Чиллер для темперирования шоколада: расчёт охлаждения

Чиллер для темперирования шоколада считают по массе шоколада, которую темперирующие и глазировочные машины за час охлаждают с 45 °C до температуры темперирования 28–31 °C, и по началу кристаллизации какао-масла. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по числу машин, их производительности и виду шоколада и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Охлаждение массы. Расплавленный шоколад приходит из танка при 40–45 °C, и в темперирующей машине его охлаждают до 27–28 °C, а затем слегка подогревают до рабочих 29–31 °C. Чиллер снимает первую, холодную ступень; это основная нагрузка.
• Кристаллизация. В зоне 27–28 °C часть какао-масла застывает в нужной форме, выделяя тепло; в массе образуются только зародыши кристаллов, и на них уходит ориентировочно 10 кДж на килограмм из 40–45 кДж полной кристаллизации.
• Приводы. Шнеки и мешалки машин греют массу и воду рубашки на величину мощности двигателя, как в расчёте тепловыделений от электродвигателей.
• Глазировочная машина. Шоколад в ней циркулирует и греется от насоса и воздуха цеха; её считают как темперирующую машину по массе шоколада, который она прокачивает.

Застывание глазури на изделиях происходит уже в тоннеле, и его считают отдельно в задаче о чиллере для охлаждающего тоннеля; там вода 5 °C и своя нагрузка.

Формула

Q_ш = n × G × (1,6 × (45 − t_т) + 10) / 3600

Q = (Q_ш + P_д) × (1 + k / 100)

G_в = Q / (1,163 × 5)

n — число машин на одном чиллере; G — производительность одной машины, кг/ч; 1,6 — теплоёмкость шоколада, кДж/(кг·°C); 45 — температура массы из танка, °C; t_т — температура темперирования по таблице, °C; 10 — тепло начала кристаллизации, кДж/кг; Q_ш — тепло от шоколада, кВт; P_д — суммарная мощность приводов машин, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G_в — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Вода в рубашке нужна не холоднее 10–12 °C: при более холодной стенке шоколад на ней застывает слоем, и машина теряет производительность. Это серийный диапазон, и чиллер подбирают по общему ряду; воду для производства готовят по справочнику о воде для чиллера.

Пример расчёта

Две темперирующие машины по 300 кг/ч молочного шоколада (29 °C), приводы 2 кВт, вода 12 °C, запас 15 %.

1. Тепло от шоколада: 2 × 300 × (1,6 × (45 − 29) + 10) / 3600 = 600 × 35,6 / 3600 = 5,933 кВт.
2. С приводами: 5,933 + 2,00 = 7,933 кВт.
3. Холодопроизводительность: 7,933 × 1,15 = 9,123 кВт, округлённо 9,1 кВт.
4. Расход воды: 9,123 / (1,163 × 5) = 1,57 м³/ч.

Как выглядит установка на 9,1 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 9 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по паспорту машины. Паспортная производительность — предел, а тепло определяет масса шоколада, которая реально проходит за час. На линии с простоями нагрузка ниже, при двух машинах на одном чиллере складывают только то, что работает одновременно.
• Один чиллер на темперирование и тоннель. Рубашкам нужна вода 12 °C, воздухоохладителям тоннеля — 5 °C. Если контур общий, уставку ставят по тоннелю, а на машины воду подают через подмес по расчёту температуры смешения; иначе шоколад застывает на стенках.
• Без бака при частых пусках. Машины включаются по очереди, и чиллер без запаса воды работает короткими циклами. Объём проверяют по расчёту бака-аккумулятора.
• Чиллер в горячем цехе без поправки. У варочных котлов и печей воздух у конденсатора 35–40 °C, и холодопроизводительность падает — об этом справочник о чиллере в жару; чиллер ставят с выносным конденсатором или в прохладном помещении.