Пароконвектомат и его применение в области пищевой индустрии (стр. 6 из 7)

1. Приход тепла:

а) с наружным воздухом:

Q₁ = L · I₀, Дж/ч = Дж/с (9)

Q₁=150,1094 ∙ 53165,1 = 7980581,2619 Дж/ч /3600 = 2216,8281 Дж/с

б) с влажным материалом:

Q₂ = G_н · t_н · c_п, Дж/ч = Дж/с, (10)

где t_н = t₀ = 20 град;

c_п – теплоемкость продукта, с_п=с_м, Дж/(кг·град)

Q₂ = 6,5 ∙ 20 ∙ 1059,311 = 137710,43 Дж/ч = 38,2529 Дж/с

в) в основном калорифере:

Q₃ = Q_к = L (I₁ – I₀), Дж/ч = Дж/с (11)

Q₃ = Q_к = 150,1094 (216923-53165,1) = 24581600,1143 Дж/ч/3600 = 6828,2223 Дж/с

2. Расход тепла:

а) с отработанным воздухом:

Q₄ = L · I₂, Дж/ч = Дж/с; (12)

Q₄ = 150,1094 ∙163,3759 = 24524,2583 Дж/ч /3600 = 6,8123 Дж/с

б) с готовым материалом (продуктом):

Q₅ = G_к c₂ t₂, Дж/ч = Дж/с, (13)

где с₂ – теплоемкость продукта после тепловой обработки,

с₂ = с^//м = 635,9866 Дж/(кг·град);

Q₅ = 2,7083 ∙ 635,9866 ∙ 63 = 108513,8781 Дж/ч /3600 = 30,1427 Дж/с

в) при загрузке и выгрузке продукта (при транспортировке продукта):

Q₆ = W c_в·θ, Дж/ч = Дж/с, где (14)

θ= t₂; c_в – теплоемкость воды, Дж/(кг·град), определяется по номограмме (см. приложение Б);

с_в = 1,005 ккал/кг∙С^о = 4,21 ∙ 10³ Дж/кг∙С^о

Q₆ = 3,7916 4,21 10³ 63 = 1005646,068 Дж/ч /3600 = 279,3461 Дж/с

г) теплота потерь (Q₇) определяется из теплового баланса

Тепловой баланс:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇ (15)

Q₁ + Q₂ + Q₃ - Q₄ - Q₅ - Q₆ = Q₇

Q₇ = 7980581,2619 + 137710,43 + 24581600,1143 – 24524,2583 - 108513,8781 - 1005646,068 = 31561207,6018 Дж/ч /3600 = 8767,0021 Дж/с

Далее рассчитываем теплопотери при тепловой обработке на 1 кг испаренной влаги.

Рассмотрим последовательно все этапы расчета теплопотерь.

1. Теплопотери в окружающую среду:

а) средняя разность температур сред (в камере аппарата и в окружающей среде)

по длине аппарата:

tср =

, °С (16)

tср =

б) разность температур сред у торцов аппарата:

t´ср = t₁ – t₀, °С (17)

t´ср = 180 – 20 = 160°С

t´´ср = t₂ – t₀, °С (18)

t´´ср = 63-20 = 43°С

в) интенсивность теплопотерь:

- по длине аппарата:

q_дл = K · t_ср , где (19)

К – коэффициент теплопередачи (для всех стен аппарата), К ≈ 0,7

q_дл = 0,7 · 89 = 62,3 ккал/(м²·ч) ∙ 4,19 ∙ 10³ = 72,5103 Дж/(м²∙с)

с торцов аппарата:

q´т = K t´ср (20)

q´т = 0,7 · 160 = 112 ккал/(м²·ч)∙4,19∙10³/3600 = 130,3556 Дж/(м²·с)

q´´т = K t´´ср (21)

q´´т = 0,7 · 43 = 30,1 ккал/(м²·ч) ∙4,19∙10³/3600= 35,0331 Дж/(м²·с)

г) теплопотери в окружающую среду:

q_ос = (q_в · f_в + q_пот · f_пот + q_пол · f_пол) ·

, Дж/кг, (22)

q_ос =(72,5103·0,57+130,3556·0,6536+35,0331·0,6536)

= 142313,2622 Дж/кг

где q_в, q_пот, q_пол – это интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые отдельно для вертикальных стен аппарата, потолка и пола;

f_в, f_пот, f_пол – поверхности вертикальных стен, потолка и пола, определяемые, исходя из геометрических размеров аппарата;

f_в = Н · Н_ш – для теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева, м², где:

Н – высота, м; Н_ш – ширина, м;

f_в = 0,75 0,76 = 0,57 м²;

f_пот = l · Н_ш – для теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева, м²,

гдеl –длина, Н_ш – ширина

f_пот = 0,86 ∙ 0,76 = 0,6536 м²;

В данном расчете соблюдается следующее равенство f_пол = f_пот , м², причем интенсивность теплопотерь в окружающую среду определяется также в определенных единицах измерения последовательно:

q_в = q_дл = 72,5103 Дж/(м²·с);

q_пот = q´т = 130,3556 Дж/(м²·с);

q_пол = q´´т = 35,0331 Дж/(м²·с);

W – масса влаги = 3,7916 кг/ч = 0,00105 кг/с

2. Теплопотери на нагрев материала:

, Дж/кг, (23)

где с´_м – теплоемкость сырого материала, определяется следующим образом:

с´_м = с_м + (1 – с_м)

, Дж/(кг·град), (24)

с´_м = 1059,311+(1–1059,311)

= 265,5778 Дж/(кг·град)

где с_м = с_п – теплоемкость продукта, определяется по формуле:

с_п = 41,87 · [0,3 + (100 – а)], Дж/(кг·град), (25)

где а – начальная влажность продукта Х_н , %;

с_п=41,87·[0,3+(100–75)]= 1059,311 Дж/(кг·град)

с´´_м = с_м + (1 – с_м)

, (26)

с´´_м =1059,311+(1–1059,311)

= 635,9866 Дж/(кг·град)

где с^//_м – теплоемкость продукта после тепловой обработки , Дж/(кг·град)

ν – средняя температура материала, подвергаемого температурной обработке, определяется следующим образом:

ν

, °С; (27)

ν

°С

Х_к – конечная влажность продукта, 40%;

G₂ = G_к= 2,7083 - масса продукта после тепловой обработки, кг/ч;

G₁ = G_н = 6,5 – первоначальная закладка продукта, кг/ч.

Дж/кг

3. Сумма теплопотерь на 1 кг испаренной влаги:

Σq =

+ q_ос, Дж/кг

Σq =

+ 142313,2622 = 188402,42 Дж/кг

Расчет калорифера

На первом этапе определяем плотность воздуха, проходящего через калорифер:

ρ = ρ₀

, кг/м3, (28)

где ρ₀ – стандартное значение плотности воздуха при нормальных условиях, кг/м3:

ρ₀ =

, (29)

ρ₀

где М_возд – молекулярная масса воздуха, г/моль

Т₀ – температура воздуха при нормальных условиях, 273 К

Т – температура окружающего воздуха, К: Т = t₀ + 273 = 20 + 273 = 293 К

р₀ – парциальное давление воздуха при нормальных условиях; 760 мм рт. ст.

р – парциальное давление окружающего воздуха, 735 мм рт. ст.

Далее рассчитываем потери тепла в окружающую среду через калорифер:

Q_п = F_бок · (t_ст – t₀) · α, Дж/с, (30)

где F_бок– боковая поверхность барабана калорифера;

t_ст – температура стенки барабана калорифера с внешней стороны t_ст = t₄ =35,°С;

t₀ – температура окружающей среды = 20°С;

α – коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в окружающую среду,

Поэтапно потери тепла определяются следующим образом:

1) Определить и охарактеризовать режим движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана калорифера (по критерию Рейнольдса):

Re =

, (31)

где l – высота аппарата, l = H = 0,75 м;

ρ_в – плотность воздуха при температуре 20 град, ρ_в = ρ₀

, кг/м3;

ρ_в

кг/м³

где ρ₀ – стандартное значение плотности воздуха при нормальных условиях, кг/м³, определяется по формуле (32) , Т₀ – температура воздуха при нормальных условиях, 273 К; Т – температура окружающего воздуха, К: Т = t₀ + 273 = 293 К;

μ – вязкость воздуха при температуре t₀ ,

,

µ = 0,018·10^-3 =0,000018

;

ω_в – относительная скорость движения воздуха:

ω_в =

, м/с, (32)

ω_в

= 0,0262 м/с

где d_нар – наружный диаметр калорифера, м;

n – число барабанов калорифера, n = 1.

Re =

2) Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в окружающую среду за счет вынужденной конвекции:

α_к

, , (33)

где Nu – коэффициент Нуссельта, Nu = 0,018 · Re^0,8 · ε_i ,

Nu = 0,018 ·

^0,8 · 1,5 = 8,4522

где ε_i – коэффициент геометрических размеров, ε_i =

;