Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Энергоэффективность холодильных предприятий 10
1.1. Энергоэффективность ограждающих конструкций охлаждаемых помещений 10
1.2. Анализ краткосрочного хранения мороженого мяса на холодильных предприятиях . 19
1.3. Холодильное хранение и переработка луковых овощей 29
Глава 2. Методика и техника проведения исследований... 43
2.1. Программа проведения исследований 43
2.2. Лучистый теплообмен от ограждающих конструкций холодильных камер при наличии теплоотражающего экрана и его отсутствии 45
2.3. Энергоэффективности камер низкотемпературного хранения мяса 51
2.4.Трибоэлектризация замороженных и диспергированных компонентов луковых овощей 56
Глава 3. Результаты исследований 60
3.1. Краткосрочное хранение мороженого мяса при повышенном грузообороте 60
3.2. Энергоэффективность экранирования ограждающих конструкций. 61
3.3. Удельный расход холода при хранения мороженого мяса в реструктуризированных холодильных камерах 66
3.4. Исследование и оценка энергоэффективности хранения мороженого мяса в реструктуризированных холодильных камерах 68
3.5. Оценка себестоимости хранения мороженого мяса при реструктуризации холодильных камер 72
3.6. Математическая модель процесса домораживания мясных изделий плоской формы 76
3.7 Влияние низких температур на величину триборазрядов замороженных и диспергированных луковых овощей 81
Глава 4. Направления использования результатов исследований с целью повышения энергоэффективности холодильных объектов 90
4.1 Ограждающие экранированные конструкции холодильных камер и низкотемпературные трубопроводы с теплоотражающнм покрытием 90
4.2. Плоскооребренные приборы охлаждения 98
4.3 Приборы охлаждения и вспомогательные аппараты с использованием электроконвекции 105
Основные результаты и выводы 115
Список литературы 117
Приложения ~ 133
- Анализ краткосрочного хранения мороженого мяса на холодильных предприятиях
- Лучистый теплообмен от ограждающих конструкций холодильных камер при наличии теплоотражающего экрана и его отсутствии
- Удельный расход холода при хранения мороженого мяса в реструктуризированных холодильных камерах
- Приборы охлаждения и вспомогательные аппараты с использованием электроконвекции
Введение к работе
Распределительные холодильники, хладокомбинаты и производственные холодильники мясоперерабатывающих предприятий Российской Федерации относятся к энергоемким производствам. На выработку холода и эксплуатацию холодильных систем расходуется около половины потребляемой предприятиями электроэнергии, а в летний период она достигает 60 % от общего его расхода. Кроме того, на системы холодоснабжения предприятий приходится 25-35 % потребляемой мясоперерабатывающими предприятиями воды.
В настоящее время Международным институтом холода поставлена задача по снижению потребления электроэнергии холодильными системами к 2020 г. на 30- 50% по сравнению с 2000 г.
Россия располагает холодильными ёмкостями более 5 млн.т., что позволяет одновременно складировать до 12 % годового объёма продукции сельского хозяйства и перерабатывающих отраслей пищевой промышленности, но при этом значительную часть продукции обрабатывают и хранят по устаревшим энергозатратным технологиям.
Переход России на рыночные экономические отношения привел также к необходимости пересмотра холодильной цепи, сложившейся в период планово-распределительной экономики, когда предприятия по переработке, хранению и реализации продуктов животноводства были построены с учетом единовременного их поступления и хранения в значительном количестве, в период сезонной заготовки животноводческого сырья.
Для современных условий работы холодильных предприятий и предприятий торговли характерно неритмичное поступление продукции и краткосрочное ее хранение малыми партиями, вызывающее повышенный грузооборот и низкий уровень использования холодильных емкостей (25-30%), что ведет к возрастанию энергопотребления и повышению себестоимости продукции.
Кроме того, создано много малых предприятий по переработке и хранению сельскохозяйственной продукции, в том числе мясных, с собственными холодильными ёмкостями. В результате этого снизились поступления мяса на
крупные холодильники, проектные решения которых при существующей технической базе и низкой загрузке оказались неэффективными.
Необходимо также учитывать, что вступление России во Всемирную торговую организацию потребует от предприятий отрасли соблюдения международных технических стандартов в области энергоэффективности и охраны окружающей среды.
В связи с этим возникла необходимость в научном обосновании новых технических решений для отрасли. К таким решениям в условиях повышенного грузооборота, сокращающим сроки хранения замороженного мяса с 6-12 до 1-3 месяцев, прежде всего следует отнести повышение температуры хранения с -18 С до - 8 С, что снизит энергопотребление и улучшит технико-экономические показатели хранения грузов холодильных систем, совершенствование существующих ограждающих конструкций, за счет снижения лучистого теплообмена, приводящего к повышению температуры поверхности продукта и увеличению разности температур между продуктом и воздушной средой
Повышенное энергопотребление характеризуется также несовершенством теплоизоляции хладотрубо проводов, неэффективной работой основных и вспомогательных холодильных аппаратов.
Следует учитывать, что на многих хладокомбинатах организованы цеха по производству колбасных изделий, одним из основных компонентов которых являются скоропортящиеся луковые овощи (чеснок, лук). Для их переработки и хранения следует применять современные холодильные технологии, обеспечивающие снижение потерь продукции и сохранение её качества.
Важнейший вклад в рассматриваемых направлениях сделали Афанасов Э.Э., Бражников A.M., Выгодин В.А., Головкин Н.А., Дебирасулаев М.А., Журавская Н.К., Кузьмин М.П., Колодязная B.C., Михеев М.А., Писемская В.Н., Орловский В.М., Рогов И.А., Рютов Д.Г., Тихонов Б.С., Чижов Б.Г., Шеф-фер А.П., Планк Р. и др. Решение перечисленных выше проблем в условиях роста тарифов на топливно-энергетические ресурсы вызывает необходимость
реструктуризации камер низкотемпературного хранения мяса в условиях повышенного грузооборота с оценкой их энергопотребления и разработки мероприятий по снижению энергопотребления, что является актуальным направлением.
Цель работы. Совершенствование процессов и аппаратов при краткосрочном хранении мяса в условиях повышенного грузооборота за счёт повышения эффективности ограждающих конструкций и реструктуризации камер низкотемпературного хранения с оценкой их энергоёмкости.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.
Ї. Разработать методику и стенд по исследованию лучистого теплообмена от ограждающих конструкций.
Выявить влияние на лучистый теплообмен разности температур и степени черноты ограждающих конструкций и экрана, установить зависимости приведённой степени черноты теплообмен и вающихся поверхностей от степени загрузки камер.
Дать оценку энергоэффективности экранирования ограждающих конструкций и разработать конструктивные решения по их совершенствованию за счёт использования экранов с теплоотражающим покрытием.
Обосновать рациональные решения реструктуризации холодильных камер низкотемпературного хранения мяса промышленных холодильников на камеры малой вместимости для условий повышенного грузооборота.
Разработать методику оценки энергоёмкости работы камер низкотемпературного хранения мяса.
Провести исследования энергоемкости хранения мороженого мяса в реструктуризированных холодильных объектах в условиях повышенного грузооборота при характерных температурных режимах tK = -8С; -12С; -18С и tH-B = -5С; +5С; +15С (соответственно близких средним температурам наружного воздуха для средней по-
лосы России в зимний период, в среднем за год, и для самого тёплого месяца года). Оценить основные факторы, влияющие на энергопотребление и себестоимость хранения мороженого мяса.
Разработать математическую модель домораживания мясных изделий плоской формы.
Выполнить экспериментальные исследования процесса трибоэлек-тризации диспергированных замороженных луковых овощей в широком диапазоне низких температур, обосновать рациональную температурную область их криоэлектросепарации с целью использования в качестве наполнителей в производстве колбасных изделий на хладокомбинатах, и разработать принципы конструктивного оформления криоэлектросепаратора.
9. Разработать технические решения по совершенствованию приборов
охлаждения и вспомогательных аппаратов холодильной системы.
Научная новизна.
Разработана методика теплотехнического анализа эффективности экранирования ограждающих конструкций холодильных камер. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования эффективности использования экранов с теплоотражающим покрытием, в холодильных камерах. Установлено значительное снижение лучистого теплообмена по сравнению с неэкранированными ограждениями.
Разработана методика оценки энергоёмкости низкотемпературного хранения мяса в реструктуризированных камерах, определена его энергоёмкость. Получены математические зависимости для научного обоснования резервов экономии энергоресурсов при хранении мороженого неупакованного мяса для рассмотренных температурных режимов в зависимости от степени загрузки камер.
Разработана математическая модель процесса домораживания мясных изделий плоской формы.
На основании результатов экспериментальных исследований процесса трибоэлектризации замороженных и диспергированных компонентов луковых овощей установлена рациональная температурная область их криоэлектросепарации с целью дальнейшего применения при производстве колбасных изделий. Практическая значимость. На основании результатов комплексных исследований разработаны технические решения реструктуризации промышленных холодильных камер вместимостью 400 т. и выше, составляющих около 90% всех ёмкостей промышленных предприятий, на камеры малой вместимости для условий повышенного грузооборота.
Внедрено теплоотражающее покрытие на низкотемпературных трубопроводах на ОАО «ИКМА», ОАО «Тверской хладокомбинат».
Установлена высокая эффективность экранированных ограждающих конструкций низкотемпературных камер хранения мяса.
Определены себестоимость хранения мороженого мяса для рассмотренных температурных режимов и резервы ее снижения.
По результатам исследований получены четыре авторские свидетельства, положительное решение ФГУ ФИПС на выдачу патента РФ и подана заявка в ФГУ ФИПС на изобретение.
Получен грант ОАО «Московский комитет по науке и технологиям (проект 1.1.65-2004г). Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы МГУПБ №4-1-041.
Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальностям 190603, 140504, 280102 и используются в научно- исследовательской работе кафедры «Холодильная техника» МГУПБ и дипломном проектировании (Приложения 1 - 3).
Апробация работы. Результаты исследований доложены: на Международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2003г.); научной конференции МГУПБ «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии (Москва, 2003 г.); Международной конференции
«Индустрия холода в ХХТ веке» МПЛ - (Москва, 2004 г.); Четвертой научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 работ, из них получено 4 авторских свидетельства, положительное решение ФГУ ФИПС на изобретение по заявке №2005109548, и подана заявка в ФГУ ФИПС на изобретение № 2005129101.
Анализ краткосрочного хранения мороженого мяса на холодильных предприятиях
Холодильные предприятия, осуществляющие замораживание и хранение мяса, делятся на малые, средние и крупные [104]. К малым объектам относятся холодильники отдельных фермерских хозяйств, колбасных заводов, крупных магазинов, и т. п., в которых необходимые холодильные ёмкости для хранения пищевых продуктов не превышают 100т. К средним отнесены холодильники крупных сельхозпредприятий, распределительные холодильники небольших городов и отдельных населённых пунктов, а также холодильники гормолзаводов, военторгов, имеющих холодильные ёмкости от 100 т до 500 т. К крупным холодильным предприятиям относятся распределительные холодильники больших и средних городов, хладокомбинаты, производственные холодильники мясоперерабатывающих предприятий, мол комбинатов, и предприятия системы Госрезерва. В [104] предлагаются технические решения и даются рекомендации по созданию новых предприятий, в частности, предлагается модульная система комплектования холодильными ёмкостями предприятий. Для малых хозяйств в качестве базового предлагается модуль производительностью в одну тонну в сутки замораживаемого сырья до температуры -8...-12 С, включающий камеру вместимостью 15 т мороженой продукции. Для более крупных предприятий предлагаются модули на 3 т/сутки и 6 т/сутки замораживания мяса и соответственно холодильные камеры для хранения вместимостью 40 т и 80 т мороженой продукции.
На основании выполненного Выгодиным В.А. и др. структурного анализа вместимостей распределительных холодильников и хладокомбинатов ОАО «Росмясомолторг», располагающего 164 холодильниками общей вместимостью более 1,3 млн. т единовременного хранения, установлено, что холодильники вместимостью свыше 4000 т.составляющие 76,7% от общего их количества в основном располагают холодильными камерами вместимостью 400 т и выше (около 90%). Холодильники размещены по экономическим районам Российской Федерации не пропорционально по отношению к проживающему населению (табл. 1.2-1) [30]. размещено в Центральном экономическом районе, в котором проживает 20,7% населения РФ. При этом индекс обеспеченности населения холодильными емкостями по отношению к среднему по стране составляет 128 %. Этим определяется выбор климатических условий Центрального экономического района в качестве характерных для обоснования показателей энергоэффективности мяса, В условиях рыночных отношений холодильники работают в режиме повышенного грузооборота, т.е. краткосрочного хранения груза, что вызывает недогрузку холодильных камер из-за их значительной вместимости, так как большинство из них построены в дореформенный период и предназначались для единовременного достаточно длительного хранения пищевых продуктов.
Кроме того, возникло большое количество малых хозяйств, в результате чего снизилось поступление продукции на крупные холодильные предприятия, для которых проектные решения и само оборудование оказались неэффективными В сезонный период загрузка холодильных камер доходила до 100%, а в настоящее время составляет 18-32% (табл. 1.2,-2) [17]. Для обеспечения существующего уровня потребления продуктов населением страны распределительные холодильники могут обеспечивать хранение необходимого количества продовольственных запасов, что согласуется с прогнозом развития холодильных емкостей на период 2010 г., разработанным в 1988 г. ВНИХИ [17]. Недозагруженность холодильных камер вызывает значительное энергопотребление, как отмечалось ранее и повышенную усушку неупакованных грузов. В частности на выработку холода и эксплуатацию холодильных систем расходуется около половины потребляемой предприятиями электроэнергии, а в летний период доля электропотребления достигает 60% от общего его расхода. Кроме того, следует учитывать, что на системы холодоснабжения приходится 25-35% потребляемой предприятиями воды [38]. В настоящее время перед Международным институтом холода поставлена задача по снижению потребления электроэнергии холодильными системами к 2020 г. на 30-50% по сравнению с 2000 г [44]. Повышенный грузооборот и недозагруженность холодильных камер, вызванная малым количеством камер небольшой вместимости приводит к возрастанию эксплуатационных теплопритоков и увеличению энергопотребления на выработку холода. Кроме того, неэффективная работа приборов охлаждения и вспомогательных аппаратов также вызывает повышенное энергопотребление. С учетом приведенных факторов возрастает себестоимость холодильной обработки и хранения мяса, что влияет на его отпускную цену, и соответственно на конкурентоспособность отечественной продукции. Установлено что себестоимость приведенного грузооборота с увеличением вместимости холодильников от 1000 т до 34 000 т снижается в 2.6 раза, а стоимость услуг сокращается в 2,1- 2,5 раза при увеличении степени загрузки холодильных камер до номинальной [30]. В работе [30] удельный расход холода на хранение мяса определялся при температурах наружного воздуха равного tlLB = —30С; -ЮС; +ШС и + 30С. Установлено, что при температуре в холодильной камере равном —18С удельный расход холода на хранение мяса при температуре наружного воздуха +30С в 2,3-2,5 раза превышает данный показатель при температуре наружного воздуха-30С.
Лучистый теплообмен от ограждающих конструкций холодильных камер при наличии теплоотражающего экрана и его отсутствии
Стенд создан на базе низкотемпературного шкафа. Для создания различных по величине тепловых потоков на противоположной стене камеры был размещен инфракрасный обогреватель предназначенный для направ ленного низкотемпературного теплового обогрева. Обогреватель состоит из выполненных в виде двойной П-образной спирали ТЭНов, помещенных в защитный корпус с размерами 5 80x380 мм и ширинойЗОО мм. Номинальная мощность обогревателя 1,0 кВт. Для плавного регулирования и равномерного распределения теплового потока по всей площади была применена система реостатного регулирования и приборного измерения мощности.
В качестве модельных образцов, имитирующих блок замороженного мяса, использован короба различных размеров, изготовленный из тонкостенных облицовочных плит, применяемых для облицовки внутренних поверхностей стен холодильных камер, со степенью черноты, соответствующей степени черноты замороженного блока мяса. При этом степень загрузки камеры изменялась от 24% до 100%, что соответствует реальным режимам эксплуатации холодильных камер на холодильниках центрального региона (по данным Белозерова Г.А. ГНУ ВНИХИ средняя загрузка камер хранения мяса на предприятиях страны в 2001 г составила 18%, а 2002 г. соответственно 28%) [17].
У поверхности короба, обращенной в сторону стенки холодильной камеры, с внешней стороны которой был установлен инфракрасный обогреватель, размещены два датчика, высокостабильные термопары фирмы Siemens модель S861. На поверхности короба с помощью термопроводящей пасты закреплен датчик теплового потока (табл 2.2—1). Внутренний объем холодильной камеры, куда помещался модельный образец, имел размеры 500x500x600 мм. На стенку камеры, с противоположной стороны которой размещен инфракрасный обогреватель, закреплена (приклеена) облицовочная плита, применяемая для облицовки внутренних поверхностей стен холодильных камер. На поверхности облицовочной плиты размещены два датчика температуры модели S861 и датчик теплового потока. Теплоотражающий экран устанавливался на расстоянии 15 мм от стенки камеры. На внутреннюю сторону которого был приклеен материал ДМПС со степенью черноты є = 0,06. На поверхности теплоотражающего экрана размещены два датчика температуры модели S861 и датчик теплового потока.
Модельный образец устанавливался на расстоянии 30 мм от стенки камеры. Температура воздуха в холодильной камере поддерживалась равной —8 С, -12 С и контролировалась с помощью термистора.
Измерение температур и тепловых потоков осуществлялось для каждого из двух видов радиационного теплообмена, т. е. для как камеры без теплоотражающего экрана, так и с экраном.
Каждый из исследованных режимов после изменения мощности теплового потока устанавливался в течение 2 н- ЗОчасов, после чего снимались показания датчиков температуры и плотности теплового потока. Технические характеристики датчиков температуры, представляющих со бой миниатюрные сенсоры диаметром 2,41 мм. для прецизионных температурных измерений с изолированным фторопластом никелевым выводом, приведены в табл. 2.2—2.
Датчики температуры ежемесячно поверялись мультизондовым термогигрометром SRH-77A с диапазоном измерений температуры от —40 С до + 150 С с дополнительным контролем по образцовому лабораторному ртутному термометру с шагом деления 0,1 С. В экспериментальном стенде использована компьютеризированная система мониторинга PMU-2, позволяющая сочетать в себе ряд функций: измерение заданных физических величин, визуализацию и обработку информации, сигнализацию при отклонении каких либо величин от первоначально заданных и сохранение собранной информации на жестком носителе.
Измерительный комплекс разработан на базе IBM-совместимого персонального компьютера (ПК) Pentium III Celeron (733 МГц; Оперативная память 512 Мб). К системе мониторинга PMU-2 подключали датчики температуры и теплового потока. Опрос датчиков системой мониторинга проводился через каждые 1 2 минут.
Повторяемость каждой серии экспериментов не менее пяти раз. Экспериментальный стенд позволил смоделировать условия лучистого теплообмена в холодильной камере, в которой хранится продукция. Модель объекта исследования при отсутствии и наличии экрана показана на рис. 2.2—3, 2.2-4 Ei, Е2, Е3 — лучистые потоки соответственно от ограждения камеры, продукта, и экрана, Вт; F, F2 и F3 — площади поверхностей ограждения камеры, продукта и экрана, м2; Є, є2 и є, — степень черноты поверхностей ограждения продукта и экрана; Ті, Т2, Тэ -температура поверхностей ограждения, продукта и экрана, К; Q - общий тепловой поток, (Q = Ei+QK, Вт); QK - конвективная составляющая через ограждение камеры; (ее анализ не входит в задачу исследования); ЕгЄг, Е2-Єі, Е\ -є2, 2-,- поглощенные лучистые потоки соответственно от ограждения на продукт и от продукта на ограждение Вт/м2; Е,-(1 - є2), Е2-(1 - Єї), Е\ -(1-э); ЕЭ (1-е2) — отраженные лучистые потоки соответственно от ограждения на продукт и от продукта на ограждение, Вт/м2
Удельный расход холода при хранения мороженого мяса в реструктуризированных холодильных камерах
Как видно из рис. 3.7-1а, при температуре -15...-35 С величина трибозаряда шелухи чеснока для частиц различного размера значительно превышала значение трибозаряда мякоти. Причем трибозаряд шелухи при увеличении удельной поверхности частиц заметно возрастает. Аналогичные зависимости характерны и для приобретаемого трибозаряда мякотью. Трибозаряды, приобретаемые частицами шелухи крупностью 1...7 мм, составили (2,1... 0,28)-10-7 Кл/кг, а частицами мякоти той же крупности (0,35... 0,02)-10-7 Кл/кг. Для лука зависимость трибозаряда мякоти и шелухи от диаметра выглядит аналогично. Как видно из рис. 3.7-16 изменения величины приобретаемых трибозарядов для шелухи и мякоти имеют одинаковый характер, минимальный заряд шелухи и мякоти для частиц размером 5 мм составляет соответственно 0,7-10" и 0,17-10 Кл/кг. С возрастанием удельной поверхности частиц, так же как и в случае чеснока, заряд значительно увеличивался. Превышение трибозаряда для частиц крупностью - 2 ... +1 мм над трибозарядом частиц крупностью - 5.. .3 мм для мякоти составило в среднем 10 раз, а для шелухи -5 раз. Характер изменения трибозаряда q в зависимости от условной крупности частиц дописывается полиномным уравнением второй степени: где А, В, С- коэффициенты.
Результаты расчета приведены в табл. 3.7-1, где R2 - достоверность аппроксимации. Изменения величины трибозаряда, приобретаемого шелухой и мякотью лука и чеснока, в зависимости от температуры приведены на рис 3.7-1 и 3.7-2. Исследования в широкой области криогенных температур показали следующие результаты. Для мякоти чеснока была получена зависимость заряда от температуры (рис.3.7-І). Для всех фракций заряд мякоти чеснока в интервале температур -15...-40 С очень мал и не превышает 0,26-10-7 Кл/кг (рис.3.7-2). Например, трибозаряд частиц мякоти чеснока размером 2...3 мм превышает в среднем три- бозаряды частиц крупностью —5...+3 и -5...+5 мм не более чем в 1,08 и 2 раза. Значительное увеличение трибозаряда для фракции мякоти чеснока начинается в интервале —50.. -80 С. Когда температура становится ниже -150 С, трибозаряд приобретаемый частицами крупностью -3...+2 мм, значительно увеличивается. Наивысший трибозаряд во всем интервале температур наблюдается у частиц крупностью-2...+ 1 мм. Так же как и для мякоти, для шелухи чеснока (рис.3.7-2,6) с понижением температуры приобретаемый частицами трибозаряд возрастает. При этом, чем меньше размер частиц, тем больший трибозаряд они имеют. Так, при -15... -35 С частицы крупностью -2...+ 1 мм имеют трибозаряд 2,1 10 Кл/кг, что превышаеттрибозаряды частиц крупностью —7...+5; —5...+3 и —3...+2 мм соответственно в 7,5 ; 2,8 и 1,75 раза. При температуре ниже -150 С разница между трибозарядами частиц крупностью —5...+3 и -7...+5 мм, а также —3...+2 и -2...+1 мм меньше; в первом случае отношение трибозарядов составляет 1,14, а во втором - 1,01 раза. Для различных фракций мякоти лука (рис.3.7-3,а) с понижением температуры от-10 до -190 С характерно возрастание трибозаряда. При этом чем ниже температура, тем выше трибозаряд.
При одинаковой температуре трибозаряд наибольший для частиц с большей удельной поверхностью (-2...+ 1 мм) и наименьший для частиц с меньшей удельной поверхностью (-5...+3 мм). С понижением температуры разница между трибозарядами частиц различной крупности уменьшается. Так, если при -15...—35 С трибозаряд частиц крупностью -2...+ 1 мм выше трибозаряда частиц крупностью —7...+3 мм в 12 раз, то при температуре ниже -150 С трибозаряд частиц крупностью -2...+3 мм больше только в 2,1 раза. Отношение трибозарядов частиц крупностью -3...+2 и -2...+1 мм при температуре —15..-35 С составило 4,7, а при температуре ниже -150 С только 1,75. Значительное увеличение трибозаряда в случае, если температура становится ниже —150 С, характерно для всех трех фракций. Характер изменения заряда шелухи лука (рис. 3.7-3,6) почти такой же, как и для мякоти, с тем отличием, что заряд шелухи значительно выше. Если для частиц мякоти крупностью —2...+ 1 мм при температуре —15...-35 С заряд составляет 2, 11 О 7 Кл/кг, то для шелухи заряд при той же температуре будет 3,7-10 7 Кл/кг. Максимальным (10 10"7 Кл/кг) был трибозаряд при температуре ниже -150 С для частиц крупностью -2...+ 1 мм. Также как и для мякоти, различие трибозарядов частиц крупностью —5...+3 и —3...+2 мм при температуре ниже -180 С было незначительным (1,17 раза). Как видно из рис. 3.7-3, значительное увеличение трибозаряда при низких температурах характерно для мякоти и шелухи.
Приборы охлаждения и вспомогательные аппараты с использованием электроконвекции
Одним из наиболее эффективных направлений снижения энергозатрат на производство и потребление искусственного холода является применение электротехнологии.
Электротехнология, как показала практика, по сравнению с другими технологиями имеет ряд преимуществ: электрическое поле воздействует непосредственно на сырье биологического происхождения и среду без промежуточных трансформаций энергии, что позволяет проводить тонкое регулирование процессов; упрощается автоматизация в связи с безинерционностыо управления потоком заряженных частиц; сокращается потребление энергии; интенсифицируется тепломассообмен в аппаратах и технологических процессах.
Возможности электротехнологии используются еще крайне недостаточно, однако эти возможности в последнее время все более осознаются специалистами различных отраслей производства, что приводит к расширению области ее применения в промышленности.
Универсальность данной технологии состоит в том, что в природе нет таких сред и веществ, которые бы не подвергались под действием электрического поля зарядке и не являлись бы носителями зарядов, т.е. не поддавались бы силовому воздействию поля.
Силовое воздействие поля на частицы может быть использовано в различных процессах, например, при отделении пара хладагента от капельной жидкости в отделителях жидкости и промсосудов холодильных установок.
Интерес к использованию электротехнологии особенно возрос в последнее время в связи с наступлением в ряде стран энергетического кризиса и повышением требований к экологической безопасности окружающей среды [94].
Реальность развития этого направления подкрепляется тенденцией изменения структуры энергетического баланса. Со временем предпочтение будет отдаваться именно электрической энергии. В этом случае электротехнология, видимо, способна вывести многие традиционные процессы из эволюционного тупика.
Получение сильных электрических полей достигается с помощью простых конструктивных решений, что раскрывает широкие возможности для их применения на предприятиях агропромышленного комплекса [51, 94, 95].
Одним из способов интенсификации теплообмена приборов охлаждения является использование электроконвективного воздушного потока.
Как показывает практика интенсивное инееобразование поверхности приборов охлаждения приводит к понижению температуры кипения и возрастанию энергопотребления. В частности, понижение температуры кипения на 1 К снижает холодо-производительность компрессора приблизительно на 4 % при работе его в условиях, близких к стандартному режиму; примерно на столько же увеличивается удельный расход электроэнергии.
Применение электроконвективного воздушного потока в приборах охлаждения позволяет увеличивать продолжительность их работы без оттаивания, за счет направленного инееобразования вдоль силовых линий электрического поля (рис. 4.3-1) и последующего удаления инея воздушным потоком с поверхности. Слабая адгезия к металлической поверхности направленного инея и его структуры, способствует отрыву и обламыванию с последующим уносом в холодильную камеру, что повышает относительную влажность воздуха, способствуя тем самым снижению усушки неупакованного продукта (мяса).
Кроме того, повышается температура кристаллизации капель за счет осаждения ионов на поверхности капель и увеличения скорости их движения к теплообменной поверхности, что приводит к разрушению пограничного слоя и соответствующему возрастанию коэффициента теплоотдачи наружной поверхности.
За счет увеличения коэффициента теплоотдачи снижается перепад температур между теплообменной поверхностью и воздушной средой, что позволяет повышать температуры кипения и хладагента и тем самым снижать расход электроэнергии при производстве искусственного холода.
В МГУПБ разработан прибор охлаждения, использующий электроконвективный воздушный поток [136] рис. 4.3-2 (Приложение 12).
Охлаждающий прибор содержит кожух 1, вдоль горизонтальной оси которого размещены теплообменные элементы, выполненные в виде полых дисков 2 тороидальной формы, установленные с образованием между ними вентиляционных каналов (не показаны) постоянной ширины для обеспечения поддержания холодопроизводительности устройства. Диски 2 заземлены, трубопроводы 3 для хладагента проходят через диски 2, что позволяет уменьшить габариты устройства и его массу. В дисках 2 выполнены вырезы 4, окружающие трубопроводы 3, предназначенные для обеспечения вентиляции при образовании инея. Прибор охлаждения снабжен имеющими форму полуокружностей генерирующими электродами 5 и 6, выполненными в виде проволочных элементов (провода, пилы, пластины и т. д.) и расположенными эквидистантно соответственно под наружными и внутренними ребрами дисков с диаметрально противоположных сторон. Устройство содержит также диэлектрические подставки 7 для крепления к ним генерирующих электродов 5 и 6, очистительное приспособление, включающее гребенку 9 с зубьями 10, выполненную из диэлектрического материала и установленную с возможностью вращения вокруг дисков 2; съемную перфорированную диэлектрическую решетку 11 с отверстиями 12, предназначенную для направления охлаждаемого воздушного потока к прибору охлаждения и обеспечивающую безопасную его эксплуатацию.
Охлаждающий прибор работает следующим образом. Включают источник питания и между дисками 2 и электродами 5, а также между дисками (заземленными электродами) 2 и электродами 6 создают электрическое поле требуемой полярности и заданной напряженности. Образующийся между дисками 2 и электродами 5 и бэлектрический ветер создает воздушный поток, направленный к дискам 2 устройства для охлаждения. При этом скорость воздушного потока может изменяться в зависимости от параметров электрического поля. Скорость электрического ветра между дисками 2 и электродами 5 увеличивается, когда воздушный поток проходит через электроды 5 и 6. Затем подают хладагент в трубопроводы 3. Иней, образующийся в результате работы устройства на поверхности дисков и трубопроводов 3, имеет форму направленную вдоль силовых линий электрического поля. Часть инея обламывается и сдувается электрическим ветром; оставшийся иней периодически счищается гребенкой 9 с зубьями 10 вращающейся на поверхности дисков теплообменника; при этом работа гребенки 9 от редуктора может быть заблокирована через реле времени и удаление инея будет осуществляться автоматически через определенные периоды времени. Благодаря малой плотности образующегося инея, требуется малая сила давления зубьев гребенки на поверхность ребер 2, что снижает мощность электропривода. Устройства для охлаждения могут состоять из нескольких аналогичных аппаратов - модулей. Удаление инея механическим путем может осуществляться как при наличии электрического поля между электродами 2 и 5, так и при его отключении.
