ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
ФЕДЕРАТИВНОЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ
МУРМАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедратехнологического и холодильного оборудования
Дисциплина:«Процессы и аппараты пищевых производств»
КУРСОВОЙПРОЕКТ
Тема:«Проектирование установки Н10-ИДЦ для горячего копчения рыбы»
Содержание
Задание на проектирование
Введение
Описание технологической схемы установки
Технологический расчет аппарата
Уточнение характеристик рециркуляционного и вытяжноговентиляторов
Правила и мероприятия по обеспечению техники безопасности
Список использованной литературы
Задание напроектирование
Задание IX. Определить расход тепла в установкегорячего копчения рыбы Н10-ИДЦ и уточнить характеристики рециркуляционного ивытяжного вентиляторов. Масса транспортных устройств Мт = 400 кг, масса металлических частей камеры, входящих в контакт с сушильным агентом, Мм = 4000 кг, поверхность камеры, соприкасающейся с воздухом цеха, F = 40 м², отношение количества смешиваемого дыма к рециркулируемой дымовоздушной смеси ηg =lg/(lp+l) = 1/4. Температура рыбы в конце первого режима подсушки tp1 = 40 °C, в конце второго
85 °C. Вид рыбы – ставрида с начальнойвлажностью W 1 = 70 %.
Исходные данные (Вариант6).
Первый режим:
Gp 1 = 690 кг;
Xп = 3 %;
t0 = 25 °C;
φ0 = 75 %;
τц1 = 1800 с;
Vp = 3,2 м³/с;
t2 = 52 °C;
X2 = 0,028 кг/кг;
V0 = 0,56 м³/с;
tм1 = 80 °C;
tp1 = 40 °C.
Второй режим:
Xп = 28 %;
t0 = 25 °C;
φ0 = 75 %;
τц2 = 7200 с;
t2 = 92 °C;
t’1 = 100 °C;
X’см = 0,036 кг/кг;
tg = 56 °C;
Xg = 0,074 кг/кг;
tp2 = 85 °C.
Здесь:
Gp1 — единовременнаязагрузка камеры рыбой;
Xп — потери на общуюмассу рыбы;
t0,φ0 — температураи влажность свежего воздуха;
τц –продолжительность режима;
Vp — секундный расходрециркулируемого воздуха;
Xg,tg — температура ивлагосодержание свежей дымовоздушной смеси после дымогенератора;
t2, X2 – температура ивлагосодержание воздуха или дымовоздушной смеси при выходе из установки;
V0 — секундный расходсвежего воздуха;
t’1,X’см – температура ивлагосодержание дымовоздушной смеси, полученной в результате смешения свежейдымовоздушной смеси после дымогенератора;
tм1 — температуравнутренних металлических частей камеры перед первым режимом;
tp1 — температура рыбы вконце первого режима подсушки;
tp2 — температура рыбы вконце второго режима подсушки.
Введение
Копчение — процессобработки пищевых продуктов дымовоздушной смесью с целью достижениябактериального и антиокислительного эффектов. При этом их поверхностиокрашиваются в золотисто–коричневые цвета, а сами продукты приобретаютспецифический приятный вкус и аромат копчения.
С давних времен людииспользуют копчение, как способ консервации продукта в аккорде с приданием емуособенно ароматного запаха и замечательного вкуса. Как впервые были полученыкопченое мясо или рыба никому не известно, но вместе с тем, это не былослучайностью по той простой причине, что процесс этот продолжительный и требуетналичия определенных знаний.
В зависимости оттемпературы различают копчение холодное, горячее и полугорячее.
Холодное, горячеекопчение – способы консервирования, при которых происходит ряд сложныхпроцессов. Холодное копчение ведется при температуре не выше 40 C°, горячеекопчение осуществляется при температуре от 80 до 180 C°, а полугорячее при температуреот 50 до 80 C°.
Положительные стороныкопчения хорошо известны: с помощью этого широко распространенноготехнологического приема при изготовлении разнообразной продукции из рыбыполучают не только продукты, обладающие особыми привлекательными вкусовымисвойствами, но и изделия которым присуща повышенная устойчивость кокислительным и микробиальным изменениям при хранении. Этот процесснепродолжительный, заканчивающийся по достижении рыбой кулинарной готовности.Он длится от 1,5 до 6 часов при температурах, обеспечивающих стерильностьпродукта.
Процесс горячего копченияразбивается обычно на три стадии: подсушивание, проварка, копчение. Основнаяцель подсушивания заключается />в том, чтобы частично удалитьвлагу из рыбы. В этот период температуру в коптильной камере поддерживаютравной 80 °C (Т = 333 – 353 К), проваркой достигается доведение мяса рыбыдо полной готовности к употреблению в пищу (Т = 373 – 423 К). При собственнокопчении происходит осаждение коптильных компонентов дыма на поверхность рыбы иих диффузия внутрь мышечных тканей.
Процесс обезвоживаниярыбы при холодном и горячим копчении является определяющим попродолжительности. Свойства дымовоздушной смеси из-за небольшой концентрациидыма в ней приближается к свойствам воздуха.
В качестве рабочегоагента при конвективном обезвоживании в рыбной промышленности применяютсяатмосферный воздух и дымовые газы. Атмосферный воздух является смесью сухоговоздуха и водяного пара. Свойства влажного воздуха или дымовоздушной смеси каксушильного агента определяются такими параметрами, как абсолютная иотносительная влажность, влагосодержание, температура, теплосодержание и др.
Абсолютной влажностьювоздуха называется масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха.
Относительной влажностьюназывается отношение абсолютной влажности при данной температуре к максимальновозможной массе пара, которая может содержаться в 1 м³ воздуха при этой же температуре.
Описание технологическойсхемы установки
Установка центробежнаяН10-ИДЦ предназначена для горячего копчения разделанных и неразделанных рыбдлиной 1200 мм и толщиной 120мм.
В данной установкеимеются камера, ротор, клети с рыбой, вентилятор циркуляционный, вентиляторвыброса, дымогенератор. Отличительной особенностью данной установки являетсято, что в ней используется один ротор. Тележки не подвешиваются на монорельс, азакатываются, на ротор с помощью колес. Применяются режимы с повышеннымитемпературами.
Полный цикл работыустановки включает три режима: 1 – подсушка, 2 – проварка и копчение, 3 –охлаждение. Поддержание режимов и контроль параметров осуществляетсяавтоматически.
Продолжительность итемпературные режимы обычно устанавливает лаборатория в зависимости от видарыбы, ее размеров и жирности.
В режиме подсушки воздухиз камеры 8 отсасывается вентиляторами регуляции 4, нагревается калорифером 3 ивновь подается в камеру 8 через дымовод 12. Температура воздуха поддерживаетсяв пределах от 30 до 80 C° в течение 30 минут. в зависимости от вида и размерарыбы. После того как температура воздуха достигнет заданного режима, включаетсявентилятор выброса воздуха в атмосферу.
Количество выбрасываемоговоздуха регулируется заслонкой 7. Температура воздуха регулируется изменениеммощности электрокалорифера и заслонкой 7.
Количество выбрасываемоговоздуха регулируется заслонкой 7. Температура воздуха регулируется изменениеммощности электрокалорифера и заслонкой 7.
По окончании режимаподсушки автоматически включается режим 2, при котором параметры дымовоздушнойсмеси поддерживаются в пределах от 80 до 140 C°.
Заслонка 1 автоматическиоткрывается, как только температура дымогенератора достигает заданной величины,и дым поступает в камеру 8. Часть отработавшей дымовоздушной смеси (около 30 %)выбрасывается в атмосферу вентилятором выбросов, остальное подается нарециркуляцию.
По достижении температурыв теле не менее 75 C° 2-й режим завершается. При этом происходит автоматическоеотключение калорифера 3. Выключение вентилятора выброса 6. Заслонка выброса приохлаждении полностью открыта. Заслонка 1 автоматически перекрывает подачу дымав камеру 8. Дымогенератор 2 отключается. Охлаждение ведется до температуры 45градусов. По окончании режима 3 происходит автоматическое отключение ротора 10,вентиляторов 4,6 и подается звуковой сигнал, который отключается кнопкой «конецпрограммы».
Регулирование режимовможет осуществляться вручную.
Свежий воздух поступает вкамеру через неплотности в дверных проемах и заслонке 1. Однако клети с рыбойобладают определенным сопротивлением, поэтому можно предположить что большаячасть свежего воздуха засасывается регуляционным вентилятором.
/>
1 – камера смешениясвежего и рециркуляционного воздуха;
2 – электрокалорифер длянагрева смеси
воздуха и дыма; 3 –камера сушки (копчения).
Рисунок 3 – схема сушкидля 1-ого режима.
Для второго периода схемапри копчении выглядит следующим образом (рисунок 4).
/>
1 – смешениерециркулируемой дымовоздушной смеси с воздухом, поступившим в камеру черезнеплотности; 2 – электрокалорифер; 3 – камера смешения с дымовоздушной смесьюдымогенератора; 4 – камера копчения.
Рисунок 4 – Схема сушкидля 2-ого режима.
Процесс сушки для первогопериода представлен в У-х–диаграмме
/>
Отрезок АС – смешениесвежего и регуляционного воздуха;
ВД – нагрев в калорифере;
ДС – процесс сушки втеоретической сушилке;
ДС’ – процесс сушки вдействительной сушилке.
Рисунок 5 – Процесс сушкидля первого периода.
В камере Н10-ИДЦ процесссушки не идет по линии У = const, так как имеют место потери вокружающую среду.
Аналогично и во второмпериоде действительный процесс сушки отличается от теоретического .
1.Технологическийрасчет аппарата
Целью расчета являетсяуточнение расхода тепловой энергии на процесс при заданной производительности иконкретном видовом составе рыбы.
Расчет установки приработе ее в 1-м режиме.
Для определения расходатепла на процесс необходимо построить процесс на У-х–диаграмме.
Первоначально определимXсм — влагосодержание смеси свежего рециркуляционного воздуха:
Xсм = (V0X0 + VрX2 )/( V0 + Vр), (1.1)
где V0 — секундный расходсвежего воздуха;
X0 — влагосодержаниесвежего воздуха (его находим по
У-х–диаграмме);
Vр — секундный расходрециркулируемого воздуха;
X2 — влагосодержаниевоздуха или дымовоздушной смеси при выходе из установки.
На У-х–диаграмму(рисунок 5) наносим точки А и С и соединяем их отрезком АС. Пересечение отрезкас линией Xсм характеризуется точкой В (Усм = 110 кДж/кг; tсм = 47°C).
Для нахождения точки Д –параметров воздуха после калорифера, необходимо найти отношение Δ/l,отложить в масштабе отрезок соответствующий Δ/l от точки С вверх (приΔ/l отрицательном) по линии X = const. Получим точку С1 параметры воздухана выходе из камеры в случае теоретической сушилки. Пересечение линии
У = const, проходящей через точку С1, илинии Xсм = const, проходящей через точку В, даст точку Д – параметры воздухапосле калорифера.
Перед первым режимомметаллические части камеры разогревают до 80 °C. Тогда внутренний тепловойбаланс камеры будет выглядеть следующим образом:
Δ = qст + Cвtр1 — (qм + qт + qп), (1.2)
где qм = [((Gp1 – Wц1)/τц1) (C2 (tр2 — tр1))]/W1, (1.3)
qт = ((Σ Мт)/τц1) Cт (tт2 — tт1)/W1, (1.4)
qп = Qп/ W1 =[Fα(tст — tв) ]/W1, (1.5)
qст = (Мм / τц1 )[Cт(tм1 — tм2)]/W1, (1.6)
Cв = 4180 кДж/(кгC°)теплоемкость воды;
tр1 = 40 °C — температура рыбы в конце первого режима подсушки;
Gp1 = 690 кг –единовременная загрузка рыбы в камеру;
Wц1 – количество влаги,удаляемое в первом режиме, считается по формуле
Wц1 = Gp1·Xⁿ1, (1.7)
где Мт = 400 – массаметаллических частей клетей с рыбой;
Xⁿ1 = 0,03 — потерина общую массу рыбы в первом режиме;
τц1 = 1800 с –продолжительность 1-ого режима;
tр2 = 85 °C – температура рыбы в конце 1-ого режима;
C2 — теплопроводностьрыбы (3,0-3,6 кДж/(кг∙C°));
Cт = 480 Дж/(кг∙C°)– теплоемкость металла;
tт2 — конечнаятемпература металлических частей клетей;
tт1 — начальнаятемпература металлических частей клетей;
W1 — производительностькамеры по испаренной влаге, рассчитывается по формуле
W1 = Wц1 /τц1 (1.8)
F = 40 м² поверхность камеры;
α – коэффициенттеплоотдачи от стенки камеры к наружному воздуху, рассчитывается по формуле
α = 9,76 + 0,07(tст — tв), (1.9)
где tст = 52 °C –температура поверхности изоляции в 1-м режиме;
tв = 25 °C – температуравоздуха в помещении цеха;
qст – дополнительныйрасход тепла от металлических частей камеры;
Мм = 4000 – массаметаллических частей камеры;
tм1 = 80 °C – температураразогретых металлических частей камеры перед началом 1-ого режима;
tм2 — температураразогретых металлических частей камеры в конце
1-ого режима;
Расчет
Xсм = (0,015· 0,56 + 3,2· 0,028)/(3,2 + 0,56) = 0,026 кг/кг;
Wц1 = 690 · 0,03 = 20,7кг;
W1 = 20,7/1800 = 0, 0115кг/с;
α = 9,76 + 0,07(52 — 25) = 11,65 Вт/(м²C°);
qм = [((690 – 20,7)/1800)(3500(85– 40))]/0,0115 = 5092500 Дж/кг;
qт = (400/1800)480(52 — 25)/0,0115 = 250435 Дж/кг;
qп = 40 · 11,65(52 — 25)/0,0115= 109408,7 Дж/кг;
qст = (4000/1800)480(80-52)/0,0115 = 2597101 Дж/кг;
Cвtр1 = 40·4180 = 167200Дж/кг;
Δ=167200+2597101-(5092500+250435+109408,7)=-2688,043кДж/кг;
l = 1/( X2 — X0), (1.10)
l = 1/(0,028 – 0,015) = 77кг/кг;
Отношение Δ/l = 34,9кДж/кг;
Откладываем на У-х–диаграммеотрезок СС1, соответствующий Δ/l, и через точку С проводим линию У =const до пересечения с линией
Xсм = const, в местепересечения линий получаем точку
Д – параметры воздухапосле калорифера (У1 = 145 кДж/кг;
t1 = 77 °C).
Найдем степеньрециркуляции воздуха
n = Xсм – X0/ X2 – Xсм, (1.11)
qк = l (n + 1)(У1-Усм), (1.12)
Qк – расход тепла нанагрев и испарение влаги из рыбы, рассчитывается по формуле
Qк = qк ∙ W1 (1.13)
n = 0,026 – 0,015/(0,028– 0,026) = 5,5;
qк = 77∙(5,5 +1)(145- 110) = 17517,5 кДж/кг;
Qк = 17517,5 0,0115 = 201,45кВт.
Установленная мощностьнагревателей Nц = 135 кВт. Таким образом расход тепловой энергии в первомрежиме меньше установленной мощности.
Расчет установки приработе во втором режиме.
Для того, чтобы найтирасход тепла во втором режиме, необходимо так же как и в первом режиме, найти У1и Усм.
Нанесем на У-х–диаграммупараметры дыма после дымогенератора (точка Д’’) и дымовоздушной смеси на входев камеру копчения (точка Д’). Соединим эти точки линией (рисунок 6). Отложим наполученной прямой отрезок Д’’ Д, равный ¼ отрезка Д’’ Д’. Параметрыточки Д:
Ук = 210 кДж/кг; t1 = 115 °C; Xсм =0,034 кг/кг.
Определим внутреннийтепловой баланс камеры по формуле
Δ = Cвtр2 — (qм + qт+ qп + qст) (1.14)
В правой части уравнениявнутреннего теплового баланса для второго режима температура стенок камерыменьше температуры дымовоздушной смеси, поэтому в отличие от первого режиматребуется тепло qст на подогрев стенок камеры до средней температурыдымовоздушной смеси, циркулирующей в ней.
qм = [((Gp 1 – Wц1 — W2)/ τц2) (C2 (tр2 — tр1))]/W2; (1.15)
qт = ((Σ Мт)/τц2) Cт (tт2 — tт1)/W2; (1.16)
qп = Qп/ W2 =[Fα(tст — tв) ]/W2; (1.17)
qст = (Мм / τц2 )[Cт(tм2 – tм1)]/W2; (1.18)
Cв — теплоемкость воды;
tр1 = 40 °C — температура рыбы в конце первого режима подсушки;
Gp1 = 680 кг – единовременная загрузка рыбы в камеру;
Wц2 = 183,6 кг – количество влаги, удаляемое во втором режиме, определяется по формуле
Wц2 = Gp1·Xⁿ2, (1.19)
где Xⁿ2 = 0,27 — потерина общую массу рыбы во втором режиме;
τц2 = 7000 с –продолжительность 2-ого режима;
C2 — теплопроводностьрыбы (3,0-3,6 кДж/(кг∙C°));
где Мт = 400 – массаметаллических частей клетей с рыбой;
Cт = 480 Дж/(кг∙C°)– теплоемкость металла;
tт2 — конечнаятемпература металлических частей клетей, рассчитывается по формуле
tт2 = (t’1 + t2)/2 (1.20)
tт1 — начальнаятемпература металлических частей клетей;
W2 = Wц2 /τц2 =0,0268 кг/с — производительность камеры по испаренной влаге;
F = 40 м² поверхность камеры;
α = 9,76 + 0,07(tст — tв), (1.9)
tст = 82 °C – температура поверхности изоляции во 2-м режиме;
tв = 20 °C – температура воздуха в помещении цеха;
qст – дополнительныйрасход тепла от металлических частей камеры;
Мм = 4000 – массаметаллических частей камеры;
Расчет
Wц2 = 690·0,28 = 193,2кг;
tт2 = (100 + 92)/2 = 96°C;
qм =[((690 – 20,7 –193,2)/7200)(3500(85 — 40))]/0,0268= 387873,1 Дж/кг;
qт = (400/7200)·480(96 — 52)/ 0,0268 = 43343,3 Дж/кг;
qп = 40 · 11,65(52 — 25)/0,0268 = 469477,6 Дж/кг;
qст = (4000/7200)480(80-52)/0,0268 = 275820,9 Дж/кг;
Cвtр2 = 85·4180 = 355300Дж/кг;
Δ=355300–(387873,1+43343,3+469477,6+275820,9)=-821,2кДж/кг;
Продолжим построениепроцесса на У-х–диаграмме. Из точки Д’ проведемвниз линию X = const. На этой линии возьмем произвольную точку f и через нее проведем отрезок,перпендикулярный этой линии, до пересечения сУ = const,проходящей через точку Д’. Точку пересечения обозначим l. Отрезок fl равен 20 мм. Отложим вниз (Δ
lε = lf Δ Mx/My, (1.21)
где Mx и My — масштабные коэффициенты диаграммы.
lε = 20 · 821,2 · (0,45 10 ³/0,57).
Пересечение линии Д’Е сизотермой, равной t2 = 94 °C, дает точку
С – параметрыдымовоздушной смеси на выходе из камеры,
X2 = 0,048 кг/кг.
Соединив точку С с точкойА (t0 = 25 °C; φ0 = 75 %), получим линию процесса смешения воздуха сдымовоздушной смесью перед калорифером.
l = 1/( X2 — X0), (1.10)
l = 1/(0,048 – 0,0115) = 27,4кг/кг;
Пересечение отрезка АС слинией X = const, проходящей через точку Д, дает точку В – параметры воздуха навходе в калорифер
(Усм = 152кДж/кг; t1 = 67 °C; Xсм = 0,032).
n = Xсм – X0/ X2 – Xсм =0,032 – 0,0115/(0,048 – 0,032) ≈ 1.3
Расход циркулируемойсмеси на калорифер рассчитываем по формулам
lсм = (l + ln), (1.11)
qк2 = lсм (У1— Усм), (1.12)
Qк = qк2 W2, (1.13)
Тогда
lсм = 27,4 + 27,4·1,3 = 63кг/кг;
qк2 = 63 (210 — 152) = 3654кДж/кг;
Qк = 3654 · 0, 0268= 97,9кВт.
Таким образом расходтепловой энергии во 2-ом режиме меньше установленной мощности.
2.Уточнениехарактеристик рециркуляционного и вытяжного вентиляторов
Расход воздуха или дымовоздушнойсмеси на циркуляцию:
Lp = li (ni + 1)Wi, (2.1)
где Wi — производительность по испаренной влаге в
каждом режиме (i=1, i=2);
ni — степень рециркуляциив каждом режиме.
Расход воздуха илидымовоздушной смеси на циркуляцию в первом режиме:
Lp1 = 77 · (5,5 + 1) ·0,0115 = 5,75 кг/с;
во втором режиме:
Lp2 = 27,4 · (1,3+1) 0,0268= 1,69 кг/с.
Производительностьвытяжного вентилятора в режиме I:
Lв1 = l W1, (2.2)
Lв1 = 77 · 0,0115 = 0,88кг/с.
Производительностьвытяжного вентилятора в режиме II:
Lв2 = l1 W1 + nglp2, (2.3)
где ng – степень смешивания дыма сдымовоздушной смесью.
Lв2 = 27,4 0,0268 + 2,56/4 = 1,37кг/с.
Объемный расход воздухаили дымовоздушной смеси :
Vi = ρсв (1 + x) Li, (2.4)
где ρсв – плотностьсухого воздуха, кг/м³;
x – влагосодержаниесухого воздуха;
Li — расход сухого воздуха в каждом изрежимов на циркуляцию или вытяжку;
Объемный расход воздуха врежиме I:
V1 = 1,2047 (1 + 0,028) 5,75=7,12 м³/с;
Объемный расход воздуха врежиме II:
V2 = 1,2047 (1 + 0,048) 1,69= 2,13 м³/с.
3. Правилаи мероприятия по обеспечению техники безопасности
На установке могутработать люди, сдавшие необходимый технический минимум по устройству иэксплуатации установки и прошедшие инструктаж по технике безопасности.
Перед началом работынеобходимо проверить:
· заземлениеэлектрооборудования установки;
· натяжениеприводных ремней и цепей;
· наличие защитныхкожухов на вращающихся частях привода;
· наличие иисправность контрольно-измерительных приборов;
· исходноеположение переключателей в шкафу электрооборудования;
· надежностьфиксации клетей с решетами на роторе.
Клети следует загружатьрешетами с рыбой равномерно во избежание дисбаланса при вращении.
Меры предосторожности приработе на установке:
· не открыватьдверь камеры;
· не производитьрегулировку натяжения приводных ремней и цепей до полной остановки привода;
Для предупреждениявозгорания смолы в дымоводах и камере необходимо соблюдать график санитарнойобработки установки, а так же следить за исправным состоянием электропривода,электроприборов, электронагревателей и электропроводки.
Запрещается:
· работать нанеисправной установке;
· устранятьнеисправности и производить ремонт во время работы установки;
· работать наустановке, если защитные кожухи привода отсутствуют или временно сняты;
· устранятьнеисправности электрооборудования под напряжением;
· загромождатьпроходы около установки посторонними предметами;
· оставлятьработающую установку без присмотра.
При проведении санитарнойобработки не заливать водой двигатели и приборы. Необходимо обеспечить людей,производящих санитарную, обработку спецодеждой.
Списокиспользованной литературы
1.Борисов Г.С., Брыков В.П. Основные процессы и аппаратыхимической технологии: Пособие по проектированию – М.: Химия, 1991. – 496 с.
2. Домашнев А.Д. Конструирование и расчет химическихаппаратов. – М.: Машгиз, 1961 – 624 с.
3. Ершов А.М. – Процессы и аппараты пищевых производств.Методические указания к курсовому проектированию — Мурманск: 1991 – 122с.
4. Кувшинский М.Н. Курсовое проектирование по редмету
«Процессы и аппараты химической промышленности»:
Учеб. пособие для техникумов. – 2-е изд., М.: Высш. шк.,
1980 – 223 с.
5. Леванидов И.П. Технология соленых, копченых вяленныхрыбных продуктов — М.: 1987 – 160 с.
6. Могилевский И.М. Комплексная механизация копчения мелкойрыбы — М.: 1982 – 88 с.