Энергосбережение при домораживании садовых ягод

Замораживание таких ягод, как земляника садовая (клубника) и малина, желательно производить практически на месте сбора, так как они плохо переносят транспортировку и имеют минимальный срок хранения (до 5 суток) даже в охлажденном состоянии. Одним из препятствий для замораживания этих ягод в садоводческих хозяйствах является высокая энергозатратность интенсивного замораживания и отсутствие свободных электрических мощностей. Кроме того, малая длительность сезона сбора делает нерентабельной стационарную холодильную установку.


Альтернативным вариантом может быть передвижная холодильная установка на базе серийного 40 футового контейнера, в котором питание холодильного оборудования производится от стационарной энергетической установки — дизель генератора. Особенностью данной установки должна стать технология двух стадийного замораживания, при которой от 60 до 80 % теплоты отводится во флюидизационном аппарате малой интенсивности, а остальная часть в объеме кратковременного хранения — камере домораживания. При этом температура воздуха в обоих охлаждаемых объемах составит минус 20 °С.


Снижение энергетических затрат происходит не только за счет повышения температуры кипения хладагента в аппарате, но и уменьшения потребляемой мощности вентилятором, за счет уменьшения потерь давления воздуха и скорости его движения внутри аппарата так, как слой ягоды не флюидизируется, а лишь разбивается на отдельные составляющие. Целью данного решения является предотвращение слипания и повреждения мягкого поверхностного слоя клубники и, как следствие, поддержание требуемого уровня качества выпускаемого продукта. Разумеется, при использовании данного метода, возрастает нагрузка на воздухоохладитель, установленный в объеме хранения, так как он должен отвести оставшееся количество теплоты, но при этом с намного меньшей интенсивностью.


Для оценки предлагаемой технологии замораживания рассмотрен вариант участка для замораживания клубники производительностью 40 кг/ч (480 кг/сутки) и объемом хранения 3 тонны. Единовременная загрузка скороморозильного аппарата составляет 10 кг. Время обработки продукта в аппарате не должно превышать 15 минут, иначе не будет соблюдена требуемая производительность процесса замораживания. Малая производительность аппарата определяется использованием ручного труда в процессе технологической подготовки ягоды к замораживанию на месте выращивания и сбора, где автоматизирование или механизирование контроля, калибровки и загрузки ягод с экономической точки зрения бессмысленно.


При использовании стандартной технологии обработки [1], замораживание клубники производится при температуре воздуха в аппарате Тхл = -38 °С и скорости движения воздуха 8 м/с; при этом время обработки займет 700 секунд [2]. При этом начальная температура продукта принимается Тпр = +20 °С, а конечная среднеобъемная температура Тср об = -18 °С. Тепловая нагрузка на систему холодоснабжения от скороморозильного аппарата составит 17 кВт, от объема хранения 2,4 кВт. Груз хранится в камере упакованный в полиэтиленовых пакетах массой по 10 кг на стеллажах при температуре Тпм = -20 ° С. Для аппарата предлагается серийная теплообменная поверхность фирмы "Guntner" модель GCO N/9/12/12.0 [3], и радиальный вентилятор марки ВР 80-75 № 10 [4], потребляемая мощность вентилятора составляет 8,6 кВт. Для поддержания требуемой температуры в камере хранения устанавливается серийный воздухоохладитель фирмы "Guntner" модель GDF 030.1B/27-EN150.E [4]. Для реализации технологии замораживания продукции выбран вариант централизованной системы холодоснабжения, для получения требуемой температуры кипения Т0 = -48 °C используется цикл двухступенчатого сжатия. Для реализации выбранного схемного решения подбираются два поршневых полугерметичных компрессора фирмы "Bitzer" модель 6G-30.2(Y) и модель 4J-13.2(Y) [5] и воздушный конденсатор мощностью 36 кВт фирмы "Guntner" модель GVH 065.1Q/1L.


При использовании технологии двухстадийного замораживания предполагается, что граница промерзания мякоти ягоды (Ткр = -1 °С) по окончании первой стадии обработки находится на отметке радиусом 0,009 м. Среднеобъемная температура замороженной части, толщиной 0,0035 м оценена в минус 8,5 °С, а среднеобъемная температура охлажденной части ягоды +8 °С, при этом количество отведенной теплоты в аппарате составит 244,6 кДж/кг. Первая стадия обработки продукта в аппарате происходит при температуре воздуха в аппарате Тхл = -20 ° С и скорости его движения 2,4 м/с. В данном случае время первой стадии обработки составит 700 секунд [2]. Тепловая нагрузка на скороморозильный аппарат составляет 5,65 кВт. Для аппарата предлагается серийная теплообменная поверхность фирмы "Guntner" модель GCO N/4/12/121 [3] и осевой вентилятор марки 06-300-4С [4], потребляемая мощность вентилятора составляет 0,5 кВт. Вторая стадия замораживания реализуется в объеме хранения — камере домораживания. В камере поддерживается температура воздуха Тпм = -20 °С. Для интенсификации процесса отвода оставшегося количества теплоты от продукта используются стеллажи, в которых посредством специальной расстановки ящиков с продуктом, создается разреженный шаг полок. Оператор устанавливает стеллажи с продуктом напротив воздухоохладителей, расположенных в камере так, что соблюдается условие равномерного двухстороннего обдува продукта.


Расчет времени замораживания такой системы крайне затруднен, так как неоднородно не только температурное поле пакета, в котором расположен груз, но и единичной ягоды. При использовании формулы Планка для параллелепипеда [2] предполагалась эффективная теплопроводность λ = 0,8 Вт/(м-К), из расчета того, что теплопроводность не замороженной части продукта λ = 0,48 Вт/(м-К), а замороженной λ = 1,1 Вт/(м-К). Эффективная теплопроводность принималась как среднее значение двух этих величин. Количество отводимой теплоты от продукта в камере домораживания, согласно принятых допущений (при первой стадии обработки от продукта отведено 244,6 кДж/кг), составляет 154,6 кДж/кг. Время второй стадии обработки в таком случае составляет не более 7 часов, при скорости воздуха у поверхности продукта 3 м/с. Тепловая нагрузка на объем хранения в этом варианте составляет 5,8 кВт. В объеме хранения устанавливаются два серийных воздухоохладителя фирмы "Guntner" марки GHF 031.2D/27-ENV [3]. Для реализации технологии замораживания продукции выбран вариант централизованной системы холодоснабжения, для получения требуемой температуры кипения Т0 = -30 ° С используется цикл двухступенчатого сжатия. Для реализации выбранного схемного решения подбираются два поршневых полугерметичных компрессора фирмы "Bitzer" модель 4P-10.2(Y) и модель 4DC-7.2(Y) [5] и воздушный конденсатор мощностью 23,8 кВт фирмы "Guntner" модель GVH 05.1С/Ш [3].


Примерная стоимость монтажа и пуско-наладочных работ, поставки холодильного оборудования с учетом комплектации, арматуры и средств автоматизации, для традиционного варианта на 44 % выше по отношению к предлагаемому альтернативному варианту.


Таким образом, можно утверждать, что вариант двухстадийного замораживания позволяет снизить энергетические затраты на работу холодильной установки в целом не менее чем на 59 % (см. таблицу). Габаритные размеры скороморозильного аппарата практически не влияют на выбор объема передвижного транспортного средства. Минусами предлагаемого варианта являются необходимость двойной перегрузки продукта в объеме хранения и ограничение времени работы аппарата 16 часами в сутки для передвижных комплексов, или уменьшение грузового объема камеры хранения на 2—2,5 % для стационарных холодильников.


Таблица.jpg


Список литературы


1. Постольски Я., Груда З. Замораживание пищевых продуктов. Перевод с польского доктора техн. наук, проф. Заяса Ю. Ф., инж. Фельдмана И. Е.. — Москва Пищевая промышленность, 1978.


2. Бараненко А. В., Куцакова Е. В., Борзенко Е. И., Фролов С. В. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. — СПб.: Колосс, 2004.


3. Каталоги фирмы ''Guntner''.


4. Каталоги фирмы «Завод вентилятор».


5. Каталоги фирмы ''Bitzer''.

Теги: энергосбережение, домораживание ягод, Bitzer, Guntner Автор: Шилкин А. С.   |   24 Января 2014
Комментарии 0

Комментариев пока нет