АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Тепловой расчет

Целью теплового расчета является:

– расчет составляющих уравнения теплового баланса;

– определение мощности нагревательных элементов;

– определение коэффициента полезного действия аппарата.

Общий вид уравнения теплового баланса:

Q затр = Q пол + Q пот,

где Q затр – общее количество энергии, затраченной при работе теплового аппарата, Вт;

Q пол – полезная энергия, энергия, затраченная на нагрев продукта, Вт;

Q пот – потери энергии, т. е. затраты энергии, не связанные с тепловой обработкой продукта, Вт.

Тепловой баланс составляется для двух периодов работы аппарата: нестационарного (периода выхода на заданный режим) и стационарного (период тепловой обработки продуктов).

Уравнения теплового баланса для котла:

– режим нестационарный

– режим стационарный

Уравнения теплового баланса для сковороды и фритюрницы:

– режим нестационарный

– режим стационарный

где

– затраты энергии на нагрев продуктов, кВт;

– затраты энергии на испарение влаги из продукта, кВт;

– затраты энергии на образование корочки продукта при жарке, кВт;

Q ₂ – потери энергии на нагрев аппарата, кВт;

Q ₃ – потери энергии в окружающее пространство, кВт;

– потери энергии на нагрев промежуточного теплоносителя аппарата, кВт;

Q₄² – потери энергии на испарение промежуточного теплоносителя, кВт.

Потери теплоты от дна теплового аппарата малы, и в расчетах не учитывать.

Количество теплоты, затраченной на получение пара в пароводяной рубашке, определяется в соответствии с температурой насыщения (в нашем случае, по температуре кипения воды в водонагревателе ) по таблице Приложения 1.

Масса единовременной загрузки j -х компонентов Mj определяется по заданной производительности с учетом потерь влаги x.

Масса вспомогательного промежуточного теплоносителя M ₄ и M ₃ определяется по их массовой доле g ₄ и g ₃ (табл. 5).

Количество кусков мяса n, размещаемых на жарочной поверхности определяется отношением:

В виду взаимосвязи конструктивных и теплотехнических параметров расчет теплового аппарата рекомендуется проводить в следующей последовательности.

1. Определение массы единовременной загрузки j -х компонентов продуктов Mj, кг:

– мясо и картофель

– жир (масло)

– вода

– для котла

– для фритюрницы, сковороды

2. M – общая масса загружаемых продуктов:

– для котла

– для сковороды

– для фритюрницы

3. V _рк, м³ – объем рабочей камеры

4. Параметры рабочей камеры

4.1. Для цилиндра

Диаметр рабочей камеры D _рк, м

Высота рабочей камеры H _рк, м

Площадь основания рабочей камеры F _рк, м²

Объем «холодной» зоны фритюрницы V _х, м³

Глубина «холодной» зоны фритюрницы H _х, м

Объем паровой рубашки рабочей камеры котла V р, м³:

– для цилиндра

– для параллелепипеда

4.2. Для параллелепипеда

Площадь основания рабочей камеры F _рк, м²

Высота H _рк, м

Ширина В _рк, м

Длина L _рк, м

Объем «холодной» зоны фритюрницы V _х, м³

Глубина «холодной» зоны фритюрницы H _х, м

5. Параметры пароводяной и масляной рубашки

5.1. Для цилиндра

Диаметр D р, м

Высота H р, м

Объем промежуточного теплоносителя V _пт, м³:

– пара V _пт = V _п

– воды V _пт = V _в

– вапора V _п= V _вп

5.2 Для параллелепипеда:

Высота H р, м

Ширина В р, м

Длина L р, м

Объем промежуточного теплоносителя V пт, м³:

– пара V пт = V п

– воды V пт = V в

– вапора V п= V вп

6. Поверхность теплопередачи теплоты к продукту F _тп, м²:

6.1. Котел:

– цилиндр

– параллелограмм

6.2. Сковорода

6.3. Фритюрница

7. Коэффициент теплоотдачи α_i (i = 3; 4), Вт/м^{2 .} К:

– для вертикальной поверхности

– для горизонтальной поверхности

Температура t_i:

– для нестационарного режима

– для стационарного режима

8. Толщина теплоизоляции S ₅, м:

9. Габариты аппарата:

Наружный диаметр аппарата D, м

Высота теплового аппарата H, м:

– котел, сковорода

– фритюрница

Длина аппарата L, м:

– котел, сковорода

– фритюрница

Ширина аппарата B, м

10. Площадь поверхности теплоотдачи в окружающую среду F_i, м²:

10.1 Для цилиндра:

– боковая поверхность

– крышка

10.2 Для параллелепипеда:

– боковая поверхность

F ₄ = 2 H (B + L)

– крышка

F ₃ = L ^. B

11. Q ₁ – полезные затраты энергии, кВт:

– для котла

– для сковороды и фритюрницы

Q₁¹ – нагрев продуктов, кВт

Q₁² – испарение влаги из продукта, кВт

Q₁³ – образование корочки продукта, кВт

12. Q ₂ – затраты энергии на нагрев конструктивных элементов,

кВт

13. Q ₃ – потери энергии в окружающее пространство, кВт:

Q ₃¹ – потери конвекцией, кВт i = 3; 4

Q ₃² – потери излучением, кВт

14. Q₄¹ – нагрев промежуточного теплоносителя, кВт:

– для котла и сковороды

– для фритюрницы

15. Q₄² – испарение промежуточного теплоносителя, кВт

Примечание: *Расчет расхода энергии на разогрев конструкции провести для нестационарного режима работы аппарата, результаты представляются в виде табл. 7.

Обозначения, используемые в формулах, приведены в Приложении 2.

В записке должны быть представлены расчетные формулы с пояснением входящих параметров и их размерностей. Результаты расчета можно округлять до одного знака после запятой.

Таблица 7

Расчет затрат энергии на нагрев конструктивных элементов

Примечание. * у фритюрницы отсутствует;

** условно принять G ₇ = 0,5 кг.

Масса отдельного элемента конструкции Gi:

где V_i – объем материала i -го элемента, м³;

ρ _i – плотность материала i -го элемента, кг/м³.

Объем материала элемента конструкции V_i определяется по формуле:

где F_i – площадь элемента конструкции, м²;

Si – толщина элемента конструкции, м.

F ₁ = F _тп (табл. 6).

F ₃ и F ₄ (табл. 6).

Площади (F ₂, F ₃, F ₅) рассчитать, используя геометрические формулы.

Например, площадь боковой поверхности «холодной» зоны F ₆ фритюрницы можно определить по формуле:

– для усеченной пирамиды:

где ā – средняя апофема усеченной призмы, м;

где a_B и a_L – соответственно апофема стороны B и стороны L пирамиды, м;

γ _B,_L – соответственно угол между апофемой и основанием «горячей» зоны, по сторонам B и L, град;

H_x – высота «холодной» зоны, м, принять: H_x = 0,7. H _рк;

– для конуса:

где D _рк – диаметр окружности основания конуса, м;

l – длина образующей конуса, м,

γ – угол наклона конуса, м.

Расчет затрат энергии Q _затр, в соответствии с уравнениями теплового баланса, провести для нестационарного и стационарного режимов работы аппарата, расчетные данные представить в виде табл. 8.

Таблица 8

Расход энергии теплового аппарата

Коэффициент полезного действия аппарата определяется по формулам:

где Q ₁ – полезные затраты энергии, кВт;

Q _затр^н – затраты энергии в нестационарном режиме, кВт;

Q _затр^с – затраты энергии в стационарном режиме, кВт.

Конструктивные данные аппарата представляются по форме табл. 9 (пример для аппарата в форме параллелепипеда).

Таблица 9

Данные конструктивного расчета

Список литературы

Курочкин А.А. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств: учеб. пособие для студ. вузов / А.А. Курочкин, В.М. Зимняков; под ред. А.А. Курочкина. – М.: КолосС, 2006. – 319 с

Курочкин А.А. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства: учеб. для студ. вузов / А.А. Курчаткин, В.В. Ляшенко; под ред. В.М. Баутина. – М.: Колос, 2001. – 439 с.

Бородулин Д.М. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие/ Д.М. Бордулин, В.Н. Иванец; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2007. – 168 с.