Сравнение затрат электроэнергии на заморозку продукции

расчет экономии электроэнергии в промышленной заморозке

Затраты на электроэнергию на пищевом производстве составляют ощутимую долю себестоимости продукции, особенно когда речь идет об энергоемком процессе заморозки. Поэтому уже на стадии проектирования важно выбрать наиболее подходящую технологию замораживания, сравнив её с конкурирующими решениями.
В данной статье мы представим расчет для реального производства замороженных полуфабрикатов на примере современной жидкостной заморозки в сравнении с традиционной воздушной шоковой заморозкой.

Описание задачи

Для крупного производства требуется оборудование для заморозки сосисок в упаковке до 4000 килограмм в час.
Необходимо сравнить два метода промышленной заморозки, с выведением среднего значения затраченной электроэнергии на заморозку 1 килограмма продукта.

Дано:

  • Сосиски в упаковке по 380 грамм, размером 130 х 100 х 35 мм.
  • Материал вакуумной упаковки: упаковочная пленка PA/PE или PET/PE.
  • Начальная температура продукта до заморозки: +4оС.
  • Конечная температура продукта после заморозки: -18оС.
  • Рассматриваемые технологии заморозки: воздушная шоковая и жидкостная.

Жидкостная заморозка – это иммерсионный гомогенный способ заморозки продуктов питания, относящийся к сверхбыстрому способу наравне с криогенной заморозкой. Суть метода заключается в погружение продукта в низкотемпературный рассол, с температурой от -40оС и ниже с высокой циркуляцией. За счет этого происходит интенсивный теплосъем с продукта и увеличение скорости кристаллизации продукта до 1см за 5-10 минут.

Шоковая воздушная заморозка – это интенсивная заморозка индивидуальных продуктов за счет обдува специализированными воздухоохладителями в теплоизолированном помещении, скоростью не менее 3 м/с и температурой ниже -30оС. Скорость заморозки продукта составляет 1см за 40-70 минут.

Решение

Для расчета требуемой холодопроизводительности и подбора соответствующего оборудования воспользуемся формулой Тепловой нагрузки при термообработке:

Этот вид тепловой нагрузки является следствием того, что температура закладываемых в морозильную камеру продуктов выше температуры в камере. Следовательно, продукты в течение определенного времени, пока их температура не сравняется с температурой внутри камеры, будут выделять определенное количество тепла.

Тепловая нагрузка, обусловленная понижением температуры заложенных в камеру продуктов до температуры хранения, определяется по формуле:

расчет тепловой нагрузки при заморозке пищевой продукции

где mпр — суточный грузооборот продуктов, кг/сутки;

n — время термообработки продуктов в часах;

с1 — средняя удельная теплоемкость в интервале температур от t1 до t2 для каждого типа закладываемых продуктов, кДж/кг;

t1 — начальная температура закладываемых продуктов, °С;

t2 — температура верхней точки замерзания закладываемых продуктов, °С;

L — скрытая теплота замораживания закладываемых продуктов, кДж/кг;

с2 — средняя удельная теплоемкость в интервале температур от t2 до t3 для каждого типа закладываемых продуктов кДж/кг*К;

t3 — температура хранения продуктов, °С;

86400 — число секунд в сутках, с/сутки.

Таким образом, с1 является средней удельной теплоемкостью заложенных продуктов при температурах выше их точки замерзания, а с2 — средней удельной теплоемкостью этих продуктов при температурах ниже их точки замерзания.

Сведем данные расчетов в Таблицу 1.

Таблица 1

Наименование

Габариты оборудования

Σ Холод-ть, Вт

Хол.мощность системы, Вт

Жидкостная заморозка

BT [11000х1200хh1200]

179 200

94 200

Камера Шоковая заморозка

BT [20000х10000хh5000]

259 748

266 100

Расчет для жидкостной заморозки

Как видно из Таблице 1, холодильная мощность жидкостной заморозки значительно ниже, чем воздушной. Давайте разберем, как получилась данное значение.

Расчет холодопроизводительности жидкостной заморозки сравним с аналогичным для льдоаккумулятора, использующего вместо фактически вырабатываемой холодильной мощности аккумулирующую емкость с накопленным льдом. Лед копится во время простоя производства и использует лишь дополняющую холодильную машину для покрытия необходимой энергии.

В нашем случае мы имеем раствор, в составе которого присутствует этиловый спирт и дистиллированная вода, теплоемкость которого равна 2 273 Дж/кг*К, что позволяет использовать емкость с раствором в качестве аккумулирующей части холодильной системы.

Для расчёта количества энергии в аккумулирующей емкости необходимо понимать массу раствора. Так как мы знаем, что разовая загрузка продукта в емкости составит 670 килограмм сосисок в пачках, то с помощью не сложного модулирования мы получаем размер емкости 9000х1000хh600 мм, что эквивалентно 5 400 литрам.

Воспользуемся формулой, для расчета теплоты, затраченной на нагрев или охлаждения жидкости:

Q = Cp·m·(T2-T1)/3600, кВт,

где Ср — теплоёмкость раствора, 2273 Дж/кг·К;

m — масса рассола, m =ρ·V = 812 ·5,4 = 4385 кг;

t1 — начальная температура рассола, принимаем +20°С;

t2 — конечная температура раствора, -45°С;

Q = 0,631·4385·(20+45) = 179,96 кВт – холодопроизводительность аккумулирующего раствора.

Значение холодильной мощности, передаваемой раствору и мощностью, которую он отдает замораживаемой продукции – совпадают.

Согласно формуле требуемой холодопроизводительности установки для охлаждения жидкости:

Q(кВт) = G (м3/час) x (Тн – Тk) x Ср. – для компенсации холодильной мощности и поддержания температуры раствора -45оС мощность холодильной машины должна быть не менее 90 кВт.

Для поддержания температуры раствора был выбран холодильный агрегат 2-х ступенчатого сжатия, на базе 3-х поршневых компрессоров «Bitzer» S66F-60.2Y. Приведенные значения энергопотребляющего оборудования представлены в Таблице 2.

Таблиа 2

Оборудование

Канал

Хол-ие, Вт

Хол-ие прив., Вт

Элект-ие доп.оборудования., Вт

Жидкостная заморозка

BT [11000х1200хh1200]

179 200

90 000

37 000

Оборудование

Кол-во компрессоров/ модель

Сум.хол-ная мощность, Вт

Мощность конденсатора, Вт

Мощность потр-я, Вт

Агрегат BT "Bitzer" LIF

АНБ_3хS66F-60.2Y

94 200

186 900

92 700

Оборудование

Модель

Мощность конд-ра, Вт

Патрубки/ Шум

Мощность потр-я, Вт

Конденсатор BT LIF

GCHV RD 100.2QF/13A-60

208 100

54-42 / 92 дБ

9 890

Итого суммарная мощность электропотребления жидкостной заморозки производительностью 2000 кг/час составит 139,59 кВт. Что в расчете на 1 кг заморозки составляет 70 Вт электроэнергии.

Расчет для камеры шоковой заморозки.

Для данной системы заморозки существует классическая методика подбора оборудования. Расчетную холодопроизводительность возьмем из Таблицы 1, а время заморозки данного продукта в пачках примем за 4 часа. Распишем подобранное оборудование с характеристиками в Таблице 3.

Таблица 3

Оборудование

Канал

Хол-ие, Вт

Хол-ие прив., Вт

Элект-ие Вентиляторо Воздухоохладителе, Вт

Камера Шоковой заморозки

BT [20000х10000хh5000]

259748

266100

19 530

Оборудование

Кол-во компрессоров / модель

Сум.хол-ная мощность, Вт

Мощность конденсатора, Вт

Мощность потр-я, Вт

Агрегат BT Шокер "Bitzer"

АНБ_3 х HSN8571-125+ECO

281 000

488 000

242 000

Оборудование

Модель

Мощность конд-ра, Вт

Патрубки/ Шум

Мощность потр-я, Вт

Конденсатор BT Шокер

GCHV RD 090.2QF/23A-67

540 000

89-64 / 99 дБ

18 410

Маслоохладитель BT Шокер

GFHC OD 050.1/22-52

83 900

76-76 / 83 дБ

2 640

Итого суммарная мощность электропотребления шоковой заморозки производительностью 2000 кг/час составит 282,58 кВт. Что в отношении на 1 кг заморозки составит 141 Вт электроэнергии.

Вывод

Разница по затраченной электроэнергии между жидкостной заморозкой и шоковой воздушной заморозкой из расчета на 1 кг продукции составит около 50%.

В денежном выражении, из расчета 4,5 руб/кВт с НДС и производительности 2000 кг/час, получаем разницу в 375000 рублей в месяц.

Связанные статьи

Заморозка куриного филе блоками

Заморозка куриного филе блоками

Показываем, как быстро заморозить филе в блоках без плиточного морозильника.

Заморозка фарша крупной фасовки

Заморозка фарша крупной фасовки

Заморозили упаковку фарша весом 3кг всего за 1 час.

Заморозка клубники

Заморозка клубники

Заморозили клубнику в упаковке за 10 минут, дефростировали и сравнили со свежей.

Заморозка сосисок в упаковке

Заморозка сосисок в упаковке

Проверяем, как жидкостная заморозка скажется на брендированной упаковке.

Заморозка форели

Заморозка форели

Заморозили речную (ручьевую) форель за 30 минут.

Сравнение воздушной и жидкостной заморозки свинины

Сравнение воздушной и жидкостной заморозки свинины

Заморозили мясо в жидкостном морозильнике и сравнили потерю влаги в процессе дефростации.

Приглашаем к сотрудничеству

Желаете оптимизировать издержки на хранение продуктов или получить выгодное предложение по поставке оборудования ведущих брендов отрасли?

Напишите нам или закажите звонок!

Отправляя заявку, я соглашаюсь с политикой обработки персональных данных
Нужно холодильное оборудование?

Оставьте контакты и получите бесплатную консультацию

У Вас уже есть холодильное оборудование?

Оставьте контакты и бесплатно получите выездную оценку его состояния*

* предложение действительно только для Свердловской области
Хотите сделать предприятие более эффективным?

Получите предложение по оптимизации вашего производства бесплатно

Отправляя заявку, я соглашаюсь с политикой обработки персональных данных