/(кг·К):

-для картофеля: С

= 3,43 кДж/(кг·К), С

= 1,8 кДж/(кг·К);

-для яблок С

= 3,64 кДж/(кг·К), С

= 1,88 кДж/(кг·К);

-для моркови С

= 3,77 кДж/(кг·К), С

= 1,92 кДж/(кг·К).

КР

– температура начала замерзания соков в продукте:

-для картофеля t

КР

= –0,7°С;

-для моркови t

КР

=–1,5°С;

-для яблок t

КР

= –1,5°С.

– относительное содержание воды в продукте, доли единицы; W: 77,8; 88,2; 84,1.

ω – относительное количество вымороженной воды, доли единицы;

Принимаем ω=6,6;

– начальная температура продукта

– конечная температура продукта

G – масса продукта

L – скрытая теплота льдообразования, L = 335 кДж/кг = 335 000 Дж/кг

4. Мощность электродвигателя привода вентилятора воздухоохладителя:

()

⋅−=

WWN

1ВО2ВОВО

(57)

где W

ВО1

, W

ВО2

– показания счетчика соответственно в момент включения и выключе-

ния электродвигателя вентилятора, кВт·ч.

τ – продолжительность замораживания, ч.

5. Мощность электродвигателя компрессора холодильной установки

()

⋅−=

WWN

1Х2ХХ

(58)

где W

Х1

, W

Х1

– показания счетчика электродвигателя холодильной установки соответ-

ственно в момент начала и окончания замораживания продукта, кВт·ч;

τ– продолжительность замораживания, ч.

6. Среднюю температуру воздуха в грузовом отсеке

и температуру контр. кусочка

находят в зависимости от средних значений температур:

t...ttt

n321

(59)

7. Суммарное аэродинамическое сопротивление поддерживающей решетки и слоя за-

мораживающегося продукта рассчитывают по зависимости:

ПРРЕШ

РРР

∆

(60)

где ∆Р

РЕШ

, ∆Р

ПР

– аэродинамическое сопротивление соответственно поддерживаю-

щей решетки и слоя продукта, Па.

8,9

РЕШ

Р ⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−=∆

(61)

8. Средняя величина полного давления воздушного потока в сечении А и сечении Б

Р...РРР

+++

(62)

Р...РРР

+++

(63)

9. Аэродинамическое сопротивление слоя замораживающегося продукта находят по

формуле:

(

)

8,9РРР

ВБ

ПР

⋅−=∆

(64)

Р...РРР

+++

(65)

10. Среднюю скорость воздушного потока в грузовом отсеке находят по формуле:

...

n321

ω+ω+ω+ω

=ω

(66)

Найденное значение w

средней скорости сравнить с оптимальной скоростью w

ОПТ

11. Удельный расход электроэнергии на 1 кг замораживаемого продукта

=α

(67)

ХВО

NNN

(68)

где G – масса продукта в грузовом отсеке, кг.

Отчет должен содержать исходные данные и цель работы, протокол с данными измере-

ний, обработку результатов, схему стенда для проведения испытания, сопоставление полу-

ченных удельных величин с данными для аналогичных аппаратов