--PAGE_BREAK--
Оглавление
Аннотация………………………………………………………………4
Введение………………………………………………………………..5
1.Описание поверяемого аппарата………………………….…….…..9
2. Аппараты, схожие с поверяемым…………………………….……
3.Расчетная часть………………………………………………….….10
1).Расчет производительности теплового аппарата………………………….10
2).
Расчет полезно используемой теплоты
…………………………………
13
3).
Расчет кинетических коэффициентов теплоотдачи………………..……15
4).
Расчет температуры боковых стенок и крышки котла в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата…………………18
5). Расчет площадей и объемов……………………………………………………..21
6). Расчет потерь тепла в окружающую среду…………………………………21
7). Расчет теплоты на нагрев аппарата…………………………………………23
8).Тепловой баланс аппарата………………………………………………………..26
10). Расчет мощности электронагревательных элементов…………………26
11). Расчет ТЭНа котла……………………………………………………………..27
4.Заключение…………………………………………………………30
5.Правило эксплуатации аппарата…………………………………..31
6.Правило техники безопасности при работе с аппаратом……….34
7.Библиографический список………………………………………36
8. Графическая часть
Аннотация
Тепловые аппараты, применяемые на предприятиях общественного питания, отличаются устройством, принципом действия, конструктивным исполнением, назначением и правилами эксплуатации.
Предметом написания курсового проекта является пищеварочный котел КЭ-100.Данное умение рассчитывать технические значения тепловых аппаратов в общественном питании будут необходимы.
Проведен поверочный расчет котла КЭ-100 по рецептуре №100 «Бульон мясной прозрачный». Для расчетов было принято время разогрева 40 минут, время тепловой обработки 180 минут, время загрузки ~30 минут, время выгрузки — 60 минут.
Расчетная температура кожуха составила 31,45 °С, что согласуется с паспортными данными котла.
Мощность и КПД котла периода разогрева составила 15,87 кВт и 76,7%, а периода варки – 2,61 кВт и 72,9 %.
Результаты поверочного расчета позволяют сделать вывод: котел КЭ-100 можно применять для приготовления рецептуры №100 «Бульон мясной прозрачный».
Введение.
Пищеварочные котлы предназначены для варки супов в больших количествах на предприятиях общественного питания с большой проходимостью.
Технологические цели процессов варки обуславливают основные технологические требования к конструкциям пищеварочных котлов. Суть этих требований заключается в следующем:
• Конструкция варочных аппаратов должны соответствовать технологическим требованиям конкретного процесса варки пищевого продукта;
• В готовом продукте максимально должны быть сохранены пищевые, минеральные, экстрактивные вещества и витамины при минимальных затратах теплоты;
• Нагрев продукта должен производиться при температуре не выше 100°С, с регулированием режима варки в пределах температуры кипения;
• В аппарате должно быть предусмотрено отключение нагрева перед окончанием варки;
В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на твердотопливные, газовые, электрические и паровые.
В зависимости от способа обогрева различают котлы с непосредственным и косвенным обогревом.
Котлы с непосредственным обогревом могут работать на твердом топливе, газе и электрическом обогреве. По конструкции и эксплуатации они более просты, чем котлы с косвенным обогревом, однако им присущи недостатки: низкий кпд, сложность регулирования теплового режима, возможность пригорания продуктов.
Котлы с косвенным обогревом работают при повышенном давлении в греющей рубашке (до 150 кПа). В качестве промежуточного теплоносителя используется вода.
По соотношению основных геометрических размеров котлы классифицируются на немодулированные, секционные модулированные и котлы под функциональные емкости.Немодулированные пищеварочные котлы имеют цилиндрическую форму варочного сосуда. Секционные модулированные котлы и котлы под функциональные емкости имеют варочный сосуд в виде прямоугольного параллелепипеда.
Наружные размеры этих котлов унифицированы, они имеют одинаковую высоту и ширину (глубину), длина их кратна модулю (у секционных модульных котлов — 210 мм, у котлов под функциональные емкости-100 мм). Варочный сосуд котлов под функциональные емкости имеет размеры, соответствующие размерам функциональных емкостей.
Пищеварочные котлы представляют собой варочный сосуд с крышкой, который помещен в наружный котел. Снаружи котел покрыт слоем тепловой изоляции, уложенной между облицовкой и наружным котлом. В нижней части котла смонтирован парогенератор, объединенный с паровой рубашкой. Конструкция котла устанавливается на постамент. Пар, генерируемый в парогенераторе, заполняет паровую рубашку, соприкасаясь с варочным сосудом, конденсируется, отдает теплоту парообразования стенке, по которой конденсат вновь стекает в парогенератор.
Пищеварочный котел представляет собой двустенный варочный сосуд, расположенный в корпусе, который покрыт кожухом, изготовленным из листов эмалированной стали. Пространство между наружным корпусом и кожухом заполнено тепловой изоляцией. В нижней части наружного котла смонтирован парогенератор. Вся конструкция котла крепится на основании.
Пространство между внутренними и наружными котлами представляет собой герметичную паровую рубашку. На трубопроводах, соединенных с паровой рубашкой, установлены воздушный клапан и контрольно-измерительная и предохранительная арматура — двойной предохранительный клапан, электроконтактный манометр (для твердотопливных и паровых котлов—манометр), наполнительная воронка. На крышке котла расположен клапан-турбинка (если крышка закрывается герметично). Для слива содержимого из варочного сосуда предусмотрен сливной кран: Уровень воды в парогенераторе контролируется с помощью крана уровня.
Станция управления представляет собой металлический ящик, внутри которого размещены: распределительный клеммный щиток, два магнитных пускателя,, кнопки «Пуск» и «Стоп», сигнальные лампы, промежуточные реле, плавкие предохранители, переключатель режимов котла, тумблер с надписями «Автоматическая работа» и «Разогрев».
Сигнальные лампы позволяют визуально контролировать подключение котла и станции управления к электросети, а также режим работы котла. С помощью тумблера включают один из режимов работы. При установлении тумблера в положение «Разогрев» содержимое котла доводится до кипения, после чего все тэны отключаются и продукт доваривается только за счет теплоты, аккумулированной котлом. При включении другого режима после доведения содержимого котла до кипения отключаются пять из шести тэнов. Оставшийся ТЭН обеспечивает режим «тихого кипения», при котором продукты доводятся до состояния готовности.
Если давление по каким-либо причинам превысит верхний предел, то срабатывает двойной предохранительный клапан.
Целью курсового проектирования является закрепление знаний по предмету и приобретение навыков по поверочному расчету и выбору оборудования для выполнения определенных технологических приемов обработки продуктов.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.Аппараты, схожие с поверяемым. Котлы пищеварочные паровые и электрические изготавливаются с крышками двух исполнений: герметичными — КЭ–100, КП–160П, КЭ–160, КП–250П, КЭ–250, КЭ–250КП–2, тип «скороварка»; негерметичными — КЭ–250К, КЭ–160К, КЭ–100К, тип «кастрюля».
В моделях КЭ–100, КП–160П, КЭ–160, КП–250П, КЭ–250, КЭ–250КП–2 варочный сосуд закрывается крышкой с пружинным устройством. Крышка плотно «прижимается» к верхнему краю варочного сосуда накидными рычагами, поэтому в блюдах, приготовленных в таких котлах, максимально сохраняются питательные вещества.
Варочный сосуд имеет прямоугольную форму.
Это создает дополнительное удобство для варки крупных кусков мяса: говядины, свинины, конины (применяется в перерабатывающих производствах)
Котлы изготавливаются на каркасной основе.
Материал — профильная труба 40×40 мм. Наличие каркасной основы значительно увеличивает срок службы изделия — до 15 лет.
Конструктивные особенности котлов. Котлы пищеварочные изготавливаются полностью из нержавеющей стали, кроме модели «эконом-класс» КЭ–250КП–2. Котлы состоят из варочного сосуда и внешнего металлического короба. Под варочным сосудом котла установлен парогенератор, нагрев воды в котором осуществляется ТЭНами из н/стали. Давление в пароводяной рубашке поддерживается при помощи датчика-реле и контролируется мановакууметром. При достижении давления более 49 кПа, пар отводится из пароводяной рубашки при помощи предохранительного клапана. Варочная емкость котла закрывается крышкой с пружинным устройством. В моделях КП–160П, КП–250П, КЭ–100, КЭ–160, КЭ–250 установлена герметичная крышка, которая снабжена клапаном, предназначенным для отвода пара при избыточном давлении в варочном сосуде. С внутренней стороны крышки проложена термостойкая пищевая резина. Герметичность крышки обеспечена наличием прижимных элементов. Удобство в работе с котлом достигается расположением панели управления справа, на лицевой стороне изделия. Принцип работы. Вода заливается в парогенератор и нагревается электронагревателями до кипения. Образующийся пар создает избыточное давление в пароводяной рубашке, и вытесняет из нее воздух, который выходит через предохранительный клапан. Когда давление в рубашке достигает верхнего заданного предела, котел автоматически переходит на экономичный режим. Для котлов предусмотрены 3 режима работы. Режим «1» — варка. Котел включается на полную мощность. При повышении давления до верхнего предела, котел автоматически переключается на 1/6 мощности. При падении избыточного давления до нижнего предела, котел переключается на полную мощность. Режим «2» — разогрев. Котел также включается на полную мощность и автоматически отключается при повышении давления до верхнего заданного предела. Режим «3» — варка на пару. Котел включается на полную мощность. При повышении давления до верхнего предела, котел переключается на 1/6 мощности, давление падает, достигает нижнего заданного предела — котел переключается на 1/3 мощности. Установленный срок службы изделий — до 15 лет. Все модели регулируются по высоте. Дополнительные услуги. По желанию заказчика котлы могут быть дополнительно укомплектованы «под заказ»: · Тележка ТП-100 для загрузки/разгрузки кассет; · Кассеты с емкостями для варки прямоугольной формы.
3.Описание поверяемого аппарата.
Пищеварочный котел КЭ-100 представляет собой сварную конструкцию,состоящую из прямоугольного варочного сосуда, наружного котла облицовки (кожуха) и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным котлом служит пароводяной рубашкой. В пространстве между кожухом и наружным котлом уложена теплоизоляция. Он используется на предприятиях общественного питания в виде отдельно стоящего аппарата.
Котел является неопрокидывающимся.
К нижней части наружного котла приварен парогенератор, в котором установлены шесть тэнов, электрод защиты от «сухого хода» и кран уровня.
Варочный сосуд закрывается откидной крышкой, имеющей противовес. Плотное прилегание крышки к кромке варочного сосуда обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными болтами. Для слива жидкости из варочного сосуда предусмотрен сливной кран.
Каждый котел оборудован контрольно-измерительными приборами, которые служат для контроля и регулирования величины давления пара в пароводяной рубашке. Узел контрольно-измерительных приборов состоит из электроконтактного манометра (ЭКМ) и двойного предохранительного клапана.
Двойной предохранительный клапан служит для аварийного сброса пара из пароводяной рубашки, когда его давление возрастает выше МПа (0,5 кгс/см2), и устранения разрежения в ней.
Основные показатели котла КЭ-100 указаны в таблице 1.
Таблица 1
Показатели
Размерность
Котел КЭ-100
Полезная емкость
л
100
Номинальное напряжение
В
380
Частота тока
Гц
50
Мощность электронагревателей:
в период разогрева
в период варки («тихого кипения»)
кВт
кВт
18,9
3,15
Рабочее давление пара в рубашке
кПа
130
Время разогрева
мин
40
Размеры варочного сосуда:
диаметр
высота
мм
мм
450
380
Количество ТЭНов
шт.
6
Коэффициент полезного действия
%
75
Габаритные размеры:
длина
ширина
высота
мм
мм
мм
800
800
850
Масса
кг
160
4.Расчетная часть
1) Расчет производительности теплового аппарата
Производительность определяется по формуле:
(1.1)
Где:
QТ.А. – производительность аппарата, кг/ч (шт./ч);
М – масса готовой продукции, кг;
Τр — время разогрева, с
τЗ – продолжительность загрузки, с;
τТО – продолжительность тепловой обработки, с;
τВ – продолжительность выгрузки, с;
М – масса готовой продукции.
Возьмем рецептуру «Бульон мясной прозрачный» № 100:
Кости пищевые 375 г
Говядина для оттяжки 110 г
Яйца для оттяжки 13 г
Морковь 10 г
Петрушка 8 г
Лук репчатый 10 г
Вода 1400 г
Выход 1000 г
Технология приготовления:. Говяжьи кости молодняка и свиные слегка обжаривают в жарочном шкафу для улучшения вкуса и внешнего вида бульона.
Подготовленные кости заливают холодной водой и варят при слабом кипении. В процессе варки с поверхности бульона снимают пену и жир. Продолжительность варки бульона 2—3 ч. Для приготовления оттяжки мясо пропускают через мясорубку, заливают холодной водой (1,5-2л воды на 1 кг мяса), добавляют соль и настаивают на холоде в течение 1-2 ч. Можно добавить пищевой лед вместо части воды. Перед окончанием настаивания в смесь добавляют слегка взбитые белки и перемешивают оттяжку. Для придания мясному прозрачному бульону свойственного ему коричневого оттенка и аромата морковь, лук и белые коренья подпекают до образования светло-коричневой корочки, не допуская подгорания.
Сваренный бульон охлаждают до 50-60° С, частью его разводят оттяжку, вводят ее в бульон н осторожно размешивают, добавляют подпеченные лук и коренья. Бульон с оттяжкой нагревают и проваривают при слабом кипении 1-1,5 ч до тех пор, пока оттяжка не осядет дно. При этом бульон не только осветляется, но и обогащается из оттяжки растворимыми питательными веществами.
По окончании варки с бульона снимают жир, осторожно процеживают и снова доводят до кипения. Хранят на мармите не более 2ч.
Общая масса загружаемого сырья по рецептуре:
Масса продуктов, загружаемых в ТА (включая воду), равна
Мсырья = Vк٠ φ(ρ1α1 + ρ2α2 +…+ ρnαn), (1.2)
Где:
Vк — объем варочного сосуда, м-3;
φ – коэффициент загрузки равный 0,8 – 0,9;
ρ – плотность загружаемого сырья, кг/м3;
α — весовая доля сырья в соответствии с выбранной рецептурой, равная отношению массы отдельного компонента к общей массе всех ингредиентов данной рецептуры.
Определяем плотности загружаемых компонентов: (10)
ρ1(костей) = 1038 кг/м3
ρ2(говядина) = 1130 кг/м3
ρ3(яйца) = 1083 кг/м3
ρ4(лук репчатый) = 1057 кг/м3
ρ5(петрушка.) = 145 кг/м3
ρ6(морковь) = 1040 кг/м3
Находим доли по видам сырья к общей массе всех ингредиентов по рецептуре:
Из формулы (1.2) можно найти Мсырья:
Мсырья = 0,1 ٠0,85 (1038 ٠0,19 + 1000٠ 0,726 + 1083 ٠ 0,006 + 1130 ٠ 0,057 + 1057٠ 0,005+1040 · 0,005+145·0,004)=85,35 кг
Находим массу готовой продукции:
М = Мсырья٠Z, (1.3)
Где:
Z– выход готового продукта.
, тогда
М = 0,52·85,35= 44,38 кг
По формуле (1.1) определяем производительность пищеварочного котла:
Продолжительность каждой стадии процесса тепловой обработки принимается на основе практических данных.
= 1800с– продолжительность загрузки; = 10800с– продолжительность тепловой обработки; =3600с – продолжительность выгрузки. = 2400 — время разогрева.
2.Расчет полезно используемой теплоты
Полезно используемая теплота в основном идет на нагрев продуктов и технологической среды (воздуха), а также на испарение влаги из продукта и технологической среды.
1) Нестационарный режим:
(2.1)
Где:
средняя теплоёмкость компонента рецептуры, Дж/кг٠ К
масса закладываемого сырья компонента рецептуры, кг
средняя теплоёмкость технологической среды, Дж/кг٠ К
масса технологической среды (часто воды), кг
средняя по объему температура продукта в конце нагрева,
начальная температура компонента рецептуры,
испарившаяся влага за период нагрева, кг
удельная теплота парообразования при температуре процесса нагрева, Дж/кг٠ К
Средняя теплоемкость компонентов рецептуры (10)
Cкости= 1675 Дж/кг٠ К
Cговядина = 3600 Дж/кг٠ К
Cяйца=3640 Дж/кг٠ К
Cпетрушка =1500 Дж/кг٠ К
Cморковь = 3940 Дж/кг٠ К
Cлук =3740 Дж/кг٠ К
Cвода(60ºС) = 4220 Дж/кг٠ К
Находим массу закладываемых компонентов:
Mкости=0,1٠0,85٠1038٠0,19=16,76кг
Mяйца =0,552кг
Mпетрушка=0,493 кг
Mговядина =5,47 кг
Mлук=0,449 кг
Mлук =0,442 кг
Mводы =61,62 кг
Массу испарившейся влаги за период нагрева можно определить следующим образом:
(2.2)
Где:
масса воды рассчитанная согласно рецептуры, кг
время разогрева аппарата, с
ΔW=61,92·2400/3600·0.02=0.821 кг
r=2293,7 Дж/кг (10)
По формуле (2.1) определяем нагрев продуктов до температуры кипения, определяемой в рабочей камере:
Qобщее=25286,4+3937,22=29223,6 кДж/кг·К
2) Стационарный режим:
Определяем варку до кулинарной готовности:
(2.3)
r=2258,2 кДж/кг (10)
3.Расчет кинетических коэффициентов теплоотдачи.
Коэффициенты теплоотдачи зависят от многих факторов: от вида среды, от характера и скорости движения среды, физических свойств среды, от формы, размеров и положения поверхности теплообмена, температуры стенки и др.
3.1. Находим коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего теплоносителя:
(3.1)
Где:
(3.1.1)
температура конденсации пара
задается в пределах 0,08….0,4,
высота варочного сосуда котла, м
Возьмем , тогда (10)
3.2.Находим коэффициент теплоотдачи по формуле:
(3.2)
Где:
коэффициент теплоотдачи от кожуха конвекций в окружающую среду,
коэффициент лучеиспускания кожуха в окружающую среду,
3.3.Коэффициент находится из критерия Нуссельта:
(3.3)
Где:
l– определяющий геометрический размер теплоотдающей поверхности, м — коэффициент теплопроводности окружающей среды (воздуха) при температуре Вт/(мК);
(10)
3.4.Число Грасгофа определяется по формуле:
(3.4)
Где
g— ускорение свободного падения,
коэффициент объёмного расширения для газов, 1/К
перепад температур между теплоносителем и стенкой,
определяющий геометрический размер, м
кинематический коэффициент вязкости среды,
Зададимся:
;
,
Тогда:
3.5. Найдем критерий Нуссельт с помощью эмпирического уравнения Михеева:
(3.5)
Где:
Cr— число Грасгофа
Pr-число Прандтля
Pr= 0.701 (10)
Cи n— определяется по произведению (Cr٠Pr)
,
значит режим турбулентный, следовательно
3.6.Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле Стефана- Больцмана:
(3.6)
Где
степень черноты теплоотдающей стенки
коэффициент излучения абсолютного черного тела
температура теплоотдающей поверхности,
температура окружающей среды,
Коэффициент теплоотдачи определяется:
(3.7)
Где:
коэффициент теплоотдачи от кожуха конвекцией в окружающую среду,
коэффициент лучеиспускания кожуха в окружающую среду,
4. Расчет температуры боковых стенок и крышки котла в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата
4.1. Находим коэффициент теплоперердачи через плоскую стенку
(4.1)
Где:
– коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя, Вт/(м2∙К)
— коэффициент теплоотдачи от кожуха в окружающую среду, Вт/(м2∙К)
-– толщины слоев стенки, м
– коэффициенты теплопроводности материалов слоев стенки, Вт/(м∙К)
4.2. Находим удельный тепловой поток через многослойную стенку:
(4.2)
Где:
– коэффициент теплопередачи через стенку аппарата от теплоносителя (пар) к внешней среде (воздух)
– температура теплоносителя (пароводяной смеси)
– температура окружающей среды (t
2 = t
в).
4.3. Находим температуру стенок аппарата. Для этого нам потребуются следующие данные:
— толщина рубашки
— толщина изоляции
— толщина кожуха
Рассчитаем температуры стенок:
Внутренняя стенка наружного сосуда:
(4.3.1)
Наружная стенка наружного сосуда:
(4.3.2)
Наружная стенка теплоизоляции:
(4.3.3)
Наружная стенка кожуха:
(4.3.4.)
Для проверки расчетов нужно определить температуру теплоносителя :
Выполняем проверку:
Поскольку расхождение в конечных температурах не превышает 5%, следовательно проверка сошлась.
5. Расчет площадей и объемов
основные элементы
размеры i-го элемента, м
площ,S
м²
расчет площ,S
м²
объем i-го элемента, Vм³
расчет объема i-го элем, Vм³
Варочный сосуд
а1=0.565
b1=0.580
δ1=0.002
h1=0.441
S1=
=2*a*h+2*b*h+
+a*b
S1=1,339
S1∙δ1
V=0.002678
Наружный
сосуд
а2=0.620
b2=0.637
δ2=0.002
h2=0.485
S2=
=2*a*h+2*b*h+
+a*b
S2=1,617
S2∙δ2
V=0.003234
Кожух
a3=0.8
b3=0.8
h3=0.85
δ3=0.001
S3=
=2*a*h+2*b*h+
+a*b
S3=3.36
S3∙δ3
V=0.00336
Теплоизоляция
δ4=0.048
S4=S2
S2=1,617
→ S4=1,617
S4∙δ4
V=0,077616
Крышка
a5=0.414
b5=0.552
δ5=0.002
S5 =a/b
S5=0.75
S5∙δ5
V=0.0015
6. Расчет потерь тепла в окружающую среду
Потери теплоты нагретыми наружными поверхностями аппарата в окружающую среду определяют по формуле:
(6.1)
— коэффициент теплоотдачи в окружающую среду от кожуха
поверхность теплоотдачи наружной рабочей камеры,
– средняя температура (конечная), оС;
– начальная температура, оС;
– время работы ТА, с.
Расчет необходимо произвести для двух периодов:
1) Нестационарный режим. В процессе разогрева ТА температура изменяется от до , поэтому в расчете учитывается усредненная температура:
(6.2)
Для расчета коэффициента для крышки воспользуемся формулой:
6.3)
Возьмем поверхности крышки 95, тогда
Из формулы (6.3) найдем коэффициент кожуха и крышки:
возьмем из формулы (3.7):
Подставим полученные данные в формулу (6.1):
Неучтенные потери теплоты для каждого периода принимаем равными 20%, тогда:
кожуха
крышки
Q5= Q5 кожуха +Q5 крышки =460,3+380,71=841,01 кДж
2) Стационарный режим. Температура берется рассчитанная по формуле (4.3.4):
кожуха
крышки
Также как и в нестационарном режиме рассчитаем неучтенные потери:
кожуха=
крышки=
= крышки+кожуха = 4164,426+3472,6944=7637.12 кДж
7. Расчет теплоты на нагрев аппарата
Для проведения данного расчета нужно выделить в аппарате конструктивные элементы (детали), имеющие одинаковые материалы и конечную температуру нагрева. Температуру элемента котла определяют как среднюю арифметическую величину температур его поверхностей
Начальная температура элементов котла принимается равной температуре окружающей среды, т.е. 20 ºС
Расход тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяетсяпо формуле:
(7.1)
Где:
массу i
-гоэлемента определяем по формуле:
(7.2)
Где:
– объем i-го элемента(табл.3), м3
– плотность материала i-го элемента, кг/м3 (прил. 18);
– площадь поверхности i-го элемента, м2;
– толщина i
-го элемента, м.
Расчет теплоты на нагрев пищеварочного котла имеет следующие составляющие:
(
7.3
)
Где:
– теплота на нагрев варочного сосуда;
– теплота на нагрев наружного котла;
– теплота на нагрев изоляции;
– теплота на нагрев кожуха;
— теплота на нагрев крышки;
– теплота неучтенных потерь (неучтенных деталей);
– теплота на нагрев воды в парогенераторе.
Найдем массу каждого элемента (7.2):
mварочного сосуда =7900·0.0026 = 20.54кг;
mнаружнего сосуда= 7900·0.0032 = 24.54кг;
mкожуха= 7900·0,00336 = 26,544кг;
mизоляции=250·0,077 = 19.4кг
mкрышки=7900·0.0058=4.58кг
Средние температуры элементов в установившемся режиме:
tварочного сосуда.= (107,13+ 100)/2 = 103,565°С;
tнаружнего сосуда.= (107,13 + 107,116)/2 = 107,12°С;
tизоляции= =(107,116 +31.46)/2 = 69.3°С;
tкожуха= (31.46 + 31.45)/2 = 31.455°С.
tкрышки= (100 + 20)/2 = 60°С
Расход тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяетсяпо формуле (7.1):
Qварочного сосуда =0,462·20,54(103,56-20)=792,98 кДж
Qнаружнего сосуда =0,462·25,54(107,12-20)=1027,97 кДж
Qкожуха =0,462·26,544(31,455-20)=140,47 кДж
Qизоляции =2·19,4(69,3-20)=1912,84 кДж
Qкрышки =0,462·4,58(60-20)=84,64 кДж
Теплота, расходуемая на нагрев воды в парогенераторе электрического ТА до температуры кипения и парообразования в пароводяной рубашке, определяется из выражения:
(7.4)
Где:
– масса воды в парогенераторе, кг;
– средняя массовая удельная теплоемкость воды в интервале температур ;
– температура кипения воды в парогенераторе, зависящая отдавления, ºС (прил. 16);
– начальная температура воды в парогенераторе, ºС;
– масса пароводяной смеси (рассчитывается, см ниже), кг;
– скрытая теплота парообразования воды при рабочем давлении, кДж/кг (прил. 16).
(7.5)
Где:
– объем парогенератора, м3;
– плотность сухого насыщенного пара, кг/м3;
– удельный объем сухого насыщенного пара при заданном давлении, м3).
Св =4179 Дж/кг·град (10)
Wп-г=9 кг
= 1,3258м3/кг (10)
= 0.09 м3
ρп =0,754 кг/м3
Мп-вс = 0,09/0,754 = 0,119 кг;
Qп-г= 9·4179(107,13-20)+0,119·2238,2= 3277,31 кДж.
Прибавим неучтенные потери (20%):
Q6= 0,2(Qварочного сосуда +Qнаружнего сосуда +Qкожуха +Qизоляции +Qкрышки) + (Qварочного сосуда +Qнаружнего сосуда +Qкожуха +Qизоляции +Qкрышки+ Qп-г) = 0,2·3958,89+3958,89+3277,31 = 8027,98 кДж
8.Тепловой баланс аппарата
Нестационарный режим
QI= Q1+Q5+Q6
QI=29223,616+841,01+8027,98=38092,606 кДж
Стационарный режим
QII=+
QII= 20594,4+7637,12=28231,52 кДж
продолжение
--PAGE_BREAK--9.Определение теплового коэффициента полезного действия.
=29223,616/38092,606 ·100% =76,7%
Где:
– полезно используемая теплота за Iпериод работы ТА, Дж;
– теплота, затраченная на Iпериод работы (нестационарныйпроцесс),
= 20594,4/28231,52·100%=72,9%
Где:
– полезно используемая теплота за IIпериод работы ТА, Дж;
– теплота, затраченная на IIпериод работы (стационарныйпроцесс).
10. Расчет мощности электронагревательных элементов.
Для аппаратов с электрическим обогревом мощность электронагревательных элементов (общая) определяется из выражений:
для периода разогрева
= 38092,606/2400 = 15,87 кВт (8.1)
Где:
– затраченное тепло на период разогрева ТА, кДж; – время разогрева ТА, с;
для стационарного периода
28231,52/10800 = 2,61кВт (8.2)
Где:
– затраченное тепло на тепловую обработку пищевых продуктов, Дж;
– время тепловой обработки продуктов согласно рецептуре, с.
Расчет электронагревательного элемента (спирали, ТЭНа) производится для периода с наибольшим (соответственно и большей мощностью) – как правило, для периода разогрева.
Электрическая мощность одного ТЭНа ()определяется по формуле:
= 15,87/3 = 5,29 кВт (8.3)
Где:
–число ТЭНов в данном аппарате (по технической характеристике), которое задается из следующих условий:
1) с целью регулирования теплового режима при трехфазном напряжении nкратно 3;
2) мощность ТЭНов, используемых в ТА, находится в пределах
= 0,2…5 кВт, т. е. необходимо выполнить условие кВт.
11. Расчет ТЭНа котла.
Расчет ТЭНа сводится к определению геометрических размеров его рабочих элементов (длина ТЭНа, длина проволоки, длина спирали, плотность намотки) и их теплового режима (температура спирали и поверхности трубки).
Активная длина трубки ТЭНа равна:
= 5290/(3,14*1,8*7) = 133,7см;
Где:
D= 1,8см – наружный диаметр трубки с толщиной стенки 1мм;
W= 7Вт/см2 (прил.20) — удельная поверхностная мощность.
Полная длина трубки с учетом части концевых стержней, находящихся в трубке ТЭНа (пассивные концы):
= 133,7 + 2*5 = 143,7 см. (8.4)
где – длина пассивных концов трубки, ≈ 50 мм.
Сопротивление спирали:
= 3802/5290 = 27,2 Ом (8.5)
Где:
= 380 В – напряжение сети.
Длина проволоки спирали l
определяется из выражения:
= 0,785*0,82*27,2/1,1=12,42м (8.6)
Где:
– диаметр проволоки спирали (принимается в пределах 0,8 мм для мощности ≈ 2200…4000 Вт);
ρ – удельное сопротивление спирали при комнатной температуре .
Длина витка спирали определяется по формуле:
= 1,07*3,14*(12 +2*0,8) = 69мм = 0,046м (8.7)
Где:
1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали при снятии со стержня; = 18 – 2 – 4 = 12мм – диаметр стержня для намотки спирали (такой, чтобы между внутренним диаметром трубки и наружным диаметром витка спирали был зазор не менее 2 мм).
Число витков спирали ТЭНа определяется по формуле:
= 12,42/0,069 = 379 витков
Для обеспечения нормального отвода тепла от спирали, расстояние между витками должно быть в 2-3 раза больше диаметра проволоки. Следует проверить это условие расчетом расстояния между витками (на концевые стержни наматывают по 20 витков):
= (10*133,7 – 359*0,8)/359 = 2,92мм (8.8)
Где:
= 379 – 20*2 = 359
Так как , то далее находим геометрические характеристики спирали для определения перепада температуры в изоляционном слое:
= 0,8/18 = 0.0444;
= 0,8/14,6 = 0,055;
= 18/14,6 = =1,23
= (2,92 + 0,8)/0,8 = 4,65 (8.9)
Где:
– диаметр проволоки спирали;
– внешний диаметр трубки ТЭНа; =1,07(+2*)=1,07(12+2*0,8)=14,6мм – диаметр витка спирали;
– коэффициент плотности намотки.
По номограмме ( рис. 6.4) определяем перепад температуры в изоляционном слое на единицу теплового потока при известной величине коэффициента теплопроводности изоляции (для периклаза ).
=4(см*ºС)/Вт (8.10)
Удельный тепловой поток на единицу длины спирали:
q1=PT/lсп =5290/1242=4,26 (8.11)
Перепад температуры в изоляционном слое
= 4*4,26 = 17,03°С (8.12)
Рабочая температура спирали
tспирали =1,3t+tр.п. =1,3*17,03 + 126 = 148,148 ºС. (8.13)
Где:
1,3 – коэффициент, учитывающий перепад температуры в контактном слое «поверхность проволоки–изоляция»;
– температура рабочей поверхности ТЭНа (для кипящей воды при давлении в пароводяной рубашке котла 150 кПа равна 126ºС).
продолжение
--PAGE_BREAK--