Способ кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы
Владельцы патента RU 2761691:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО «АГТУ» (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способу кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы. Способ кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы включает очистку, охлаждение, осушение, нагревание, увлажнение внутреннего воздуха в течение всего года. При температуре наружного воздуха меньше температуры внутреннего воздуха, подаваемого в камеру вяления рыбы, наружный воздух предварительно нагревают до температуры 5-15°С, используя тепло внутреннего воздуха, смешивают с внутренним воздухом и направляют в камеру вяления. Затем увлажнённый и охлаждённый воздух из камеры вяления разделяют на четыре потока. Первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают. Второй поток охлаждают до 8-12°С, осушают и смешивают с первым потоком. Затем воздушную смесь смешивают с подогретым наружным воздухом. Полученную смесь нагревают, смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления. Получившуюся смесь направляют в камеру вяления, замыкая цикл. Четвёртый поток из камеры вяления направляют на дополнительный нагрев входящего наружного воздуха. Технический результат – снижение энергозатрат на процессы обработки воздуха при сушке и вялении рыбы. 4 ил., 3 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности, и в частности к способам кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы.
Известен способ кондиционирования воздуха в камерах сушки сырокопченых колбас, включающий смешение наружного и внутреннего воздуха, охлаждение с осушением, нагревание и увлажнение смеси воздуха, температуре наружного воздуха меньше, чем минимальная температура точки росы приточного воздуха, количество наружного воздуха в его смеси с внутренним изменяют в соответствии с изменением параметров воздуха в камере сушки и температуры наружного воздуха таким образом, что влагосодержание смеси становится равным влагосодержанию приточного воздуха (патент РФ №2293256, 2007 г.). Однако данный способ является энергозатратным и не позволяет сократить время обработки продукции.
Наиболее близким по технической сути является способ включающий очистку, охлаждение, осушение, нагревание и увлажнение внутреннего воздуха в течение всего года, при температуре наружного воздуха tнар меньше или равной температуре приточного воздуха tп, т.е. tнарtп, охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляют путем смешения его с наружным воздухом при поддержании заданной температуры смеси, равной температуре приточного воздуха (tсм=tп), при этом смешение осуществляют при изменении количества наружного воздуха, лежащего в пределах 80 - 5%, после чего смесь очищают, нагревают и увлажняют (патент РФ №2162572, 2001 г.) Однако, данный способ имеет недостаточную энергоэффективность и не позволяет снизить затраты на технологический процесс.
Технический результат - снижение энергозатрат на процессы обработки воздуха при сушке и вялении рыбы.
Он достигается тем, что в способе, включающем очистку, охлаждение, осушение, нагревание, увлажнение внутреннего воздуха в течение всего года, при температуре наружного воздуха меньше температуры внутреннего воздуха, подаваемого в камеру вяления рыбы, наружный воздух предварительно нагревают до температуры 5-15°С, используя тепло внутреннего воздуха, смешивают с внутренним воздухом, смесь доводят до температуры 24-25°С и направляют в камеру вяления, затем увлажненный и охлажденный воздух из камеры вяления с температурой 20-22°С, разделяют на четыре потока, первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают, второй поток охлаждают до 8-12°С осушают и смешивают с первым потоком, затем воздушную смесь смешивают с подогретым до температуры 5-15°С поступающим наружным воздухом, полученную смесь, нагревают, используя теплоту конденсации холодильного агента до температуры 27-29°С, смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления, получившуюся смесь с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, замыкая цикл, четвертый поток воздуха из камеры вяления с температурой 20-22°С, в количестве равном 60-100% от количества поступающего наружного воздуха, направляют на дополнительный нагрев входящего наружного воздуха, температуру воздуха и относительную влажность на входе в камеру регулируют в холодный период за счет изменения расхода приточного наружного воздуха, а в теплый период за счет изменения расхода осушенного воздуха первого и второго потоков.
Способ осуществляют следующим образом:
В камеру вяления закладывают разделанную рыбу на стеллажи. Затем наружный воздух предварительно нагревают до температуры 5-15°С, используя тепло внутреннего воздуха, и смешивают с внутренним воздухом и с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, затем увлажненный и охлажденный воздух из камеры вяления с температурой 20-22°С, разделяют на четыре потока, первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают, второй поток охлаждают до 8-12°С и осушают, после чего смешивают с первым потоком, затем воздушную смесь смешивают с подогретым до температуры 5-15°С поступающим наружным воздухом, полученную смесь, нагревают, используя теплоту конденсации холодильного агента до температуры 27-29°С, после чего смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления, получившуюся смесь с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, замыкая цикл, четвертый поток воздуха в холодное время из камеры вяления с температурой 20-22°С, в количестве равном приточному наружному воздуху, направляют на дополнительный нагрев входящего наружного воздуха.
Пример 1 осуществления способа в холодный период:
В камеру вяления на стеллажи закладывается разделанная рыба массой в 1000 кг. Затем наружный воздух предварительно нагревают до температуры 5-15°С, используя тепло внутреннего воздуха, и смешивают с внутренним воздухом и с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, затем увлажненный и охлажденный воздух из камеры вяления с температурой 20-22°С, разделяют на четыре потока, первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают, второй поток подмешивают без охлаждения, после чего смешивают с первым потоком, затем воздушную смесь смешивают с подогретым до температуры 5-15°С поступающим наружным воздухом в количестве 10-30% от массы воздуха в камере вяленья, полученную смесь, нагревают, используя теплоту конденсации холодильного агента до температуры 27-29°С, после чего смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления, получившуюся смесь с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, замыкая цикл, четвертый поток воздуха из камеры вяления с температурой 20-22°С, в количестве равном приточному наружному воздуху (10-30%), направляют на дополнительный нагрев входящего наружного воздуха. Скорость движение потока воздуха через камеру вяления поддерживают на уровне 1,5 м/с.
Пример 2 осуществления способа в теплый период:
В камеру вяления на стеллажи закладывается разделанная рыба массой в 1000 кг. В летнее время наружный воздух не подают. Внутренний воздух с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, затем увлажненный и охлажденный воздух из камеры вяления с температурой 20-22°С, разделяют на три потока, первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают, второй поток охлаждают до 8-12°С и осушают, после чего смешивают с первым потоком, полученную смесь, нагревают, используя теплоту конденсации холодильного агента до температуры 27-29°С, после чего смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления, получившуюся смесь с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, замыкая цикл.
Способ осуществляется с помощью установки для кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы:
На чертеже изображено предлагаемое устройство для осуществления способа и процессы обработки воздуха в диаграмме влажного воздуха:
фиг. 1 - схема установки кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы;
фиг. 2 - потоковый граф движения воздуха в камере вяления по предлагаемому способу;
фиг. 3 - H-d диаграмма процесса кондиционирования воздуха по предлагаемому способу в теплый период года;
фиг. 4 - H-d диаграмма процесса кондиционирования воздуха по предлагаемому способу в холодный период года;
Установка содержит камеру вяления 1, оснащенную воздуховодами 2, воздушные фильтры 3, установленные на входе наружного воздуха и выходе из камеры вяления, рекуператор 4, соединенный с приточным вентилятором 5 и камерой вяления, конденсатор-теплоутилизатор холодильной машины 6, расположенный после смесительной камерой 7, испаритель холодильной машины 8 и испаритель теплового насоса 9 установленные перед смесительной камерой 7 и воздушными фильтрами 3, вентиляторы воздухоохладителей 10, установленные на испарителях 8 и 9, конденсатор теплового насоса 11, установленный за конденсатором-утилизатором холодильной машины 6, осевой вентилятор 12, установленный после конденсатора теплового насоса 11 и соединенный воздуховодом 2 с камерой вяления 1, вытяжной вентилятор 13, соединенный с рекуператором 3, выходная камера 14, соединенная с рекуператором 4.
Установка работает следующим образом.
Воздушная смесь с температурой 25°С поступает в камеру вяления, затем она разделяется на четыре потока воздуховодами, первый и второй потоки через воздушные фильтры 3 попадают в испарители холодильной машины и теплового насоса 8 и 9, затем с помощью вентиляторов воздухоохладителей 10 направляют в смесительную камеру 7, где два потока смешиваются с подогретым наружным воздухом, подаваемым приточным вентилятором 5. Затем воздушную смесь подают в конденсатор - теплоутилизатор холодильной машины бив конденсатор теплового насоса 11, где нагревают до температуры 27-29°С, после этого подогретую воздушную смесь смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления 1, и направляют в камеру вяления 1, замыкая цикл. Четвертый поток из камеры 1 подают в рекуператор 4 вытяжным вентилятором 13, подогревая поступающий наружный воздух, после чего направляют в выходную камеру 14 и выбрасывают в атмосферу.
На фиг. 2 изображен потоковый граф для предлагаемого способа кондиционирования. На данном рисунке изображены потоки воздуха и их движение через основные компоненты установки для кондиционирования воздуха. На основании фигуры 2 построены диаграммы кондиционирования воздуха в теплый фигура 3 и холодный фигура 4 периоды года.
На фиг. 3 изображена диаграмма кондиционирования воздуха в теплый период года.
Процессы на фигуре 3 имеют следующее обозначения:
1-2 - процесс охлаждения и увлажнения воздуха в камере вяления; 2-3 - процесс охлаждения и осушения воздуха в испарителе холодильной машины; 2-4 - процесс охлаждения и осушения воздуха в испарителе теплового насоса; 3-4-5 - процесс смешения потоков воздуха 3 и 4; 5-6 - процесс нагрева воздуха в конденсаторе-утилизаторе холодильной машины; 6-7 - процесс нагрева воздуха в конденсаторе теплового насоса; 7-2-8 - процесс смешения поток воздуха 7 и 2; 8-1 - процесс нагрева воздуха в вентиляторе рециркуляции.
На данной фигуре видно, что часть нагрева воздуха берет на себя конденсатор - теплоутилизатор холодильной машины, понижая затраты на дополнительный нагрев воздуха.
На фиг. 4 изображена диаграмма кондиционирования воздуха в холодный период года.
Процессы на фигуре 4 имеют следующее обозначения:
1-2 - процесс охлаждения и увлажнения воздуха в камере вяления; 2-3 - процесс охлаждения и осушения воздуха в испарителе теплового насоса; 4-5 - процесс нагрева наружного воздуха в приточном вентиляторе; 5-6 - процесс нагрева приточного воздуха в рекуператоре; 6-3-7 - процесс смешения потоков 6 и 3; 7-8 - процесс нагрева в конденсаторе теплового насоса; 8-2-9 - процесс смешения потоков 8 и 2. 9-1 - процесс нагрева в вентиляторе рециркуляции.
На фигуре 4 видно, что использование рекуператора позволяет снизить затраты на нагрев поступающего наружного воздуха.
Пример расчета данных при работе установки кондиционирования воздуха:
Исходные данные для расчета следующие: количество загружаемой рыбы 1000 кг, температура на входе в камеру вяления 25°С, относительная влажность воздуха 55%, количество удаляемой влаги в камере вяления 30 кг/ч. Расход воздуха 40000 м3/ч соответствует скорости воздуха 1,5 м/с. Время вяления составляет 20 ч. Температура наружного воздуха в холодный период -5°С и относительная влажность воздуха 50%. При расчете учитывалась теплота, выделяемая электродвигателями вентиляторов.
В теплый период года начиная с 25°С подача наружного воздуха не осуществляется. В результате расчета режима работы по известному способу (по патенту РФ №2162572) для теплого периода установлено, что холодопроизводительность холодильной машины составила 46,5 кВт, тепловая мощность воздухонагревателя 42, 46 кВт, электрическая мощность холодильной машины и вентилятора рециркуляции составила 12,76 кВт.
Для теплого периода параметры точек процессов на фиг. 3 приведены в таблице 1.
При использовании в теплый период конденсатора-теплоутилизатора холодильной машины теплота утилизации конденсации составляет 28% от всей конденсации холодильной машины.
Холодопроизводительность теплового насоса составила:
где GA - расход воздуха через тепловой насос, кг/ч; I2 - энтальпия на входе в тепловой насос, кДж/кг (в точке 2); I4 - энтальпия на выходе ив теплового насоса, кДж/кг (в точке 4); параметры точек в таблице 1.
Холодопроизводительность холодильной машины:
Тепловая мощность теплового насоса составила:
Тепловая мощность теплоутилизатора-конденсатора холодильной машины:
Потребляемая электрическая мощность холодильной машины, теплового насоса и вентилятора:
N=Nхм+Nтн+Nцир=1,92+5,59+4,5=12,01 кВт,
где Nхм - потребляемая мощность холодильной машины, Nтн - потребляемая мощность теплового насоса, Nцир - потребляемая мощность циркуляционного насоса;
При использовании в теплый период теплоутилизатора-конденсатора холодильной машины при использовании 28% теплоты конденсации холодильной машины электрическая мощность составила 12,01 кВт, что ниже на 6,2%, чем при отсутствии конденсатора-теплоутилизатора.
Для холодного периода параметры точек процессов на фигуре 4 приведены в таблице 2.
В холодный период при подаче наружного воздуха холодильная машина может отключаться и работает схема только с тепловым насосом. Холодопроизводительность теплового насоса:
где G3 - расход воздуха через тепловой насос, кг/ч; I2 - энтальпия на входе в тепловой насос, кДж/кг (в точке 2); I3 - энтальпия на выходе ив теплового насоса, кДж/кг (в точке 3); параметры точек в таблице 2.
Тепловая мощность теплового насоса:
Потребляемая электрическая мощность:
N=Nтн+Nприт+Nвыт+Nцир=5,49+0,14+0,14+4,5=10,28 кВт,
где Nхм - потребляемая мощность холодильной машины, Nтн - потребляемая мощность теплового насоса, Nцир - потребляемая мощность циркуляционного насоса; Nвыт - потребляемая мощность вытяжного насоса;
В холодный период при подаче наружного воздуха холодильная машина может отключаться и работает схема только с тепловым насосом. В результате расчета холодного режима работы установлено, что при температуре -5°С и относительной влажности 50% расход наружного воздуха составляет 650 м3/ч. При этом потребляемая электрическая мощность 10,28 кВт, что ниже, чем в летний период на 22%.
Рассчитаем затраты на систему кондиционирования воздуха для вяления рыбы при заданных условиях работы при действующих тарифах на электроэнергию и тепловую энергию.
Затраты на тепловую энергию приняты по тарифам Астраханской области (Услуги и тарифы. Астраханские тепловые сети / Дата обращения 10.10.2020, URL - https://teploseti30.ru/potrebitelyam/uslugi-i-tarifyi) 1929,20 руб./Гкал (в т.ч. НДС).
Затраты на тепловую энергию расчитаем по уравнению
где Qвн, кВт - тепловая нагрузка на воздухонагреватель, q=1163 кВт/(Гкал/ч) перевод из кВт в Гкал/ч, Степл=1929,20 руб/Гкал - стоимость Гкал тепловой энергии.
Затраты на электронергию приняты по тарифам Астраханской области (Тарифы на электроэнергию для малых предприятий и ИП в 2020 / Дата обращения 10.10.2020, URL - https://time2save.ru/articles/tarify-na-elektroenergiyu-dlya-melkih-predpriyatiy-v-2018) 6,42 руб./кВт*ч (без НДС), a при ставке НДС 18% цена составит 7,57 руб./кВт*ч (в т.ч. НДС).
где N, кВт - потребляемая электрическая мощность, Сэл=7,57 руб/кВт*ч - стоимость электроэнергии
Результаты расчета по формулам (1) и (2) затрат электроэнергии и тепловой энергии для различных схем и режимов работы системы кондиционирования воздуха представлены в таблице 3.
На основании расчетов можно сделать вывод, что затраты на потребляемую энергию по предлагаемому способу снижаются по сравнению со способом прототипа в теплый период года на:
а в холодный период года на:
Положительный эффект - предлагаемый способ позволяет повысить энергоэффективность процесса сушки и вяления рыбы, при уменьшении потребляемой мощности за счет использования наружного воздуха и утилизации тепла. Использование предлагаемого способа позволяет производить кондиционирование воздуха при отсутствии источников тепловой энергии и при наличии только источника электроэнергии.
Способ кондиционирования воздуха при сушке и вялении рыбы, включающий очистку, охлаждение, осушение, нагревание внутреннего воздуха в течение всего года, отличающийся тем, что при температуре наружного воздуха меньше температуры внутреннего воздуха, подаваемого в камеру вяления рыбы, наружный воздух предварительно нагревают до температуры 5-15°С, используя тепло внутреннего воздуха, смешивают с внутренним воздухом, смесь доводят до температуры 24-25°С и направляют в камеру вяления, затем увлажнённый и охлаждённый воздух из камеры вяления с температурой 20-22°С, разделяют на четыре потока, первый поток охлаждают до температуры 12-15°С и осушают, второй поток охлаждают до 8-12°С осушают и смешивают с первым потоком, затем воздушную смесь смешивают с подогретым до температуры 5-15°С поступающим наружным воздухом, полученную смесь нагревают, используя теплоту конденсации холодильного агента, до температуры 27-29°С, смешивают с третьим потоком, идущим из камеры вяления, получившуюся смесь с температурой 24-25°С направляют в камеру вяления, замыкая цикл, четвёртый поток воздуха из камеры вяления с температурой 20-22°С, в количестве, равном 60-100% от количества поступающего наружного воздуха, направляют на дополнительный нагрев входящего наружного воздуха, температуру воздуха и относительную влажность на входе в камеру регулируют в холодный период за счёт изменения расхода приточного наружного воздуха, а в тёплый период за счёт изменения расхода осушенного воздуха первого и второго потоков.
