Belyaev_M_I_Teplovoe_oborudovanie_OP

http://mppnik.ru

http://mppnik.ru

Продолжение

Примечания. 1. Д — длиннопламенный, Г — газовый, Б — бурый, АР — антрацит рядовой, АШ— антрацит штыб. 2. Характеристики продуктов сгорания даны при коэффициенте избытка воздуха = 1. Пересчет производится по формулам: Vп.с.=VRO2 +VN2 +VВП+ ( —1)-Vт; Vвп

П Р И Л О Ж Е Н И Е 5 Теплофизические характеристики кремнийоргаиическнх жидкостей

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Поверочный тепловой расчет аппарата АП-ЗМ для приготовления и жарки пончиков

Цель расчета. Технологами разработана новая рецептура теста для пончиков, отличающаяся от рецептуры, рекомендованной паспортными данными к аппарату АП-3М. Необходимо проверить расчетным путем соответствие параметров аппарата новому технологическому процессу.

Исходные данные.

Производительность 580 шт./ч, или 26,1 кг/ч, масса выпеченного пончика — 45 г, вместимость жарочного бака — 10

http://mppnik.ru

л, рабочая температура масла в жарочном баке—180 °С, время разогрева аппарата с жиром до рабочего состояния — 35 мин, расход масла на обжарку 1 кг готовых пончиков—0,11 кг, время жарки пончика — 2—3 мин.

Предлагаемая рецептура для приготовления теста на 100 шт. пончиков:

Итого... 5,155 кг Расчетная схема аппарата представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема аппарата АП-ЗМ

Решение. Потребное количество теплоты для нестационарного и стационарного режимов работы определяют по уравнениям теплового баланса для электротеплового аппарата

Q’ =Q1’ + Q5’+ Q6’; Q” = Q1”+ Q5”.

1. Определение полезно используемой теплоты

При режиме разогрева аппарата полезно используемая теплота расходуется на нагрев пищевого жира, находящегося в жарочном баке, и определяется по формуле

Q1’ = Gж cж (t1 - to) (1/ ),

где Gж - масса рафинированного подсолнечного масла, cж = vж ж, кг; сж — средняя удельная теплоемкость пищевого жира в интервале температур 20...180 °С: сж==2,139кДж/(кгК), кДж/(кгК); t1 — температура нагрева жира, равная температуре жарки (t1 = 180 °С), °С; to — начальная температура пищевого жира; °С; — время разогрева аппарата до стационарного режима ( = 2100 с), с.

Q’1 = l0 10-3 903 2,139(180-20) (1/2100) = 1,472кВт.

При стационарном режиме полезно используемая теплота складывается из отдельных статей расхода и определяется по формуле

Q1” = Gc (t2 - to) + 0,01 xGr + 0,01 KGcK (tз – t2) + +0,01mGcж (t1 – t0).

В этом выражении (см. 4.1) первое слагаемое — расход теплоты на нагрев продукта, второе — расход теплоты на испарение влаги из продукта, третье — расход теплоты на образование корочки на продукте, четвертое слагаемое — расход теплоты на нагрев пищевого жира, доливаемого в процессе работы; G — массовая производительность аппарата по сырью при производительности 580 шт./ч согласно рецептуре G = = 5,155*580 = 29,9 кг/ч=8,3 10-3 кг/с; с — средняя удельная теплоемкость продукта (теста), определяемая по формуле c=(m1c1+m2c2+m3c3+...+rnici)/(m1+m2+m3+....+mi)= =(2,75 1,035+0,15 3,2+0,3 1,26+0,08 3,9+0,025 0,88+ +0,05 3,64+1,8 4,19) /5,155 = 2,28 кДж/(кг.К);

t2 — температура нагрева продукта, принимаемая равной 100 °С; to — начальная температура теста после расстойки (t0 = 30°C); x — истинный процент ужарки (x=21 %); r — скрытая теплота испарения при атмосферном давлении (r=2256 кДж/кг); К — процентное cодержание корки в продукте (К=20%); cк - удельная теплоемкость корки, которую можно принять как удельную теплоемкость сухого вещества, равную 1,67 кДж/(кг*К); t3 — средняя температура корки. Принимается как среднеарифметическая величина температур поверхности корки и слоя,

http://mppnik.ru

граничащего с мякишем изделия (t3= (180+100)/2) = 140°С; m — расход пищевого жира на обжаривание продукта

(m=9,6%).

Подставляя имеющиеся данные в уравнение теплового баланса, получим

Q1”=8,3 10-3[2,28( 100 – 30) + 0,01 21 2,256 + 0,01 20 1,67 (140 – 100) +0,01 9,6 2,139 (180 – 20)]=5,64 кВт.

2.Определение потерь теплоты стенками аппарата в окружающую среду. Эти потери для нестационарного

истационарного режимов работы аппарата определяются по формуле

in

Q5 i Fi (tni tв ) .

i 1

Теплоотдающие поверхности аппарата условно разбивают на четыре зоны (согласно расчетной схеме аппарата):

горизонтальная остекленная поверхность откидывающихся крышек F1 с температурой при стационарном режиме t”1=60°C, размеры — 0,87 0,87 м;

вертикальная поверхность откидывающихся крышек F2 (сталь Х18Н9Т) с температурой при стационарном режиме t”2= 60 °С, высота — 0,16м;

вертикальная поверхность, ограждающая жарочный бак F3 (сталь Х18Н9Т), с температурой при стационарном режиме t"3=50°C, высота — 0,11 м;

вертикальная поверхность, ограждающая привод аппарата (Ст. 3, покрытая белой эмалью), с температурой при стационарном режиме t”4=40°C, высота — 0,27 м.

Определяют площади теплоотдающнх поверхностей: F1 =0,87 0,87=0,76 м2; F2=0,87.0,16.4=0,56м2;

F3=0,87 0,l 1 4=0,38 м2; F4=0,87 0,27 4=0,94 м2.

Находят средние расчетные температуры теплоотдающих поверхностей при нестационарном режиме: t1 = (60+20)/2=40 °С; t’2=(60+20)/2=400C;

t"3= (50+20)/2=350С; t”4=(40+20)/2=30 0С.

При этом начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха в помещении: tн=tB=20°C.

Поскольку теплообмен между стенками аппарата и окружающей средой (воздухом) происходит при естественной конвекции (за счет свободного движения воздуха вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц), то для его расчета используют критериальное уравнение

Nu = c(Pr Gr)n.

Величины с и n для отдельных областей изменения произведения Pr Gr принимаются из табл.4.4. За определяющий геометрический размер поверхности принимают:

для горизонтальной остекленной поверхности — ширину l1= 0,87 м;

для вертикальных поверхностей — высоты ограждения: l2 = 0,16 м, l3=0,11 м, l4=0,27 м.

Физические константы, входящие в критерии подобия, которые описывают процесс теплоотдачи, принимаются при средней расчетной температуре tp погра-, ничного слоя воздуха у теплоотдающей поверхности

tpi=(ti + tв)/2.

Средние расчетные температуры слоя воздуха: для нестационарного режима

t’p1 = (t’1 + tB) / 2 = (40+20) /2 = 30 °С; t'p2=(40 + + 20)/2 = 30°С; tрз=(35 + 20) / 2 = 27,5°С; t’p4= (30+20) /2=25 °С;

для стационарного режима

t”p1 = (t”i + tв) / 2= (60 + 20) /2=40 °С; t”p2 = (60+20) / 2 = 40 °С;

t”p3 = (50+20) / 2 = 35 0С; t”p4= (40+20) / 2=30 °С.

Физические параметры воздуха при расчетных температурах приведены в табл. 1. ТАБЛИЦА I

Нестационарный режим. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией для горизонтальных остекленных поверхностей находят с помощью критерия Грасгофа. Критерий Грасгофа рассчитывают по формуле

Gr = l / (273 + t’p1) • [g (t’1 – tв) l31 / p12] =1/ (273 + 30) (9,81 (40 – 20) .0,873/(16 10-6)2) = 1,67-109.

Произведение критериев Прандтля и Грасгофа будет равно

http://mppnik.ru

Вт/(м2 К);

Суммарные коэффициенты теплоотдачи от наружных поверхностей аппарата в окружающую среду будут равны: для нестационарного режима

’1=4,36+5,95=10,31 Вт/(м2 К); ’2=4,67+2,73=7,40 Вт/(м2 К);

’3=4,82+2,70=7,52 Вт/(м2 К);’4=3,50+5,43=8,93 Вт/(м2 К);

для стационарного режима

’’1=5,40+6,58=11,98 Вт/(м2 К);’’2=5,52+3,04=8,56 Вт/(м2 К);’’3=5,67+3,0=8,67 Вт/(м2 К);’’4=4,35+5,71=10,06 Вт/(м2 К);

Потери теплоты наружными поверхностями аппарата в окружающую среду определяют по формулам: для нестационарного режима

Q'5 = 10,31 0,76 (40-20) +7,4 0,56(40-20) +7,520,38 (35-20) +8,93 0,94(30-20) =366 Вт;

для стационарного режима

Q''5 = 11,98 0,76 (60-20)+8,56 0,56 (60-20) + 8,670,38 (50-20) +10,06 0,94 (40-20) =844 Вт.

При стационарном режиме работы аппарата с помощью вентилятора осуществляется отсос паров фритюра, влаги и воздуха из рабочей камеры в вытяжную систему помещения. В рабочую камеру поступает через вентиляционные отверстия аппарата воздух из окружающей среды помещения. Расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха можно определить по формуле

http://mppnik.ru

Q''5В=[W/(dn-dB)] Cp t,

где Ср — средняя весовая удельная теплоемкость воздуха, равная 1,01 кДж/(кг К); t — разность температур влажного воздуха на выходе из рабочей камеры и поступающего воздуха ( t = 180-20=160 °С); W — количество пара, образующегося при обжаривании пончиков за счет испарения из них влаги. В нашем примере истинный процент ужарки составляет 21%, т. е. W=0,21 8,3 10-3 =1,74 10-3 кг/с; dn, ,dв —влагосодержание воздуха, выходящего из рабочей камеры, и воздуха помещения на 1 кг сухого воздуха. При температуре поступающего воздуха 20 °С и его относительной влажности 70% dB=0,01 кг/кг, при температуре выходящего воздуха 180 °С и относительной влажности 40% dn=0,418 кг/кг.

Q''5В = [1,74 10-3 /(0,418-0,01)] 1,01 160=0,69 кВт.

Таким образом, суммарные потери теплоты аппаратом в окружающую среду при стационарном режиме составят

Q''5 = 0,844 + 0,69 =1,534 кВт.

При эксплуатации аппарата возможны также тепловые потери за счет открывания крышек с целью его регулировки и устранения возможных неполадок (зависание лопаток в верхнем положении, застревание пончика и др.).

3. Определение потерь теплоты на разогрев конструкции аппарата. Расчет расхода теплоты на разогрев конструкции ведется только для нестационарного режима работы аппарата. Расход теплоты на разогрев конструкции определяется следующим выражением:

Q 6 = Qм6 + Qи6,

где Qм6 — теплота, расходуемая на нагревание металлических конструкций аппарата, кВт; Qи6 — теплота, расходуемая на нагревание изоляции, кВт.

i n

Q6м Gici (ti t0 )(1/ ) ,

i 1

где Gi — масса элемента металлической конструкции (жарочный бак, диск, плита, лопатки и др.) рассчитывается по формуле

Gi =Vi i

где Vi — объем элемента конструкции, м3; i — плотность материала элемента, кг/м3; с, — теплоемкость материала элемента конструкции, кДж/(кг К); ti — средняя конечная температура нагрева элемента конструкции, °С; — продолжительность разогрева аппарата, с.

Q6и = Gи cи(tи - t0)(1/ ).

где Gи — масса изоляционной конструкции, определяемая так же, как и элемента металлоконструкции, кг; Си — теплоемкость изоляции кДж/(кг К); tи — средняя температура нагрева изоляции, определяемая как tи = (tвн + tнар)/2, °С; tBH — температура частей изоляции, касающихся жарочного бака, °С; tHap — температура частей изоляции, касающихся облицовки аппарата, °С;

tн=( 180+60)/2 = 120 °С.

Определяют массу отдельных элементов конструкции аппарата (согласно расчетной схеме): жарочный бак (материал — листовая сталь Х18Н9Т толщиной 1,5 мм, = 7980 кг/м3):

G =[ 15(D2 + D3) + D24/4] = [3,14 0,07 (0,48 + +0,76) + 3,14 0,862/4] 1,5 10-3 7980 = 10,2 кг;

диск (материал — сплав алюминиевый АЛ9 толщиной 10 мм, =2700 кг/м3); G= ( D22/4) = (3,14 0,482/4) 0,01 2700=4,9 кг

изоляционная конструкция ( = 770 кг/м3)

http://mppnik.ru

ТАБЛИЦА 5

Сводные данные теплового расчета аппарата

Аналогично проводят расчет массы других элементов конструкции аппарата. С учетом материала, из которого изготовлены отдельные элементы, рассчитывают теплопотери на разогрев конструкции (табл. 4).

Результаты теплового расчета сводят в итоговую таблицу 5.

Итак, для предлагаемой рецептуры пончикового теста максимальную мощность аппарата целесообразно принять равной 7,2 кВт.

Серийно выпускаемый аппарат АП-ЗМ для приготовления и жарки пончиков оснащен тремя тэнами общей мощностью 7,5 кВт. Проведенные расчеты показывают, что паспортная мощность удовлетворяет требованиям новой технологии.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

http://mppnik.ru

Исходные данные: теплота сгорания газа Qрн =36,2 МДж/м3 при плотности

Расчет системы газоснабжения =0,73 кг/м3 и давлении Рr=1300 Па.

Решение. Прежде Чем приступить к расчету, составляют аксонометрическую схему газоснабжения (см. рис. 5.3,

б).

По схеме определяют расчетные ветви трубопровода. В данном случае вся система состоит из двух расчетных ветвей, подводящих газ. Первая ветвь подводит газ к плите и вторая ветвь — к наиболее удаленному кипятильнику. Расчет каждой ветви производится отдельно. Первую ветвь делят на расчетные участки I, II, III, IV. Деление начинают от самого удаленного аппарата. Расчетный участок I начинается от плиты и кончается у опуска к котлу,

Определить: параметры системы газоснабжения горячего цеха предприятия общественного питания

(см. рис.5.3, а).

т.е. местом, где меняется количество газа, протекающего по газопроводу.

Расход газа на расчетном участке определяют по мощности установленных на нем аппаратов. Для участка I Вн

— расход газа плитой, состоящей из двух секций ПГСМ-2Ш и ПГСМ-2: Вн = 5,2+ 4 = 9,2 м3/ч.

Коэффициент одновременности (К) для участка I целесообразно принять равным 1, так как на участке установлены две секции плиты, которые часто работают одновременно: Вр=Ви. Коэффициент одновременности работы аппаратов определяют на основе условий их эксплуатации и исходя из количества аппаратов, установленных в цехе, однако его не рекомендуется принимать менее 0,7.

Предварительно определяют диаметр трубопровода на этом участке. Как правило, он принимается равным диаметру коллектора аппарата, к которому подводится газ.

Для плиты, состоящей из двух секций ПГСМ-2Ш и ПГСМ-2, диаметр принимают равным 50 мм (данные берут из паспорта аппарата или каталога на соответствующее оборудование). На остальных участках по мере увеличения расхода газа размер диаметра увеличивают. При незначительных изменениях расхода газа и небольшой протяженности трубопровода диаметры для удобства монтажа не меняют.

В данном случае на расчетном участке 1 установлен самый большой потребитель газа, поэтому предварительно на всех участках диаметр можно принять равным 50 мм.

По выбранному диаметру и расчетному количеству газа Вр по табл. 3 для природного газа плотностью 0,7...03 кг/м3 находим потерю давления на 1 м трубопровода и эквивалентную (условную) длину трубы при =1.

Расчет суммарного коэффициента местных сопротивлений для каждого участка трубопровода приведен в табл.

2.

Расчет потери давления на каждом участке трубопровода приведен в табл. 1.

Потеря давления на преодоление гидростатического напора на спуске Н=10h=( воз - г):

на опуске к плите Ноп.пл =10(3,5-0,9) (1,29-0,73)=15,1 Па;

на опуске к кипятильнику Ноп.к= 10 3,5 (1,29-0,73)= =19,6 Па. Дополнительный напор, создаваемый в стояке, будет равен

Нст =10 4,5 (1,29-0,73) =25,2 Па.

Потери давления в трубах и арматуре по данным завода-изготовителя составляют

вплите — Нпл=100 Па;

вкипятильнике — Нк =30 Па.

Общие потери давления газа до горелки:

в плите — Нпл + Ноп.пл + НI+НII+НIII+НIV–Нст = =100+15,1+8,07+1,8+2,73+30,6-25,2 = 133,1 Па;