Проект холодильной машины фруктохранилища емкостью 900т

1.Введение

Перед Первой мировой войной в России наблюдался стремительный рост числа и холодопроизводительности холодильных установок. В 1910 г. В стране насчитывалось 152 холодильные установки, а в 1913 г. Уже 343 установки. Мощности преимущественно были размещены в пищевой промышленности(90%), остальные 10% приходились на ледоделательные заводы, рестораны, магазины, гостиницы, химические производства и др. После окончания Гражданской войны в России начавшееся восстановление промышленности и сельского хозяйства, рост производства и потребления скоропортящихся продуктов привели к необходимости расширения холодильной базы. Начиная с 1930 г. Строительство холодильников в нашей стране развивалось быстрыми темпами. Во время Великой Отечественной войны 25% мощностей холодильников страны было выведено из строя, но на их восстановление потребовалось всего 3,5 года. Уже к 1 января 1949 г. Общая емкость холодильников достигла довоенного уровня. В последующие годы этот показатель неуклонно возрастал каждую пятилетку на 25-50% и более.  С годами совершенствовались строительные конструкции зданий холодильников, применялись все более эффективные теплоизоляционные материалы, что вело к снижению наружных теплопритоков. В современных , построенных в XXI в. Холодильниках высота камер достигает 40 м. Погрузочно-разгрузочные работы полностью автоматизированы. По оценке ВНИХИ, в 2020 г. холодом будет обрабатываться 100 млн т продовольственных ресурсов . Поэтому российский рынок техники низких температур является перспективным. Жизненно необходимо, чтобы на нем возросла доля отечественного оборудования. Российский рынок промышленного холода составляет около 1 млрд долл. США в год. По оценке как публикации, так и других  источников, сейчас оборудование, собранное в России из импортных комплектующих, составляет порядка 70% от общего объема продаж, из отечественных комплектующих - 10%, импорт полностью комплектного оборудования – 20%. В последние годы налаживается выпуск на территории России теплообменного оборудования. Сложнее с выпуском промышленных холодильных компрессоров. Для сокращения зависимости от импорта производство конкурентоспособных холодильных компрессоров, другого оборудования и материалов на территории России нужно расширять. Пути решения этой проблемы обозначены специалистами отраслей и учёными.

 

2.Технология термообработки, хранение, производства               продуктов

Физико-биологические процессы, происходящие в плодах и овощах в  послеуборочный период.

Плоды и овощи объединяют собой группу растительных продуктов, которую отличает большое содержание воды (75-95%) с растворенными в ней  сухими веществами : углеводами, органическими кислотами, витаминами, белковыми, дубильными и минеральными веществами. Вследствие этого они характеризуются высокой ферментативной активностью, низкой устойчивостью к фитопатогенными микроорганизмам и легкой потерей воды. После сбора урожая в плодах и овощах продолжаются физиолого-биохимические и микробиологические процессы. Направление и интенсивность указанных процессов зависит как от биологических функций, которые они выполняют в жизненном цикле вегетирующего растения, так и от условий окружающей среды. Созревание плодов сопровождается следующими изменениями: углеводы переходят в более простые соединения. Так, крахмал и др. полисахариды гидролизуется с образованием растворимых сахаров. Возможные сроки хранения плодов и ягод определяется в первую очередь степенью зрелости, при которой они убраны. Различают две стадии зрелости – съемную и физиологическую (потребительскую). Съемная стадия зрелости определяет пригодность для транспортировки на дальние расстояния и закладки на хранение, потребительская – пригодность для использования. К плодам, сбор которых проводят в стадии съемной степени зрелости, относят яблоки, груши, абрикосы, персики, хурму, бананы, помидоры и др. У некоторых плодов (виноград, вишня, арбузы, цитрусовые, фиговые, ананасы и др.) обе степени зрелости совпадают. Для определения оптимальных сроков сбора пользуются различными показателями зрелости: цвет, твердость, содержание общих растворимых веществ, кислотность, аромат и т.д. Биохимические процессы активизируются лишь спустя определенный для каждого вида и сорта период хранения. Окончание периода покоя характеризуется резким подъемом интенсивности дыхания и окислительно-восстановительных процессов, передвижением питательных веществ к ростовым точкам, биосинтезом новых пластических и физиологически активных веществ. Основным физиологическим процессом, продолжающимся в плодах и овощах после сбора, является дыхание. Интенсивность дыхания и связанных с ним обменных процессов зависит от температуры. Для выражения этой зависимости обычно пользуются температурным коэффициентом Q₁₀ , который показывает, во сколько раз увеличивается интенсивность дыхания при повышении температуры на 10^оС. Для большинства плодов и овощей зависимость интенсивности дыхания от температуры подчиняется закону Ванту – Гоффа Q₁₀=2. При повышении температуры до 40-45^оС интенсивность дыхания достигает максимума, после чего резко уменьшается из-за повреждения клеток и тканей. При понижении температуры интенсивность  дыхания также снижается, причем с приближением по закону Вант – Гоффа. Удельное количество тепла, приходящееся на 1 г выделившегося углекислого газа, составляет 10,7 кДж. Теплота дыхания плодов и овощей зависит от сорта, условий выращивания и физиологического состояния. Она изменяется в различные периоды хранения, что обусловлено в частности климатическим подъемом дыхания, например у яблок, груш, слив, персиков, томатов, или повышением интенсивности дыхания при окончании периода покоя у картофеля, лука, капусты. Другим не менее важным процессом, происходящим в плодах и овощах после сбора, является испарение влаги. Количество испарившейся влаги зависит от свойств плодов и овощей, их влагоудерживающей или испарительной способности. С испарением влаги связано не только снижение массы плодов и овощей, но и увядание, которое снижает способность к хранению, питательную ценность и ухудшает товарный вид продукции. Заметное увядание плодов наступает при потере 4-6% влаги, а ягод и листовых овощей, отличающихся слабым влагоудержанием, -при потере 1,5-2%. Чтобы затормозить физиолого-биохимические процессы, предотвратить развитие фитопатогенных микроорганизмов и уменьшить потери влаги, плоды и овощи после сбора надо быстро охлаждать. Предварительное охлаждение – первое и очень важное звено в общей цепи применения холода. Скорости охлаждения плодов и овощей зависят от их вида. Плоды и овощи, съемная зрелость которых совпадает с потребительской или наступает через сравнительно короткий период, должны охлаждаться в течение хранения. Плоды, достигающие потребительской зрелости в процессе длительного хранения, можно охлаждать в течение 20-24 ч. Плоды и овощи предварительно охлаждают в обычных камерах хранения при скорости движения воздуха 1-1,5 м/с и кратности воздухообмена 30-40 объемов в час, в специальных камерах предварительного охлаждения при скорости движения воздуха 3-4 м/с и кратности воздухообмена 60-100 объемов в час, в аппаратах воздушного охлаждения (чаще туннельного типа) при скорости движения воздуха до 5 м/с и кратности воздухообмена 100-150 объемов в час, ледяной водой в гидроохладителях, вакуум-испарительным охлаждением в специальных аппаратах. Наиболее эффективным является охлаждение в поточных, конвейерных аппаратах до загрузки плодов в холодильные камеры или транспортные средства. В транспортных средствах необходимо поддерживать наиболее благоприятную температуру в зависимости от вида продукции и продолжительности перевозки.

Технологический режим холодильного хранения.

 Хранение бывает краткосрочное (от нескольких дней до 1-2 мес) и длительное (от 2 до 10 мес). Режим холодильного хранения плодов и овощей представляют собой совокупность условий хранения. Прежде всего, это температура, относительная влажность, интенсивность циркуляции и вентиляции воздуха. Оптимальная температура холодильного хранения ограничивается криоскопической и критической температурами. Криоскопическая температура – это температура начала льдообразования в плодах. Температура от 0^оС до криоскопических принято называть близкриоскопическими, а ниже криоскопических – субкриоскопическими. Понижение температуры хранения ниже криоскопической приводит к подмораживанию плодов, в результате чего они теряют потрибительские и товарные качества, присущие свежим плодам. Функциональные расстройства, возникающие при температуре ниже критической, проявляются в поверхностном и внутреннем побурении плодов, в отмирании тканей и т.д. Цитрусовые, бананы, дыни, огурцы, томаты, картофель и др. из-за различного рода физиологических заболеваний хранят при температурах, значительно выше точки их замерзания. Влияние почвенно-климатических и агротехнических условий выращивания, степени зрелости, условий упаковки и перевозки сказывается не только на внешнем виде, структуре и вкусе, но и на продолжительности хранения. Относительная влажность воздуха при хранении плодов и овощей влияет на интенсивность испарения влаги и рост микроорганизмов. При хранении большинства плодов и овощей относительная влажность 90%. Для некоторых овощей, особенно легко увядающих (салат, сельдерей, петрушка, шпинат, укроп), относительная влажность выше 90%, а для лука и чеснока 75-80%. При высокой относительной влажности воздуха понижение температуры на 0,6-0,7 ^оС может вызвать выпадение конденсата на поверхности продукта, в результате чего увеличивается микробиальная порча. Допустимые отклонения температуры не должны превышать ±0,5 ^оС, а относительная влажность воздуха -±1-2%. Для поддержания в камерах хранения плодов температуры и относительной влажности воздуха необходимо кондиционирование. Установку кондиционирования воздуха рассчитывают на базе балансов тепла и влаги, которые составляют для режима стационарного длительного хранения на самый жаркий и самый холодный месяцы возможного периода хранения плодов. В камерах хранения плодов и овощей следует применить систему воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха. Циркуляция воздуха позволяет интенсифицировать теплообмен, что особенно важно для первоначального охлаждения продукции, а также способствует созданию равномерного температурно-влажностного поля в грузовом объеме камеры и в штабелях хранящихся плодов и удалению токсичных для растительных тканей летучих веществ, выделяемых при метаболизме. При воздушном охлаждении целесообразно применять воздухоохладители непосредственного охлаждения (с кипением холодильного агента). Они полнее отвечают требованиям технологии холодильного хранения плодов, так как позволяют регулировать температуру кипения холодильного агента в соответствии с оптимальным режимом хранения. Воздухоохладители с автоматическим управлением режимов работы располагают вне камер или в камерах на антресолях либо подвешивают к строительным конструкциям под потолком либо в верхней части стен. Расположение штабелей в камере не должно нарушать свободную циркуляцию воздуха. Для этого штабеля располагают перпендикулярно оси нагнетательного воздушного канала или грузового прохода. Через каждые два штабеля оставляют боковые проходы шириной 60-70 см, а между смежными ящиками – просветы 5-10 см для циркуляции воздуха. Между стеной и штабелем, а при наличии пристенных колони между ними и штабелем оставляют расстояние 30 см. Таким же должно быть расстояние между верхом штабеля и низом нагнетательного канала. Для обеспечения нормальной циркуляции воздуха высота штабеля должна быть одинаковой в любом месте камеры. Перепад температур воздуха камеры и холодильного агента должен быть не выше 3-4^оС в период хранения. При увеличении перепада температур до 8-10 ^оС влаговыделения увеличиваются на 25 %, в результате чего потери массы плодов возрастают на 25%. В воздухоохладителях воздух должен охлаждаться не более чем на 1,5-2 ^оС; температура воздуха, выходящего из воздухоохладителя или воздуховода, не должна быть ниже -2 ^оС в случае хранения яблок и груш, при хранении косточковых плодов – не ниже -1÷-2 ^оС. В противном случае возможно подмораживание плодов. Для удаления из воздуха летучих продуктов метаболизма необходима вентиляции камер. Периодичность вентиляции зависит от вида плодов. В первый месяц хранения камеры вентилируют два раза в неделю, а в последующем – один раз в неделю, а в а в последующем – один раз с кратностью 1-2 объема камеры в сутки. Подаваемый наружный воздух должен быть чистым, не зараженным микроорганизмами, лишенным запаха. Чтобы избежать конденсации влаги на поверхности продукта, его направляют в камеру через воздухоохладитель.  

 

3.Расчет площадей. Планировка холодильника (экспедиции)

3.1.Расчет площадей

Определение грузового объема V_гр (в м³) по формуле:

V_гр =

где : Е – условная емкость холодильника, т;

          g_v – норма загрузки, г/м³.

Определение грузовой площади камер F_гр (в м²) по формуле:

F_гр =

где h_гр – грузовая высота или высота штабеля, м

Определение строительной площади камер F_гр (в м²) по формуле:

F_стр =

где β_f – коэффициент использования строительной площади камер, учитывающий проходы и проезды в камерах, отступы от стен, колонн, оборудования, расстояния между штабелями, площадь, занимаемую колоннами и оборудованием.

Определение числа строительных прямоугольников по формуле:

n =

где f – строительная площадь одного прямоугольника, определяемая выбранной сеткой колон, м².

Определение действительной условной емкости холодильника Е_д (в т)  по формуле:

Е_д = Е ,

где n_д – принятое число строительных прямоугольников.

Определяем грузовой объем  камер хранения:

V_гр = = 2647 м³

Определяем грузовую площадь  камер:

F_гр = = 529,4 м²

Определяем строительную площадь камер:

F_стр = = 661,7 м²

Определяем число строительных прямоугольников:

n = = 9,

Определяем действительную условную емкость холодильника:

Е_д = 900  = 989 т

 

 

 

3.2.Планировка холодильника

Вспомогательные помещения             

Требование к планировкам.

Планировка должна:

а) Соответственно принятой схеме термообработки груза, уменьшая пути перевозки грузов, в пределах холодильника не допуская встречных грузовых потоков.

б) Обеспечивать экономичность  строительства и эксплуатации холодильника, для чего следует:

-  наиболее рационально  использовать площади холодильника  путем повышения коэффициента  использования площади каждой  камеры.

-     максимально  использовать местные строительства,  материалы.

-     выбирать размеры  и форму холодильника.

-   выделять камеры  с большой влажностью воздуха  и отдельные блоки от остальных  камер надежной гидроизоляцией

в) Соответственно принятой схемы охлаждения иметь необходимое  помещение для размещения оборудования.

г) Отвечать требованиям  правил охраны труда техники безопасности и пожарной безопасности.

д) Обеспечивать возможность расширения предприятия и поочередного ввода вместимости.

е) При планировке холодильника следует обращать внимание на предохранение  от вспучивания находящегося под  ним грунта, характеристику грунта.

4.Расчет теплоизоляции

4.1.Требования к строительно-изоляционным материалам и конструкциям холодильников.

Изоляционные материалы  должны обладать определенными свойствами:

а) Малым коэффициентом  теплопроводности, примерно в пределах =0,029-0,17 Вт (мК); материалы с большим  коэффициентом теплопроводности относят  к группе строительных материалов.

б) Малой объемной массой р=15-600 кг/м³

в) Незначительной гигроскопичностью  и влагоёмкостью.

г) Отсутствие запаха и особенности  к впитыванию посторонних запахов

д) Морозоустойчивостью

е) Огнестойкостью

ж) Стойкостью против поражения  грибниками и грызунов

з) Долгим сроком службы

Конструкции ограждений холодильных  камер.

Изоляционные конструкции  ограждений холодильника представляют собой компоновку из строительных, теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов. К изоляционным конструкциям холодильника предъявляют следующие требования:

а) Толщина изоляционного  слоя конструкции должна соответствовать  оптимальному значению коэффициента теплопередачи  ограждения при минимальной сумме затрат на эксплуатацию холодильной установки и на изоляцию.

б) тепловая изоляция должна быть надежно защищена от увлажнения.

в)строительно-изоляционная конструкция должна предусматривать непрерывность теплоизоляционного и гидроизоляционного слоев.

г) Изоляционный слой должен надежно крепиться к строительным конструкциям и должен быть защищен  от механических повреждений.

д) Теплоизоляционный слой должен быть защищен от грызунов.

Наружные стены холодильника состоят из наружного защитного  слоя, который одновременно может быть несущим, и внутреннего-теплоизоляционного. Наружный слой выполняется из сборных железобетонных панелей, панелей из стальных или алюминиевых профилированных листов, из кирпича или различных природных камней. Теплоизоляционный слой выполняют из эффектных теплоизоляционных плиточных материалов-пенопластов или жестких минераловатных плит. При строительстве применяют панели двух типов. Один из них поставляется с завода изолированными и на месте строительства требуется только изоляция их стыков, другие изолируют полностью после монтажа, что снижает их эффективность.

Применение сгораемых  или трудно сгораемых изоляционных материалов на битумной основе создает  пожарную опасность, поэтому в конструкциях в соответствии с существующими  противопожарными нормами должны быть предусмотрены противопожарные  пояса, разделяющие теплоизоляцию  на отсеки. Для противопожарных поясов применяют пенобетон, керамзитобетон, асбестоперлит и т.п.

Наружная стена состоит  из кирпичной кладки на цементном  растворе толщиной 380 см, трех слоев  цементной штукатурки по 20 мм и пароизоляции из двух слоев гидролиза на битумной мастике толщиной 4 мм. Конструкция внутренней стены аналогична. Перегородки для камер с одинаковыми температурами выполняются из пенобетона, который является одновременно строительным и изоляционным материалом. В зависимости  от расчетной толщины может состоять из одной или двух плит пенобетона, и цементной штукатурки двух или трех слоев.

Конструкция покрытия представляет собой (сверху вниз):

-  5 слоев гидроизола на битумной мастике толщиной 12 мм,

-  стяжка из бетона  по металлической сетке толщиной 40 мм

-  пароизоляции                                                                         1 м

-  засыпная теплоизоляция-керамзитовый гравий определяется

-  плитная теплоизоляция-пенопласт полистирольный –

марки ПБС-с                                                                        50(100) мм

железобетонная плита покрытия                                    35 мм

Конструкция пола (сверху вниз)

4.2.Расчет толщины теплоизоляции конструкций зданий холодильников.

Выбираю данные по учебнику и оформляю в таблицу.

 

 

Ограждение	Ко	αн	αв	λ
Наружная стена	0,4	23,3	9	0,047
Внутренняя стена	0,4	8	9	0,047
Перегородка	0,52	9	9	0,15
Покрытие	0,37	23,3	9	0,2
Пол	0,35	-	9	0,2