2. Типы холодильных предприятий. Их особенности. Классификация холодильников по различным признакам.

Прежде всего, холодильники различаются по целевому назначению. Производственные холодильники, которые предназначены для первичной термической

обработки (охлаждения и замораживания) пищевых продуктов и находятся в районах

производства или заготовки продуктов. Они могут быть цехом какого-либо пищевого предприятия

(мясокомбината, молочного комбината и т. п.) или самостоятельным предприятием в месте

заготовки, например, рыбы (рыбные заготовительные) или птицы, яиц (птично-яичные) и другой

продукции сельского хозяйства. Холодильники этого типа характеризуются большой производи-

тельностью устройств для охлаждения и замораживания при относительно небольшом объеме

помещений для хранения продуктов. В связи со значительной производительностью заморажива-

ющих устройств производственные холодильники имеют холодильное оборудование большой

мощности для низких температур кипения.

.

Базисные холодильники предназначены для долгосрочного хранения продуктов, поступающих из

производственных холодильников, с целью создания резервов. Эти холодильники обычно имеют

большую емкость помещений для хранения продуктов и малую производительность устройств для

охлаждения и замораживания. На таких холодильниках предъявляются повышенные требования к

поддержанию постоянства температурного и влажностного режимов в охлаждаемых помещениях.

Портовые холодильники служат для краткосрочного хранения грузов при их перегрузке с

одного вида транспорта на другой, например с водного на железнодорожный транспорт и т, п.

Строятся такие холодильники в речных или морских портах. Для них характерны большие объемы

грузовых операций, операций по осмотру и сортировке продуктов, для чего предусматриваются

специальные помещения. Особенно высока, должна быть степень механизирования грузовых

работ, в частности для погрузки и разгрузки судов.

Распределительные холодильники предназначены для равномерного обеспечения городов и

промышленных центров сезонными продуктами питания в течении всего года. Так же, как и

базисные холодильники, характеризуются относительно большой вместимостью помещений для

хранения продуктов. Выпуск грузов осуществляется сравнительно равномерно, холодильники

часто имеют производственные цехи: производства мороженого, водного льда, твердой двуокиси

углерода (сухого льда), фасовки мяса, масла и др.

Торговые холодильники служат для кратковременного хранения продуктов на торговых базах, в

магазинах, столовых, ресторанах п т. п. Характерными для этого типа холодильников являются

повышенные температуры хранения и менее строгие требования в отношении поддержания

постоянных условий храпения. К этой же группе холодильных установок относятся также

устройства для текущего храпения продуктов в тортовой сети.

Транспортные холодильники предназначены для создания необходимых низкотемпературных

условий перевозки продуктов на разнообразных средствах транспорта. Различают

железнодорожный, водный, автомобильный и авиационный холодильный транспорт, а также

холодильные контейнеры. Все эти виды холодильных устройств являются связующими элемен-

тами между отдельными звеньями непрерывной холодильной цепи. Транспортные холодильники

могут предназначаться и для производственных или заготовительных целей. Так, например,

имеются промысловые суда, на которых производится

замораживание рыбы, передвижные устройства на автомобилях для замораживания ягод и т. п.

Домашние (бытовые) холодильники служат для кратковременного хранения продуктов в

домашних условиях и для производства небольшого количества льда. Они являются последним

звеном непрерывной холодильной цепи.

По величине условной емкости холодильники подразделяются на

малые, имеющие емкость до,500 т, средние — до 5000 т и крупные — свыше 5000 т.

Другой характеристикой величины холодильника является производительность оборудования

для осуществления основных технологических процессов: охлаждения и замораживания (а иногда

и размораживания). Производительность (производственная мощность, пропускная способность)

определяется количеством тонн продуктов, обрабатываемых в единицу времени (т/ч, т/смену,

т/сут). Можно считать для пищевых предприятий производительность помещений или

оборудования для замораживания до 20 т/сут — малой, до 100 т/сут — средней и свыше 100 т/сут

— крупной. Емкость производственных помещений обычно не включается в общую емкость

холодильника.

Холодильники по виду производственного здания классифицируются на многоэтажные и

одноэтажные.

3. Виды холодильных установок в зависимости от характера технологического процесса. Параметры воздушной среды. Влияние этих параметров на продолжительность холодильной обработки, хранения, на величину усушки, порчи продукции и т. д.

Холодильные установки любой отрасли промышленности в зависимости от характера

технологического процесса могут быть двух видов: 1) технологический процесс предусматривает

непрерывное понижение температуры охлаждаемого объекта от начальной температуры до

необходимой конечной (охлаждение и замораживание продуктов, охлаждение воздуха в

помещениях и жидкостей в аппаратах); работа таких холодильных установок осуществляется в

условиях нестационарного теплового состояния; 2) технологический процесс требует

поддержания постоянных параметров охлаждаемой среды, для того чтобы при этих условиях

осуществлялись химические реакции или хранились вещества, требующие постоянства

параметров в аппаратах и в охлаждаемых помещениях для сохранения их качества; такие

установки работают в условиях стационарного теплового состояния.

Так, в охлаждаемых помещениях холодильных установок второго вида должны

устанавливаться и длительное время поддерживаться определенные параметры воздушной среды,

отвечающие технологическим условиям обработки и хранения тех или иных продуктов,

материалов, изделий, находящихся в данном помещении. К таким параметрам состояния воздуха

внутри охлаждаемого помещения относятся прежде всего температура и влажность воздуха. При

этом охлаждаемым помещением можно считать лишь такое, в котором поддерживается в

определенных установленных пределах некоторая температура, более низкая, чем температура

окружающей среды.

Третьим параметром воздушной среды является скорость движения воздуха. Кроме этого, в

ряде случаев приходится очищать воздух помещения от механических и бактериальных

загрязнений, запаха, а также поддерживать определенный состав газовой среды.

4. Вывод уравнения равновесной температуры воздуха в охлаждаемых помещениях и его графоаналитическое решение. Параметры, с помощью которых воздействуют на установление температуры воздуха в помещении.

. Для понижения температуры

воздуха в закрытом помещении (аппарате) и поддержания ее на заданном уровне помещение

(аппарат) необходимо охлаждать, т. е. отводить из него теплоту, например, с помощью

холодильной машины. С момента понижения температуры помещения (аппарата) tnм в него

начинает проникать теплота из окружающей среды, возникают и другие теплопритоки. Скорость

изменения температуры tnм прямо пропорциональна разности между теплопритоком QT в -

помещение (количеством теплоты в джоулях, проникающим в помещение и выделяющимся в нем

в единицу времени, например в секунду) и теплоотводом Qo из него (холодильной мощностью в

ваттах испарителя холодильной машины или установленных в помещении охлаждающих

приборов) н обратно пропорциональна коэффициенту тепловой емкости С объекта

(1.1) dtnм /dτ = (QТ – Qo)/C

Здесь коэффициент тепловой емкости С (Дж/К) представляет co6oй количество теплоты,

которое нужно подвести к объекту или отвести от него, для того чтобы изменить температуру

помещения (аппарата) на 1 К.

Равенству __оdtnм /dτ = 0 соответствует наступление равновесия между теплопритоком и

теплоотводом, характеризуемое уравнением теплового баланса

(1.2) QT=Qo,

и самоустановление определенной температуры воздуха tnм в охлаждаемом помещении (или

любой среды в охлаждаемом аппарате),, называемой равновесной температурой. Уравнение

теплового баланса, включающее теплопритоки от различных источников при стационарном

режиме, может иметь следующий вид:

(1.3) QH+QГР+QBH=Qo,

8

где QH — теплоприток через ограждения; Qrp — теплоприток от обрабатываемых грузов; QBH -

теплоприток от источников, расположенных внутри помещения (от людей, от осветительных

приборов, от двигателей и т. п.).

Схема теплового баланса охлаждаемого помещения показана на рис. 1.3. Такое равновесие,

однако, является временным, преходящим. Холодильные установки работают при переменных

внешних условиях, т. е. неизменно выводятся из состояния равновесия. Если теплоприток QT

становится больше теплоотвода Q0, то это вызывает повышение температуры tnм. Если же

теплоприток оказывается меньше теплоотвода, то результатом такого, неравенства будет

понижение температуры в помещении. В связи с этим важно знать, как ведет себя данная система,

будучи выведенной, из состояния равновесия. Для простоты рассуждения можно считать, что в

охлаждаемое помещение проникает теплота от единственного источника — только через

наружные ограждения. С этой же целью расчет ведется по зависимости стационарного режима.

Количество теплоты (Дж), проникающее через ограждения в единицу времени,

(1.4) QT=QH = kнFн (tн – tпм)

где kн— коэффициент теплопередачи ограждении; FH—площадь поверхности ограждений; tн —

температура наружного воздуха.

С другой, стороны, секундное количество теплоты (Вт), отводимое охлаждающими

приборами, определяется выражением

(1.5) Qo = k0F0 (tпм –t0),

где k0 — коэффициент теплопередачи охлаждающих приборов; F0 площадь поверхности

охлаждающих приборов; t0 — температура охлаждающей среды (если пренебречь термическими

сопротивлениями внутренней теплоотдачи и стенок трубы, ее можно принять равной температуре

поверхности охлаждающих приборов). Тогда, согласно выражению (1.2),

(1.6) kнFн (tн – tпм) = k0F0 (tпм –t0),

Если внешние условия изменились, например, повысилась температура наружного воздуха, то

это вызовет возрастание теплопритока QT, как следует из выражения (1.4), и его превышение над

теплоотводом QQ, в результате чего произойдет повышение температуры воздуха в помещении.

Последнее, в свою очередь, вызывает рост теплоотвода, характеризуемого выражением (1.5), Но

повышение температуры воздуха tпм будет замедлять рост теплопритока через ограждения до тех

пор, пока теплоприток не сравняется с растущим теплоотводом (т. е. возрастающей произ-

водительностью испарителя) при новом значении температуры tпм.

Такое самовыравнивание температуры охлаждаемого помещения (объекта) не всегда решает

задачу регулирования, этого параметра. Величина саморегулируемого параметра может выйти за

установленные в данном случае пределы, и для ее сохранения внутри этих, пределов надо

располагать соответствующими средствами. Если из уравнения теплового баланса (1.6) найти

величину равновесной температуры воздуха в помещении

9

(1.7) tпм = (kнFн tн + k0F0 t0)/( kнFн + k0F0)

то выражение (1.7) включает и величины, воздействуя на которые, можно добиться изменения,

температуры tпм, в желаемом направлении. Поскольку в уравнении (1.1) регулирующим

воздействием является: холодопроизводительность испарителя:. Q0, то для регулирования

(вручную или: автоматически) температуры tпм следует изменять величины, входящие в (1.5), т. е.

k0, F0 и t0. Изменяя скорость циркуляции воздуха (например, остановкой или пуском вентилятора),

можно менять интенсивность теплообмена у охлаждающих приборов и, следовательно, величину

k0; выключением части или всех охлаждающих приборов можно менять площадь их поверхности

F0. Несколько иначе влияет температура кипения t0, прежде всего потому, что она в общем случае

не постоянна и также саморегулируется при изменениях k0 и F0. Иногда можно непосредственно

изменять температуру t0, например, увеличением или уменьшением холодильной мощности

компрессора или при охлаждении помещения хладоносителем изменением его температуры (в

этом случае температура поверхности охлаждающих приборов будет соответствовать не

температуре кипения рабочего тела, а температуре хладоносителя).

Если в выражении (1.7) разделить все члены на k0F0, то оно примет вид:

(1.8) tпм = {[kнFн / (k0F0)] tн + t0} / {[ kнFH /( k0F0 )] + 1}

При значительном превышении k0F0 над kнFH, т. е. k0F0 >> kнFH, равновесная температура tпм ,

как это видно из выражения (1.8), будет стремиться к t0. Аналогичным преобразованием можно

показать, что при k0F0 << kHFн равновесная температура воздуха будет стремиться к tH. Таким

образом, температура tnм охлаждаемого помещения (объекта) может устанавливаться в пределах

от температуры поверхности охлаждающих приборов t0 до температуры наружного воздуха tн.

Изменяя холодильную мощность Q0, можно добиться установления в помещении температуры на

желаемом уровне.

Наличие других (прочих) теплопритоков Qnp в охлаждаемое помещение не вносит

качественных поправок в приведенные выводы. Равновесная температура в этом случае может

быть определена по выражению, аналогичному (1.7),

(1.7а) tпм = (kнFн tн + k0F0 t0 + Qnp ) / (kнFн + k0F0)

Так как теплопритоки Qnp являются внешними возмущениями, то и их влияние будет

компенсироваться изменением Q0.

5. Общий порядок проектирования холодильных предприятий.

Проектирование промышленного предприятия должно осуществляться на основе технико-

экономического обоснования (ТЭО), подтверждающего экономическую целесообразность и хо-

зяйственную необходимость проектирования и строительства (реконструкции) этого предприятия.

Строительство или реконструкция предприятий имеет своей целью обеспечить выполнение

перспективного плана развития отрасли. ТЭО подготавливается заказчиком (хозяйственной

организацией) с привлечением проектной организации, которой будет поручено проектирование объекта.

При составлении ТЭО выбирается площадка для строительства предприятия и связанных с ним

объектов. Место строительства предприятия выбирается в районе или пункте, установленном

схемой развития и размещения отрасли промышленности, к которой относится новое

предприятие, и схемой развития и размещения производительных сил по экономическим районам

страны. В комплекс работ по выбору площадки, выполняемых проектной и изыскательской

организациями, входят экономические расчеты и инженерные изыскания, позволяющие

установить экономическую целесообразность и техническую возможность предполагаемого

строительства в данном месте. Большое внимание при этом должно уделяться соблюдению

законодательства по охране природы.

При выполнении ТЭО определяется ориентировочная стоимость строительства предприятий.

ТЭО утверждается вышестоящей организацией по отношению к организации-заказчику.

16

На основе утвержденного ТЭО заказчик выдает проектной организации задание на

проектирование.__

Проектирование предприятий, зданий и сооружений может вестись в две стадии пли is одну.

При двухстадийном проектировании стадиями проекта являются: 1) технический проект; 2) ра-

бочие чертежи. При проектировании в одну стадию выполняется техно-рабочий проект.

Проектирование и дне стадии допускается для крупных и сложных промышленных

комплексов, а также для предприятий с новой неосвоенной технологией производства, при

использовании головных образцов сложного технологического оборудования или при особо

сложных условиях строительства. Как правило, же, для строительства технически несложных

предприятий, зданий и сооружений разрабатывается техно-рабочий проект. В одну стадию

проектируются объекты, для строительства которых предполагается использовать типовые

проекты и повторно применяемые экономичные индивидуальные проекты.

На стадии технического проекта решаются основные вопросы проекта, такие, как разработка

генерального плана территория предприятия, разработка технологического процесса, расчеты и

выбор оборудования, автоматизация производственных процессов, обеспечение сырьем,

материалами, энергией, обеспечение производства кадрами, организация и экономика

производства, а также технико-экономические показатели. Все технические расчеты производятся

с возможной полнотой и с обязательным обоснованием выбранных решений. Кроме того, на

основе выполнения сметы определяется стоимость строительства. Законченный технический

проект рассматривается и утверждается.

В соответствии с утвержденным техническим проектом выполняется вторая стадия проекта —

рабочие чертежи. Они позволяют воспроизвести в натуре проектируемый объект во всех его

деталях. Рабочие чертежи дают конструктивные решения, обеспечивающие прочность,

надежность и долговечность работы зданий и оборудования. На этой стадии производится

уточнение и детализация предусмотренных техническим проектом решений в той степени, в

которой это необходимо для производства строительных и монтажных работ.__

6. Схема технологического процесса и грузооборот холодильного предприятия, как основные документы для разработки проекта. Понятие непрерывной холодильной цепи.

Планировкой предприятия называется размещение всех производственных и вспомогательных

помещений как по горизонтали (в плане), так и по вертикали (по этажам). Чтобы выполнить это

размещение, необходимо знать назначение отдельных помещений, их количество и размеры.

Основными исходными документами, позволяющими решить эту задачу, являются схема

технологического процесса и грузооборот проектируемого предприятия.

Схема технологического процесса характеризует качественную сторону будущего

предприятия; она определяет наличие и последовательность технологических операций, которые

должны быть произведены над исходными продуктами, чтобы в конечном итоге были получены

изделия заданного вида и необходимого качества. Для холодильных предприятий весьма важным

является указание температуры и влажности воздуха, при которых происходит технологическая

обработка продуктов на каждой из стадий технологического процесса.

Например, для некоторых

типов холодильников исходным документом, определяющим количественную сторону

проектируемого предприятия, является таблица грузооборота. В этой таблице для каждого месяца

года указывается месячное поступление на холодильник и выпуск из него всех продуктов, которые

должны в нем обрабатываться и храниться. Обычно неравномерное поступление отдельных

продуктов отражает сезонность их производства; для распределительных холодильников

сравнительно равномерный выпуск продуктов связан с необходимостью равномерного снабжения

населения пищевыми продуктами. Разница между поступлением и выпуском грузов указывает

количество продуктов, оставшихся на хранение в холодильнике. Для первого месяца года должно

быть учтено накопление продуктов во время сезона заготовки или производства данного продукта

или остаток за предыдущий год в количестве, обеспечивающем потребности более или менее

равномерного выпуска в течение всего года.

Количество хранящихся грузов (в тоннах условного груза) в каждом месяце показано на рис.

2.2, а. Максимальная ордината графика, соответствующая месяцу наибольшего количества одно-

временно хранящихся грузов (на рисунке октябрь месяц), определяет расчетную условную

емкость холодильника Gхол. Продукты, хранящиеся в холодильнике, требуют различных

температур хранения, в связи с чем общая емкость холодильника должна состоять из емкостей

помещений разных температур. В рассматриваемом примере можно считать, что на холодильнике

будут помещения для мороженых продуктов, требующих для своего хранения отрицательных

температур (обозначено знаком О), и помещения для охлажденных продуктов, требующих для

своего хранения нулевых и положительных температур (обозначено знаком О). Примерные

данные показаны на рис. 2.2, б. Своеобразие этого графика заключается в том, что емкость

помещений с отрицательными температурами отсчитывается по оси ординат, как обычно, снизу

вверх, в то время как емкость помещений с положительными температурами отсчитывается

сверху вниз от оси абсцисс, расположенной от основания первого графика на расстоянии, равном

общей емкости холодильника. При таком способе выполнения графика обе кривые должны

соприкасаться по крайней мере в одной точке А, соответствующей месяцу наибольшей

необходимой (расчетной) емкости холодильника.

Незаштрихованное поле между обеими кривыми характеризует емкость помещений, не занятых

грузом. В случае, который показан на рисунке, максимальные емкости для грузов, хранящихся при

положительной и отрицательной температуре, по времени не совпадают. В таком случае

максимальные необходимые емкости .этих двух групп помещений нельзя принимать в качестве

расчетных, так как тогда потребовалось бы увеличение общей емкости холодильника, что

повлекло бы за собой ухудшение использования его площади. На рис. 2.2, б такой выбор вызвал

бы подъем всего графика емкости помещений с положительными температурами до тех пор, пока

вершины графиков А и Б не окажутся на горизонтали аа. Это привело бы к значительному

увеличению незаштрихованного поля графика. Более целесообразным является устройство

универсальных помещений, в которых можно поддерживать, когда это нужно, или

отрицательную, или положительную температуру. Если через вершину Б провести

горизонтальную линию бб, то вся емкость холодильника окажется разделенной на три зоны: 1) от

нижней оси абсцисс до линии бб (до максимума емкости положительных температур) —

расчетная емкость помещений для отрицательных температур — Gотр; 2) от оси абсцисс верхнего

графика до линии аа (до максимума емкости отрицательных температур) — расчетная емкость

помещений для положительных температур — Gпол; 3) между линиями аа и бб (между макси-

мумами емкости помещений отрицательных и положительных температур) - расчетная емкость

универсальных помещений — Gун . Тогда Gхол = Gотр + Gпол.+ Gун.__