Проект тележечного скороморозильного аппарата для замораживания мясных фрикаделек производительностью 800 кг/ч на действующих мясоперерабатывающих предприятиях в городе Санкт-Петербурге

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Холод применяется во многих отраслях промышленности: в химической, горнорудной, металлургической и др. Особенно большое применение получил холод в пищевой промышленности для хранения скоропортящихся продуктов, а также в технологическом процессе производства пищевых продуктов при их термической обработке и транспортировке железнодорожным и другим транспортом.

Анализ современного потребительского рынка показывает, что сегмент полуфабрикатов в общей доле вырабатываемых мясных продуктов остается наиболее динамично развивающимся в отношении объемов реализации, ассортимента и ценовых категорий вырабатываемых продуктов. Доля полуфабрикатов в общем ассортименте мясных продуктов увеличилась с 12 % в 90-х годах до 36 % в настоящее время и, согласно прогнозам специалистов, в ближайшие годы будет продолжать расти. Это можно объяснить тем, что при использовании подобной продукции значительно сокращаются затраты труда на приготовление пищи предприятиями общественного питания и в домашних условиях, готовые продукты имеют высокое качество, количество отходов минимально, что в целом способствует улучшению питания человека.

Промышленность выпускает в большом ассортименте полуфабрикаты и кулинарные изделия высокой степени готовности, а также большое количество замороженных полуфабрикатов: пельменей, мясных фрикаделек, вареников, продуктов из фруктов и овощей. Для сохранения и переработки все возрастающего количества пищевых продуктов необходимо значительное повышение объемов и темпов строительства холодильников и холодильного оборудования, а также техническое совершенствование существующих холодильных предприятий.

Совершенствование холодильной техники и технологии производства быстрозамороженной продукции предполагает переход с камерного на аппаратное замораживание с помощью скороморозильной техники.

На мировом рынке представлено достаточно большое количество разновидностей скороморозильной техники, которые широко используются на крупных и малых предприятиях по производству замороженных полуфабрикатов. Однако, как показывает опыт, наряду с техническими проблемами их эксплуатации, возникает необходимость уточнения для конкретных изделий условий замораживания, которые в рамках технической характеристики аппарата варьируют в достаточно широких пределах.

Кроме того, известно, что продолжительность замораживания, потери от усушки и последующей тепловой обработки зависят от функционально-технологических свойств конкретного продукта, определяющих его качество и потребительские свойства.

В этой связи представляется актуальным изучение и проектирование скороморозильных аппаратов для замораживания мясных полуфабрикатов, позволяющее установить рациональные режимы холодильной обработки и обеспечить высокое качество продукта.

Цель работы:

Проект тележечного скороморозильного аппарата для замораживания мясных фрикаделек производительностью 800 кг/ч на действующих мясоперерабатывающих предприятиях в городе Санкт-Петербурге.



1. Технико-экономическое обоснование

В зависимости от задач холодильной обработки и предполагаемых сроков хранения мясо и мясопродукты подвергают охлаждению, подмораживанию и замораживанию.

Охлаждение мяса - это понижение температуры в толще туши до +4…-1 °С. Продолжительность хранения зависит от вида сырья, исходной микробиологической обсемененности, рН, ряда других факторов и составляет от 5 до 16 суток.

Подмораживание мяса ведут при температуре на 2…3 °С ниже криоскопической. Толщина подмороженного слоя не должна превышать 4 см. При этом длительность хранения должна быть не более 20 суток.

Замораживание - один из наиболее распространенных методов консервирования мяса, позволяющий сохранить питательные и большую часть вкусовых качеств свежего мяса в процессе длительного хранения продукта. Замороженное мясо имеет температуру в толще мышц бедра не выше -8 °С. Продолжительность хранения зависит от температуры и вида мяса и составляет 6…12 месяцев и более.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом для замораживания продуктов питания используются следующие основные способы:

конвективный (в интенсивном потоке холодного воздуха);

контактный (путем непосредственного контакта продукта с охлаждающей средой и путем контакта с плитами, охлаждаемыми хладагентом);

криогенный (с использованием жидкого азота, жидкого воздуха, жидкой или твердой углекислоты и др.).

Холодильное оборудование, применяемое на мясоперерабатывающих предприятиях малой и средней мощности, предназначено для холодильной обработки и хранения мяса и продуктов его переработки. С этой точки зрения данное оборудование условно можно разделить на две большие группы - универсальное и специальное.

К универсальному оборудованию, позволяющему наряду с холодильной обработкой и хранить продукцию, относят холодильные шкафы и сборные холодильные камеры.

Группу специального оборудования составляют морозильные аппараты с интенсивным движением воздуха, плиточные морозильные аппараты и криогенные морозильные агрегаты и линии. Это оборудование не предназначено для хранения продукции, а осуществляет только ее холодильную обработку.

Основными критериями выбора аппарата является удовлетворение ряду технических требований и технико-экономическая эффективность его применения. Выбор аппарата зависит от свойств замораживаемого продукта, требуемой производительности, условий размещения оборудования.

Быстрое замораживание способствует длительному хранению, а также влияет на целостность продуктов после разморозки. Чем меньше время заморозки, тем лучше. Повторное замораживание полуфабрикатов недопустимо, поэтому замораживать готовую продукцию лучше сразу после формования.

Замораживание фрикаделек в скороморозильном аппарате происходит в две смены по 8 часов каждая, шесть дней в неделю.

С учетом праздничных дней и дней, отведенных на ремонт оборудования, количество рабочих дней скороморозильного аппарата в году составляет:

дн/год.,

где 365 - количество дней в году, дн/год;

53 - количество воскресений в году, дн/год;

12 - количество праздничных нерабочих дней в году, без учета воскресений, дн.;

18 - количество дней, отведенных на ремонт оборудования, дн/год.

Количество рабочих смен скороморозильного аппарата в году составляет:

см/год.,

где 282 - количество рабочих дней в году, дн/год;

2 - количество смен в один рабочий день, см/дн.

Количество рабочего времени скороморозильного аппарата составляет:

ч/год,

где 564 - количество рабочих смен в году, см/год;

8 - продолжительность одной смены, ч/см.

Производительность скороморозильного аппарата в год составляет:

,

где 800 - производительность скороморозильного аппарата, кг/ч;

4512 - количество рабочего времени скороморозильного аппарата, ч/год.



2. Технологическая часть

Линия производства замороженных мясных фрикаделек состоит из машины для обвалки и жиловки мяса, хлеборезки, дозатора воды, волчка для измельчения хлеба, ванны для хлебной массы, насоса для перекачки хлебной массы в смеситель, волчка для измельчения мяса, фаршемешалки, формовочного автомата, воздушного морозильного аппарата и стола для готовой продукции.

Говядина поступает по транспортеру к машине для обвалки и жиловки, а мякоть направляется в волчок для измельчения. Одновременно на хлеборезке нарезается ржаной хлеб, который вместе с необходимым количеством воды доставляется в волчок для измельчения. Измельченная хлебная масса поступает в ванну для хлебной массы. Приготовление фарша осуществляется в фаршемешалке непрерывного действия, куда последовательно загружают мясо и вспомогательные продукты. Для понижения температуры фарша при перемешивании в фаршемешалку добавляют дробленый или чешуйчатый лед вместо воды. Для добавки в фаршемешалку вспомогательных продуктов используют массовые и объемные дозаторы. Приготовленный фарш формуют на автоматах. Отштампованные фрикадельки транспортером подаются на ленту воздушного морозильного аппарата. На упаковочном столе замороженные фрикадельки укладывают вручную в металлические ящики с вкладышами и направляют в камеры хранения мороженой продукции.

Достоинство линии - механизация и поточное производство мороженых фрикаделек, а недостаток - применение ручного труда на ряде операций (жиловка, укладка готовой продукции).[1, c. 273]



Табл.1

Показатели	Поточная линия для производства фрикаделек
Производительность, кг/ч Тип морозильного аппарата Количество морозильных аппаратов, шт. Температура, ?С теплоотводящей среды тамороженного продукта	800 Воздушный 1 -35 -18

Табл.2. Рецептура замороженных фрикаделек

Сырье	Содержание подготовленного сырья на 100 кг фрикаделек, кг
Мясо жиловое говяжье 1 сорта	76
Мясо жиловое свиное полужирное	-
Жир-сырец говяжий	5
Обрезки свиного шпика или жирной свинины	3
Щековина свиная или свиная обрезь	-
Лук репчатый свежий очищенный	16
Молоко сухое	-
Яйца куриные свежие или меланж	-
Сухарная панировочная мука	-
Соль поваренная	2
Вода питьевая	15
Всего сырья	117,05

Фрикадельки имеют шарообразную, удлиненную форму и весят 9 г. Фрикадельки, слипшиеся в комки или деформированные, не подлежат реализации.



2.1 Расчет продолжительности замораживания

Табл.3. Исходные данные

Тележечный скороморозильный аппарат
Производительность	G = 800кг/ч = 0,222кг/с
Начальная температура фрикадельки мясной	tн = 10?С
Конечная среднеобъемная температура продукта	tVк = -18?С
Скорость движения воздуха в аппарате	х = 2 м/с
Криоскопическая температура фрикадельки мясной	tкр = -3,3?С
Влажность фрикадельки мясной	w = 0,65%
Характеристики продукта
Масса	m = 9г
Плотность	с = 1077 кг/м3
Теплопроводность фрикадельки мясной охлажденной	ло = 0,44 Вт/(м•К)
Диаметр фрикадельки	d = 0,025 м

Продолжительность замораживания фрикадельки мясной определена по формуле Планка:

(1)

где qз - удельная теплота замораживания, Дж/кг;

с - плотность фрикадельки мясной, кг/м3;

tкр - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

tо - температура окружающей среды, ?С;

l - определяющий размер, м;

Ф - коэффициент формы фрикадельки мясной;

лз - теплопроводность фрикадельки мясной замороженной, Вт/(м•К);

би - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2/К).



Удельная теплота замораживания

, (2)

где L - удельная теплота льдообразования, 335000 Дж/кг3;

w - влажность фрикадельки мясной;

щ1 - доля вымороженной воды;

Со - удельная теплоемкость фрикадельки мясной охлажденной, Дж/(кг•К);

Сз - удельная теплоемкость фрикадельки мясной замороженной, Дж/(кг•К);

tн - начальная температура фрикадельки мясной, ?С;

tкр - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

tVк - конечная среднеобъемная температура продукта, ?С.

Доля вымороженной воды.

(3)

где -3,3 - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

-18 - конечная среднеобъемная температура продукта, ?С.

Удельная теплоемкость фрикадельки мясной охлажденной.

Дж/(кг•К), (4)

где 0,65 - влажность фрикадельки мясной;

1500 - удельная теплоемкость сухих веществ, Дж/(кг•К).

Удельная теплоемкость фрикадельки мясной замороженной.

, (5)

где w - влажность фрикадельки мясной;

щ2 - доля вымороженной воды при среднелогарифмической температуре замораживания.

, (6)

(7)

По формуле (6) определена доля вымороженной воды:

,

где -3,3 - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

-8,7 - среднелогарифмическая температура замораживания, ?С.

Тогда, по формуле (5), удельная теплоемкость фрикадельки мясной замороженной составляет:

где 0,65 - влажность фрикадельки мясной;

0,62 - доля вымороженной воды при среднелогарифмической температуре замораживания.

Теплопроводность фрикадельки мясной замороженной.

(8)

где 0,44 - теплопроводность фрикадельки мясной охлажденной, Вт/(м•К);

?л = 0,95ч1,05 Вт/(м•К);

0,62 - доля вымороженной воды при среднелогарифмической температуре замораживания.

Коэффициент теплоотдачи.

По формуле Юнгерса:

, (9)

где 2 - скорость движения воздуха в аппарате, м/с.

По формуле (2) найдена удельная теплота замораживания:

где 335000 - удельная теплота льдообразования, Дж/кг3;

0,65 - влажность фрикадельки мясной;

0,82 - доля вымороженной воды;

3247 - удельная теплоемкость фрикадельки мясной охлажденной, Дж/(кг•К);

2401 - удельная теплоемкость фрикадельки мясной замороженной, Дж/(кг•К);

10 - начальная температура фрикадельки мясной, ?С;

-3,3 - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

-18 - конечная среднеобъемная температура продукта, ?С.

Коэффициент формы.

(10)

где V - объем фрикадельки мясной, см3;

S - площадь поверхности фрикадельки мясной, см2;

L - определяющий размер, см.

(11)

где 9•10-3 - масса фрикадельки мясной, кг;

1077 - плотность фрикадельки мясной, кг/м3

После формовки фрикаделька имеет форму цилиндра, значит:

(12)

(13)

где d - диаметр фрикадельки мясной после формовки, см;

h - высота фрикадельки мясной после формовки, см.

Из формулы (12) выражена длина фрикадельки после формовки:

где 8,36 - объем фрикадельки мясной, см3;

2,5 - диаметр фрикадельки мясной после формовки, см.

По формуле (13) найдена площадь фрикадельки после формовки:

где 1,7 - высота фрикадельки мясной после формовки, см;

2,5 - диаметр фрикадельки мясной после формовки, см.

Найден коэффициент формы фрикадельки по формуле (13):

где 8,36 - объем фрикадельки мясной, см3;

23,17 - площадь поверхности фрикадельки мясной, см2;

0,85 - определяющий размер, см.

Рассчитали продолжительность замораживания фрикадельки мясной при средней температуре воздуха в аппарате -30?С, скорости движения воздуха 2 м/с по формуле (1):

где 257000 - удельная теплота замораживания, Дж/кг;

1077 - плотность фрикадельки мясной, кг/м3;

-3,3 - криоскопическая температура фрикадельки мясной, ?С;

-30 - температура окружающей среды, ?С;

8,5•10-3 - определяющий размер, м;

0,42 - коэффициент формы фрикадельки мясной;

1,06 - теплопроводность фрикадельки мясной замороженной, Вт/(м•К);

26,64 - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2/К).

Аналогично рассчитали продолжительность замораживания при других условиях заморозки.

Табл. 4. Продолжительность замораживания, ч.

	-25 ?С	-30 ?С	-35 ?С	-40 ?С
х = 1 м/с	0,68	0,56	0,47	0,40
х = 2 м/с	0,53	0,43	0,36	0,31
х = 3 м/с	0,43	0,35	0,29	0,25

Табл. 5. Продолжительность замораживания, сек.

	-25	-30	-35	-40
х = 1 м/с	2448	2016	1692	1440
х = 2 м/с	1908	1548	1296	1116
х = 3 м/с	1548	1260	1044	900

Построены кривые скорости замораживания, показывающие влияние температуры воздуха на продолжительность замораживания в воздушной среде мясных фрикаделек.



График 1. График скорости замораживания t = f(??).

Наибольший эффект замораживания виден при увеличении скорости движения воздуха от 1 м/с до 2 м/с. Понижение температуры в аппарате на 1 ?С увеличивает расход энергии на 6-7%, поэтому экономически выгодней замораживать фрикадельки при t = -30 ?C. Продолжительность замораживания одной фрикадельки составляет при этом 1548 сек.

2.2 Расчет скороморозильного аппарата

Единовременная емкость аппарата.

кг, (14)

где 0,222 - производительность скороморозильного аппарата, кг/с;

1548 - продолжительность замораживания фрикадельки, с.

2) Расчет количества тележек аппарата

Размер одного противня 750х480х10 мм.

Площадь противня, занимаемая фрикадельками, 750•480 = 360000 мм2.

Принято расстояние между фрикадельками 10 мм.

Площадь поверхности противня, занимаемая одной фрикаделькой

35•35 = 1225 мм2.

Количество фрикаделек на одном противне шт.

Примем высоту одной тележки 1700 мм.

Расстояние между противнями 50 мм.

Количество противней в одной тележке 1700/50=34 шт.

Количество фрикаделек на одной тележке 293•34=9962 шт

Масса фрикаделек на одной тележке

Количество тележек в аппарате

2.3 Расчет габаритов аппарата

Габариты аппарата приняли с учетом следующих параметров:

тележки расположены в 2 ряда по 2 тележки в каждом. Длина одной тележки 760 мм, ширина 490 мм, высота 1700 мм. Расстояние между тележками 200 мм. Учитывается грузовой отсек и вентилятор. Расстояние между противнями 50 мм.

Габариты аппарата: 1680х1060х2300 мм.



Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован скороморозильный тележечный аппарат производительность 800 кг/ч. В ходе проведенной работы было выявлено, что для замораживания одной фрикадельки оптимальная скорость движения воздуха в аппарате составляет 2 м/с при температуре -30 ?С. Продолжительность замораживания при этих условиях составляет 1548 сек. Было получено, что у аппарата такой производительность должно быть 4 тележки по 34 противней размером 750х480х10 в каждой. Габариты спроектированного аппарата 1680х1060х2300 мм.

аппарат скороморозильный тележечный фрикаделька



Список использованной литературы

Голянд М.М., Малеванный Б.Н.: Холодильное технологическое оборудование, - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 336 с.

Гутник, Б.Е., Генералов Н.Ф., Шигаев Н.К.: Справочник по разделке мяса, производству полуфабрикатов и замороженных готовых мясных блюд, -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 344 с.

Размещено на Allbest.ru