Производительность периодически действующего варочного аппарата определяют по объему продукта, перерабатываемого за один цикл
где V – объем продукта в аппарате, м3;
r – плотность продукта, кг/м3;
t1, tн tу, t2 – соответственно продолжительность загрузки, нагревания, уваривания продукта и разгрузки аппарата, с.
Теплота, необходимая для нагревания продукта при использовании в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара при конденсации, определяется из выражения:
где V – объем продукта в аппарате, м3 (V= 1 м3);
r – плотность продукта, кг/м3 (r=1150 кг/м3);
cпр – удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг×К) (cпр=2,9 кДж/(кг×К));
tн – начальная температура продукта, °C;
tк – конечная температура продукта, °C;
D – необходимая масса пара для нагревания продукта, кг;
r – удельная теплота парообразования, Вт. (определяем в зависимости от давления греющего пара по прил.Д, также определяется и температура греюдщего пара tП)
Количество пара требуемого для нагревания
|
|
Для того, чтобы определить время необходимое для нагревания продукта воспользуемся основным уравнением теплопередачи
где F – поверхность теплопередачи, м2;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К;
– средняя движущая сила теплопередачи, °C
tн – продолжительность нагревания, с.
Средняя движущая сила теплопередачи находится из выражения
Для нахождения и воспользуемся диаграмой на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 – Схема теплообмена с изменением агрегатного состояния горячего теплоносителя
Коэффициент теплопередачи к при условии, что d2/d1<2 рассчитываем из выражения, как для плоской стенки
где – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности теплопередачи (стенке), Вт/(м2·к);
–коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2·К);
– теплопроводность материала теплопередающей поверхности, Вт/(м·К);
d1, d2 – диаметр корпуса аппарата соответственно со стороны холодного теплоносителя и со стороны горячего теплоносителя, м;
δст – толщина стенки сосуда, м (принимаем δст=5мм.);
– термическое сопротивление стенки и загрязнений, (м2·К)/Вт. (принимаем (м2·К)/Вт)
Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются исходя из критериев подобия.
где – теплопроводность продукта, Вт/(м2·К), ( Вт/(м2·К))
Для жидкости, перемешиваемой в аппарате с мешалкой, коэффициент теплоотдачи рассчитывают по критериальному уравнению:
где a, m – коэффициенты пропорциональности (а= , m= );
пр– динамическая вязкость продукта, Па·с ();
– динамическая вязкость продукта при температуре возле стенки, Па·с ();
Re – критерий Рейнольдса;
|
|
Pr – критерий Прандтля.
Критерий Прандтля рассчитывается из выражения
где cпр – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг×К) (cпр=2900 Дж/(кг×К))
Критерий Рейнольдса рассчитывается из выражения
где dM – диаметр мешалки, м. (dM=1,06м)
п – частота оборотов мешалки, об/с
При конденсации пара на наружной поверхности обечайки
где – разность температур пара и стенки рубашки сосуда,°C ();
– удельная теплота парообразования, определяется в зависимости от давления насыщенного пара, Дж/кг;
ρ – плотность конденсата, кг/м3(равна плотности воды при температуре пара см. прил Б);
λ – теплопроводность стенки, Вт/(м·К) (зависит от материала стенки см. прил В);
μ – динамическая вязкость конденсата, Па·с (равна динамиеской вязкости воды при температуре пара см. прил.ю А);
hн – высота рубашки варочного сосуда, м. (hн = 1м)
Определим время уваривания продукта до концентрации сухих веществ хк
Для этого необходимо определить количество выпаренной влаги
где - объем рабочей части аппарата, м3 (см. таблицу 2.1)
- плотности воды при конечная температура продукта (см. прил Б)
ХН, ХК – начальная и конечная концентрация сухих веществ в аппарате, %
Для выпаривания такого количества воды необходимо затратить следующее количество теплоты
где раствора, кДж/кг (см. прил Г)
Определим количество пара, кг. затрачиваемого на выпаривание влаги
где F – поверхность теплопередачи, м2;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К;
– средняя движущая сила теплопередачи, °C
tу – продолжительность уваривания, с.
Откуда продолжительность уваривания
Производительность варочного аппарата равна
где t1, t2 – соответственно продолжительность загрузки и разгрузки аппарата, с (принимаем t1 = t2= 5мин)
Определим общее количество теплоты, которое пар передает продукту за цикл
Определим общее количество пара, кг. затрачиваемого на весь цикл выпаривания влаги
Определяем сколько греющего пара затрачивается на выпаривание 1кг. жидкости в аппарате