Анализ конструкций льдогенераторов лускатого льоду

    Холодоносій під надлишковим тиском 0,2 МПа (2 2 кг/см²) надходить із боку приводу барабана, проходить через систему труб і через форсунки подається на внутрішню поверхню обичайки барабана й у вигляді плівки рідини стікає вниз. Плівковий плин холодоносія створює досить рівномірне й інтенсивне охолодження стінки обичайки барабана по всій його довжині.

    Відвід  холодоносія з нижньої частини  барабана проводиться шляхом створення  вакууму 0,04-0,05 МПа в лінії відводу. При цьому холодоносій з короба по трубі надходить в основну магістраль і виводиться у вакуум-ресивер через цапфу, протилежну приводу.

    Піддон  виконаний з листової нержавіючої  сталі й постачений розподільним обладнанням з переливною перегородкою для рівномірної подачі продукту по всій довжині барабана. Підйом і опускання піддона проводиться за допомогою двох пневмоциліндрів. Піддон установлений на підшипниках ковзання, розташованих на станині.

    Сколювальне-зрізаюче обладнання складається із двох частин:, що сколює, що й зрізує. обладнання, що зрізує, являє собою тверде оправлення, яке кріпиться до станини у двох шарикопідшипниках. В оправленні закріплені ножі, виготовлені зі сталі 20 і піддані цементації й загартуванню. Для зрізання вимороженого, але пластичного матеріалу (у вигляді плівки полімеру) використовуються тонкі (0,2-0,4 мм) ножі, виконані із пружинистої сталевої стрічки.

    Обладнання, що сколює, являє собою балку, до якої з торців кріпляться дві щоки, установлені в підшипниках на цапфах оправлення. На двох полках балки встановлені набори із блоків, що сколюють дисків вільного обертання. Конструкція підшипникових вузлів блоків виконана з урахуванням можливості регулювання зазору між поверхнею барабана й ріжучими дисками. Поворот усього сколювального-зрізуючого обладнання здійснюється за допомогою двох пневмоциліндрів, що кріпляться до станини, і відбувається до зіткнення з регулюючими упорами, які перешкоджають зіткненню сколювального-зрізуючого обладнання з поверхнею барабана й забезпечують зазор між ними 0,1-0,3 мм, залежно від товщини вимороженої плівки.

    Кожух служить для запобігання забруднення  продукту, охороняючи поверхні барабана від можливих механічних ушкоджень, а також для обмеження втрат  холоду в навколишнє середовище.

    Станина являє собою литу або зварену  конструкцію, що полягає із двох стійок. До станини кріпляться вузли, перераховані вище.

    Привід  барабана складається з мотора-варіатора, редуктора (типу МВР) і зубчастої пари й дозволяє плавно регулювати частоту обертання барабана в межах 0,5-3 хв^–1.

    По  такій принциповій конструктивній схемі інститутом ЛенНііхіммаш розроблені промислові барабани, що виморожують, входять у технологічні лінії виробництва різних продуктів методом виморожуванові. У табл. 1.1 наведені технічні характеристики типорозмірного ряду барабанів, що виморожують. Типорозміри I, III, V і VI призначені для обробки опадів природних вод методом тонкошарового виморожуванового/відтавання для поліпшення водовіддаючої характеристики опадів, що утворюються в процесі підготовки води для комунального й промислового водопостачання. Обробка осаду на установках виморожуванового/відтавання (УВО) здійснюється шляхом заморожування на барабані й відтавання в камері відтавання. Осад після відтавання легко збезводнюється на вакуум-фільтрах або фільтрпресах. Типорозмір II призначений для агломерації стирольного латексу у виробництві пінорезини. Типорозмір IV - для коагуляції хлоропренового латексу у виробництві каучуку "наірит". Кожний типорозмір барабана, що виморожує, може бути застосований для заморожування будь-яких рідких продуктів на необхідну продуктивність.

    Для вибору оптимальної конструкції, режиму роботи й розрахунків продуктивності, що виморожує барабана необхідно  мати залежність швидкості наростання товщини намерзлого шару від часу контакту з рідким продуктом при різних технологічних, теплових і гідродинамічних умовах.

    Завдання  про виморожуванів шару продукту є частиною великого класу завдань, що розглядають протікання в часі процесів з фазовими перетвореннями основної речовини. Істотною характеристикою цих процесів є наявність поверхні роздягнула фаз, закон переміщення якої в часі заздалегідь невідомий. Це робить завдання суттєво нелінійної, тому точні аналітичні розв'язки можливі тільки для простих випадків при істотних допущеннях, відмінних від реального процесу.

Таблиця 1.1

    Технічна  характеристика барабанів, що виморожують, ЛенНііхіммаш

* З урахуванням камери відтавання.

    Внаслідок швидкого розвитку обчислювальної техніки  аналітичні методи останнім часом усе  частіше поступаються місцем чисельним  методам розв'язку й дозволяють вирішувати завдання теплопровідності зі зміною фазового стану (в умовах, близьких до реальних). Теорія й розрахунки процесу тонкошарового заморожування й переохолодження шару пасто-фаршеобразного продукту в барабанному морозильному апарату (при нанесенні продукту за допомогою живильника на поверхню горизонтального барабана, для вертикальних генераторів у виробництві лускатого льоду, при заморожуванні рідини, що безупинно натікає на охолоджувану вертикальну поверхню) найбільше повно представлені в [11]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 СУЧАСНІ ЛЬДОГЕНЕРАТОРИ ЛУСКАТОГО ЛЬОДУ 

    2.1 Область застосування і основні характеристики лускоподібного льоду 

    У харчовій промисловості для виробництва  й зберігання різних продуктів потрібне велика кількість водного льоду. Оптимальним для використання в  харчовій промисловості типом льоду  є лускоподібний (колотий) лід, вироблений на роторних льодогенераторах. Він має плоску форму, завдяки якій має велику теплообмінну поверхню, тому охолоджує продукти краще в порівнянні з іншими типами льоду. Він застосовується:

    • на м'ясопереробних підприємствах  для запобігання нагрівання фаршу в процесі кутерування;

    • на підприємствах по видобуткові  й переробки риби для охолодження  риби й морепродуктів з моменту вилову до вступу в продаж;

    • на підприємствах торгівлі й харчування для організації прилавків і  вітрин з рибою й делікатесними продуктами, для оформлення шведського стола або салат-бару;

    • у хлібопекарській промисловості для охолодження тіста;

    • у хімічній і фармацевтичній промисловості;

    • у сільськім господарстві для  попереднього охолодження фруктів  і овочів;

    • у будівельній індустрії для охолодження бетону (будівництво дамб, атомних електростанцій);

    • одержання крижаної води для різних цілей.

    Застосування  лукоподібного льоду збільшує термін зберігання свіжої риби з 1 до 10 днів. Для  охолодження 1 т свіжої риби від 26 до 0 °С потрібно 250 кг льоду. Автоматизовані роторні льодогенератори безперервного охолодження є пристроями безперервної дії. Вони виготовляють з прісної та солоної води сніговий і лускоподібний лід з об’ємною густиною 300÷500 кг/м³.

    Механічне відділення льоду економічніше, ніж його відтавання, тому роторні льодогенератори споживають мінімум холоду (400÷500 кДж/кг), та електроенергії (145÷200 кДж/кг), вони найбільш компактні (0,1÷0,3 м³/т за добу). Собівартість лускоподібного льоду на 40÷50 % менша за вартість блочного льоду, здобутого у льодогенераторах з розсільним охолодженням.

    Середні показники для льодогенераторів різних типів приведенні в табл.

                                                                      Таблиця

     

    Роторні льодогенератори з льодом, що безперервно  зрізаються, є інтенсивними завдяки тонкошаровому заморожуванню. Роторні льодогенератори працюють як за умови циркуляції води, так і при обмеженій її подачі без циркуляції і виготовляють при t_х.а.= -15÷ -30 °С сухий лускоподібний лід. 
 

    Якість  льоду

Лускоподібний лід:

    • сухий, переохолоджений з товщиною 0,5…2,5 мм і температурою -6…-12 °С; дозволяє давати швидкий і інтенсивний морозильний ефект за рахунок низької температури льоду;

    • має більшу площу зіткнення з  охолоджуваним продуктом;

    • можливість транспортування пневмотранспортом;

    • має тенденцію до злипання лусочок  при довгочаснім зберіганні в  середовищі з великими теплоприпливами (неізольований бункер для зберігання або відкрите викладення); 

Гранульований (колотий) лід:

    • температура льоду -0,5 °С. Даний температурний  показник є оптимальним для процесу теплообміну. Лід з даною температурою вивільняє значну силу холоду, тобто має максимально ефективну холодопродуктивність;

    • ідеальна температура для кутерування. Він твердий, але не твердий і  тим самим зберігає кутерні ножі;

    • нерівномірна й кристалічна поверхня забезпечує інтенсивне охолодження;

    • відсутність гострих країв, не ріже продукт при пересипанні льодом, викладенню на поверхню льоду. 

    Для інтенсифікації та підвищення ефективності роторних льодогенераторів здійснюють такі заходи:

• застосування насосних схем, що забезпечують інтенсивну циркуляцію холодоагенту;
• стабільне заповнення випарників рідким холодагентом при змінах теплового навантаження;
• застосування для виготовлення випарників льодогенераторів високо теплопровідних матеріалів (сталі 30, алюмінієвих сплавів АМг5; АД31);
• обмеження товщини стінок барабана;
• поліпшення системи зрошення різального пристрою;
• попереднє охолодження води;
• зниження температури кипіння холодоагенту;
• оребрення внутрішньої поверхні циліндрів випарника зі сторони холодоагенту.

 

    2.2 Виробництво штучного льоду 

    Для виробництва штучного льоду застосовують льодогенератори (технологічна холодильна установка).

Льодогенератори по способу виробництва  льоду діляться на два типи: