К.т.н. Щербак Ю.Г., к.т.н. Щесюк О.В.

Черноморский государственный университет имени Петра Могилы

 

УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СУШКИ СЫРОКОПЧЕНЫХ И СЫРОВЯЛЕНЫХ КОЛБАС ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНДИЦИОНЕРА                       

                      

      Введение

      Расчет теплообменников технических кондиционеров для помещений (камер) сушки сырокопченых и сыровяленых колбас производится по общепринятым методикам [1, 2]. При этом требуемую площадь теплообменной поверхности воздухоохладителя определяют исходя из уравнения теплового баланса помещения сушки путем подстановки в него соответствующих значений коэффициента теплопередачи и перепада температур воздуха в камере и кипения хладагента. Однако площадь теплообменной поверхности воздухоохладителя при таком расчете, как правило, будет занижена, что приведет к необходимости применения в кондиционере увлажнителя воздуха.               Отсутствие обоснованного подхода, учитывая специфику сушки колбас, к оценке холодопроизводительности и выбору площади теплообменной поверхности  воздухоохладителя вызывает ряд трудностей при проектировании технического кондиционера.

      Поэтому уточнение методики расчета холодопроизводительности и площади теплообменной поверхности воздухоохладителя  для технического кондиционера является в настоящее время актуальной задачей.

      Для решения поставленной задачи нами были выполнены аналитические и экспериментальные исследования с последующей проверкой результатов  при натурных испытаниях.

   Основные положения рационального проектирования воздухоохладителя

      Правильный выбор площади теплообменной поверхности воздухоохладителя и холодопроизводительности компрессора оптимизирует конструкцию кондиционера. Если влагосодержание приточного воздуха будет близким к требуемому его значению в помещении сушки, то из конструкции кондиционера возможно исключение устройства для увлажнения воздуха [3].  Это будет наиболее экономичный путь – создание и поддержание требуемой относительной влажности воздуха в помещении сушки за счет влаговыделений из колбасы, то есть без дополнительного подвода влаги, например, обоснованным выбором температуры и площади теплообменной поверхности воздухоохладителя.

      С целью использования влаговыделений из колбасы для создания рациональных режимов сушки,  как следует из полученных данных работы  [4], коэффициент влаговыпадения  должен быть не выше значения 1,2. Достижение этого значения  коэффициента влаговыпадения возможно путем повышения   средней температуры теплообменной поверхности , и как следствие, некоторым  увеличением ее площади .

      Значение тепловлажностного отношения в помещении сушки                           характеризует наклон в  d,i – диаграмме линии, отражающей процесс изменения состояния воздуха в помещении сушки. Аналогично в воздухоохладителе процесс охлаждения воздуха характеризуется тепловлажностным отношением.

      Таким образом, получить требуемые параметры воздуха в помещении сушки (температуру   и относительную влажность ) с помощью только одного воздухоохладителя можно при условии = .

      Это равенство будет иметь место в теплое время года при полной нагрузке помещения колбасными батонами. При  требуется подогрев охлажденного воздуха электрическим воздухонагревателем кондиционера. Правильный выбор площади теплообменной поверхности   позволяет отказаться от увлажнения воздуха    и  тем самым исключить ситуацию, когда  [3].

 

Оценка влияния коэффициента влаговыпадения на         холодопроизводительность кондиционера

      На рис. 1 изображены в d,i – диаграмме процессы обработки воздуха в техническом кондиционере для случая осушения воздуха, когда тепловлажностное отношение в помещении сушки   меньше тепловлажностного отношения в воздухоохладителе  ,   в связи с чем не требуется увлажнение воздуха.

Рис. 1. Построение на d,i диаграмме режимов работы системы кондиционирования воздуха в помещении сушки сырокопченых и сыровяленых колбас: К-2 – охлаждение воздуха в воздухоохладителе;          2 - 2’ – нагрев воздуха в воздухонагревателе; 2’-К – процесс в камере;         Н – состояние воздуха у охлаждающей поверхности воздухоохладителя

 

      Можно показать, что отношение холодопроизводительности технического кондиционера   (кВт) к массе сырой колбасы в помещении перед началом сушки   (кг) описывается зависимостью:

              ,                                                 (1)

      где   –  удельное влаговыделение, кг /( кг·ч).

      При изготовлении сыровяленой и сырокопченой колбас по стандартам  СССР максимальное значение удельного влаговыделения  наблюдается в первые сутки сушки. По нашим данным, значение удельного влаговыделения в первые сутки сушки равно ,  кг /( кг·ч).

      На рис. 2 показана зависимость потребной холодопроизводительности кондиционера , ВТ,  для сушки сырой колбасы массой , кг, от коэффициента влаговыпадения  , построенная по формуле ( 1 ) с учетом   :

                                      .                                                      (2)    

      Как видно из рис. 2, потребная холодопроизводительность кондиционера резко  возрастает при уменьшении коэффициента влаговыпадения   .

      Принимая прямолинейность линии процесса охлаждения воздуха в воздухоохладителе К-2-Н (см. рис.1),    для коэффициента влаговыпадения выполняется следующее соотношение:                  

           ,                                               (3)

      где – теплоемкость влажного воздуха,  кДж / (кг·оС ); – средняя температура ребристой теплообменной поверхности воздухоохладителя, оС;  –   энтальпия воздуха при средней температуре охлаждающей поверхности , кДж / кг;  ,  – соответственно  температура и энтальпия воздуха на выходе из воздухоохладителя; ,  – соответственно температура и энтальпия воздуха в помещении сушки колбас, заданные технологическим процессом.

      Температура поверхности  устанавливается в зависимости от  соотношения тепловых сопротивлений на стороне воздуха и холодильного агента.

      Для вычисления коэффициента влаговыпадения необходимо определить входящие в уравнение (3) параметры: энтальпии, температуры и теплоемкость влажного воздуха.

 


Рис. 2. Зависимость отношения QO / GH от коэффициента влаговыпадения  при производстве сырокопченых и сыровяленых колбас 

 

Определение энтальпии, температуры и теплоемкости воздуха

      Для  диапазона температур  ( t =10…18 оС ) и относительной  влажности воздуха  (φ = 0,6…1,0), что имеет место в помещениях сушки сырокопченых и сыровяленых колбас, нами уточнена зависимость, полученная в работе [5], которая представлена в виде:

          .                                           (4)

      При средней температуре поверхности = 4…9 оС аппроксимацией табличных значений энтальпий  [6]  ( при  = 1,0 ) нами получена зависимость                                 

 .                                                   (5)

      Погрешность  вычисления  энтальпий  по формулам  (4) и (5)  для указанного диапазона температур и  относительной влажности воздуха не превышает 1 %.

      Из уравнения для расчета минимального значения относительной влажности воздуха в камере хранения продуктов, которое приведено в работе [7], для положительных температур в помещении сушки колбас нами получено выражение для определения перепада температур  в виде:

              ,                                   (6)

      где – перепад температур; – температура воздуха в камере, оС;  – средняя температура теплообменной поверхности воздухоохладителя, оС.

      С погрешностью менее 5% вычисляется значение величины  по уравнению  (6) в диапазоне температур = 10…18 оС  и относительной влажности воздуха   = 0,6…1,0.

      На рис. 3 показана зависимость перепада температур  от относительной влажности воздуха  в помещении сушки при = 12 оС , построенная по уравнению   (6).  Там же показана рекомендуемая нами зависимость перепада температур   от  , где  – температура кипения хладагента, оС.

      В диапазоне температур 12…15 оС значение величины теплоемкости влажного воздуха    можно принимать равным 1,02 кДж / (кг· К).

 

Рис. 4. Зависимость величины коэффициента влаговыпадения  от относительной влажности воздуха в помещении сушки при =12 оС
 

       Рис. 3. Зависимость величины   и          Р 

      от относительной влажности воз-

       духа в помещении сушки

     

    Расчетная зависимость для определения коэффициента влаговыпадения

      Подставляя значения величин ,  и   соответственно из формул  (4) , (5)  и  (6) в формулу  (3) , после преобразований получим уравнение для вычисления требуемого значения коэффициента влаговыпадения:                           

 .    (7) 

      На рис. 4 показано влияние относительной влажности воздуха  на коэффициент влаговыпадения  при постоянной температуре воздуха              = 12 оС. При изготовлении сырокопченых и сыровяленых колбас по прежним технологиям кондиционер должен поддерживать в помещении температуру      = 12 оС  и    относительную влажность воздуха   =75%.

      Как видно из рис. 4, при  =12 оС  и  =75% коэффициент влаговыпадения равен =1,16. При таком значении отношение  , как это следует   из  рис. 2,  равно 6,2 Вт/кг, то есть на каждый килограмм сырой колбасы должно быть предусмотрено 6,2 Вт  холодопроизводительности кондиционера.

      Площадь теплообменной поверхности воздухоохладителя   вычисляется по формуле, полученной в результате совместного решения уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Это выражение имеет вид:

     ,                                                   (8)

      где L –  воздухопроизводительность кондиционера, м3/с; ρ – плотность воздуха в помещении, кг/м3 ; – коэффициент теплоотдачи от воздуха к оребренной поверхности воздухоохладителя, Вт / (м2 · К);  – температура воздуха на выходе из воздухоохладителя.

      Из уравнения теплового баланса находим температуру воздуха  на выходе из воздухоохладителя:

                                                        (9)

       Площадь теплообменной поверхности воздухоохладителя  вычисляем по уравнению  (8) с учетом результатов определения величины , ,  и    соответственно по уравнениям  (1), (6),  (7) и  (9) и построения процессов в         d,i – диаграмме.

       Таким образом, без применения специальных устройств для увлажнения воздуха в помещении сушки возможно регулирование относительной влажности воздуха с помощью влаговыделения из сырокопченых и сыровяленых колбас.

       Практическая проверка в промышленных условиях подтвердила возможность регулирования относительной влажности воздуха в холодильных камерах хранения с помощью приборов охлаждения [7, 8].

       Исходя из изложенного, можно констатировать, что правильный выбор холодопроизводительности и площади  теплообменной поверхности воздухоохладителя при проектировании технического кондиционера обеспечивают поддержание тепловлажностных параметров воздуха в помещениях  сушки сырокопченых и сыровяленых колбас рациональным образом. Это позволяет примерно на 20% снизить энергетические  затраты на планомерное проведение теплообменных процессов между рабочей средой и колбасными изделелиями этапе созревания [3].

 

      Литература:

      1. Гоголин А.А. Кондиционирование воздуха в мясной промышленности. –М.: Пищевая  промышленность, 1966. – 240 с.

      2. Бражников А.М., Малова Н.Д. Кондиционирование воздуха на предприятиях мясной и молочной промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1979 . – 265 с.

      3. Усатенко Н.Ф., Патлайчук Н.И., Щесюк О.В. Снижение энергетических затрат при сушке сырокопченых и сыровяленых колбас // Мясная индустрия. – 2007. – № 10. – С. 50-52.

      4. Гоголин А.А., Тихомирова Л.Н. О выборе поверхностей воздухоохладите-лей установок технического кондиционирования // Холодильная техника. – 1979. – № 8. – С. 10-14.

      5. Кринецкий И.И., Вычужанин В.В. Расчет энтальпии влажного            воздуха // Холодильная техника. – 1983. – № 3. – С. 29-30.

      6. Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух: термодинамические свойства и применение: Пер. с сербохор. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 136 с.

      7. Аверин Г.Д., Алексеев А.В. Зависимость относительной влажности воздуха в камерах хранения пищевых продуктов от условий эксплуатации приборов охлаждения //Холодильная техника. – 1992. – № 1. – С. 17-19.

       8. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные  установки. – СПб. Политехника, 2008. – 576 с.