kotly_pishevarochnye
.pdfФедеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КОТЛЫ ПИЩЕВАРОЧНЫЕ Методические указания к выполнению лабораторной работы
для студентов специальностей 260501 и 260601
У Т В Е Р Ж Д А Ю
Первый проректор университета
_____________________
М.С. Марамыгин
Екатеринбург
2010
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом Уральского государственного экономического университета
Составитель Порцев В.З.
2
1 Цели и задачи работы
Целью работы является приобретение основных знаний, необходимых для эффективной эксплуатации, расчета и конструирования котлов пищеварочных.
Задачами работы являются:
а) изучение особенностей конструкций котлов пищеварочных; б) изучение устройства и правил эксплуатации котла пищеварочного
электрического КПЭМ-60; в) проведение поверочного расчета котла КПЭМ-60.
2 Оборудование
Котел пищеварочный электрический КПЭМ-60, линейка измерительная.
3 Порядок выполнения работы
Лабораторную работу следует выполнять в следующей последовательности:
1)изучить классификацию пищеварочных котлов (приложение А);
2)изучить конструкции котлов пищеварочных, описанных в литера-
туре [1, 2, 3, 4, 5, 6];
3)изучить особенности работы системы «пароводяная рубашка – варочный сосуд» (приложение Б);
2)изучить устройство, техническую характеристику, принцип работы
иправила эксплуатации пищеварочного котла КПЭМ-60 (приложение В);
3)произвести поверочный расчет котла (раздел 5);
4)оформить отчет и ответить на контрольные вопросы(разделы 6 и 7).
4 Методика проведения исследований
Проведение исследований котла пищеварочного электрического сводится к определению опорных данных для его расчета путем непосредственного измерения необходимых параметров.
Исследования могут проводиться на действующем аппарате при проведении реального технологического процесса нагрева воды в варочном сосуде до кипения и имитации последующей варки модели продукта. При невозможности включения котла часть параметров можно принять из опыта работы на аналогичных аппаратах.
3
В настоящей лабораторной работе рассматривается производственная ситуация приготовления продукта (воды) в следующей последовательности: разогрев котла с загруженной в варочный сосуд водой, доведение содержимого до кипения, поддержание кипения в течение заданного времени.
Период нестационарного режима принять от момента включения аппарата до момента закипания содержимого варочного сосуда. Период стационарного режима принять в пределах от 10 до 30 минут.
4.1 Начертите таблицу для записи результатов экспериментальных исследований (см. таблицу 1).
Таблица 1 – Результаты исследования котла пищеварочного
|
Условное |
Значение |
|
Наименование параметра |
обозначение |
||
параметра |
|||
|
параметра |
||
|
|
||
Начальная температура элементов котла, воды в варочном |
t1Н = t2Н = t3Н = |
|
|
сосуде и в пароводяной рубашке, °С |
t4Н = t5Н = t6Н |
|
|
Температура окружающей среды (воздуха), °С |
tВ |
|
|
Конечная температура крышки котла, °С |
t1к |
|
|
Конечная температура наружной поверхности |
t2к |
|
|
теплоизоляции, °С |
|
|
|
Конечная температура внутренней поверхности |
t3к |
|
|
теплоизоляции, °С |
|
|
|
Конечная температура боковой облицовки, °С |
t4к |
|
|
Конечная температура воды в варочном сосуде, °С |
t5к |
|
|
Конечная температура воды в парогенераторе, °С |
t6к |
|
|
Продолжительность разогрева котла (продолжительность |
τР |
|
|
нестационарного режима), с |
|
||
|
|
||
Продолжительность кипения содержимого варочного со- |
τТ |
|
|
суда (продолжительность стационарного режима), с |
|
||
|
|
||
Диаметр крышки варочного сосуда, м |
D |
|
|
Ширина корпуса котла, м |
А |
|
|
Длина корпуса котла, м |
B |
|
|
Высота корпуса котла, м |
Н |
|
|
Диаметр варочного сосуда, м |
d |
|
|
Глубина варочного сосуда, м |
h |
|
|
Номинальная мощность котла, Вт |
PH |
|
|
Масса котла, кг |
M |
|
4.2 Изобразите схему температур в различных точках конструкции котла (см. рисунок 1).
4
4.3 Заполните таблицу 1, исходя из технической характеристики котла КПЭМ-60, анализа процесса изменения температур в различных точках конструкции и непосредственных измерений размеров котла (рисунок 2).
№1
№5 №3
№2
№4
№6
Рисунок 1 – Схема температур в различных точках конструкции котла
|
D |
|
A |
|
F2 |
|
F1 |
Н |
B |
|
Рисунок 2 – Схема определения площадей теплоотдающих поверхностей котла
5
5 Расчетная часть
Поскольку котел КПЭМ-60 является аппаратом периодического действия, для определения наибольших затрат теплоты расчет необходимо вести как для нестационарного, так и стационарного режимов его работы.
5.1 Определение затрат теплоты
5.1.1 Количество теплоты, затраченное соответственно при нестационарном QЗАТР, Дж, и стационарном режимах Q′ЗАТР, Дж, определяется по формулам
QЗАТР = Q1 + Q5 + Q6 , |
(1) |
|
|
Q′ЗАТР = Q′1 + Q′5 , |
(2) |
где Q1, Q′1 – количество полезно используемой теплоты соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;
Q5, Q′5 – количество теплоты, теряемое наружными поверхностями котла в окружающую среду соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;
Q6 – количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции, Дж.
5.1.2 Количество полезно используемой теплоты при нестационарном режиме Q1, Дж и стационарном режиме Q′1, Дж, работы котла определяется по формуле
Q = M |
5 |
c (tк −tн) +∆W r, |
(3) |
|
1 |
5 |
5 |
|
|
|
Q1′=∆W ′ r, |
(4) |
||
где М5 – масса нагреваемой воды, кг; с – теплоемкость воды, Дж/(кг град);
∆W, ∆W′ - количество испарившейся жидкости за периоды соответственно нестационарного и стационарного режимов, кг;
r – удельная теплота парообразования, Дж/кг ·°С.
К расчету принять с = 4187 Дж/(кг град), W = W′= 1,5 кг, r = 2257,2·103 Дж/кг.
6
5.1.3 Масса нагреваемой воды определяется исходя из объема варочного сосуда
М5 = V·ρ ·ϕ,
где V – объем варочного сосуда, м3; ρ – плотность воды, кг/ м3;
ϕ– коэффициент заполнения варочного сосуда.
Красчету принять ρ = 1000 кг /м3, ϕ = 0,8.
5.1.4 Объем варочного сосуда
V = |
π d 2 |
h |
. |
4 |
|
||
|
|
|
(5)
(6)
5.1.5 Количество теплоты, теряемое боковой поверхностью и крышкой котла в окружающую среду Q5, Дж, определяется по формулам
|
|
|
t К +t Н |
|
|
|
|
t К |
+t Н |
|
|
|
|
t К |
+t Н |
|
|
|
|
|||
Q |
=[F |
α ( |
1 |
1 |
−t |
В |
) +F |
α ( |
2 |
2 |
−t |
В |
) +F |
α ( |
4 |
4 |
−t |
В |
)] τ |
Р |
,(7) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
5 |
1 |
|
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
|
4 |
4 |
|
2 |
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Q5′ =[F1 α′1(t1К −tВ) +F2 α′2(t2К −tВ) ++F4 α′4(t4К −tВ)] τТ , |
|
(8) |
||||||||||||||||||
где F1, F2, F4 –площади соответствующих теплоотдающих поверхностей, указанных на рисунке 1, м2;
α1, α′1, α2, α′2, α4, α′4 – коэффициенты теплоотдачи от вышеуказанных поверхностей соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Вт/(м2 град).
5.1.6 Площади теплоотдающих поверхностей определяется по формулам:
F |
= |
π D2 |
; |
(9) |
|
||||
1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
||
F2 = A B −F1. |
(10) |
|||
F4 =(A H +B H ) 2. |
(11) |
|||
5.1.7 Коэффициенты теплоотдачи от наружных теплоотдающих поверхностей определяются по формулам:
7
|
|
|
|
t К |
+t Н |
|
|
|
|
|
|
||||
α =9,7 +0,07( |
|
|
1 |
1 |
|
−t |
|
), |
(12) |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α1′=9,7 +0,07(t1К −tВ), |
|
|
|
|
|
(13) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
t |
К +t Н |
|
|
|
|
|
|
||
α |
2 |
=9,7 |
+0,07( |
|
|
2 |
2 |
|
|
−t |
В |
), |
(14) |
||
|
|
2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
α2′ =9,7 +0,07(t2К −tВ), |
|
|
|
(15) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
t |
К +t Н |
|
|
|
|
|
|
||
α |
4 |
=9,7 |
+0,07( |
|
|
4 |
4 |
|
|
−tВ), |
(16) |
||||
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
α4′ =9,7 +0,07(t4К −tВ), |
|
|
|
(17) |
|||||||||||
5.1.8 Количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы котла Q6, Дж, определяется по формуле
Q = М |
|
c |
|
|
|
К −tН ) +М |
|
c |
|
(tК |
−tН |
) +М |
|
c |
(tК −tН ), |
(18) |
|
М |
М |
(t |
ИЗ |
ИЗ |
Т |
||||||||||||
6 |
|
|
М М |
|
ИЗ |
ИЗ |
|
Т |
6 |
6 |
|
||||||
где ММ, МИЗ, МТ – соответственно масса металлических элементов котла, теплоизоляции и промежуточного теплоносителя, кг;
сМ, сИЗ, сТ – соответственно теплоемкость металлических элементов котла, теплоизоляции и промежуточного
теплоносителя, Дж/(кг град);
tМК ,tМН ,tИЗК ,tИЗН – средние конечные и начальные значения темпера-
тур соответственно металлических элементов котла и теплоизоляции,°С.
К расчету принимают сМ = 461 Дж/(кг град); сИЗ = 921 Дж/(кг град);
сТ = 4187 Дж/(кг град).
5.1.9 Масса металлических элементов котла
ММ = М – МИЗ – МТ. |
(19) |
К расчету принимают МИЗ = МТ = 10 кг.
8
5.1.10 Средние температуры tМК ,tИЗК , tМН ,tИЗН ,°С определяются из выражений:
|
|
|
|
|
|
|
|
t К +t |
К +t |
К |
|
|||||||
t |
МК = |
4 |
|
|
5 |
|
6 |
|
|
, |
(20) |
|||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t Н +t Н +t Н |
|
|||||||||
t |
МН = |
|
4 |
|
|
5 |
|
6 |
|
|
, |
(21) |
||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t К |
+t К |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
t |
ИЗК = |
2 |
|
3 |
|
, |
|
|
(22) |
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t Н |
+t Н |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
t |
ИЗН = |
|
2 |
|
3 |
|
|
, |
|
(23) |
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1.11 Мощность, затраченная на проведение заданного технологического процесса соответственно при нестационарном P, Вт, и стаци онарном
P′, Вт, режимах определяется по формуле
P = |
QЗАТР |
. |
(24) |
||||
|
|||||||
|
|
τ |
Р |
|
|||
|
|
Q' |
|
||||
P' = |
|
|
|
|
|
||
ЗАТР |
. |
(25) |
|||||
|
|||||||
|
|
τ |
T |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
5.1.14 Выберите большее значение, сравните его со значением номинальной мощности РН, взятой из технической характеристики котла. Сделайте вывод.
5.2 Определение удельных расходов теплоты
Для определения эффективности работы котла необходимо определить следующие основные характеристики: удельный расход теплоты на единицу готовой продукции и коэффициент полезного действия.
5.2.1 Расход теплоты на единицу готового продукта при стационарном режиме qТ′, Дж/кг, определяют по формуле
|
′ |
|
|
|
qТ′ = |
QЗАТР |
. |
(26) |
|
|
||||
|
М |
Г |
|
|
5.2.2 Расход теплоты на единицу готового продукта с учетом затрат на разогрев аппарата и жидкости qT, Дж/кг, определяют по формуле
9
q |
= QЗАТР . |
(24) |
Т |
МГ |
|
где МГ – масса готового продукта, кг.
5.2.3 Масса готового продукта
МГ = М5 – W – W′. |
(25) |
5.2.4 Коэффициент полезного действия при нестационарном ηТ и стационарном η′Т режимах определяют по формулам
η = |
Q1 |
, |
(26) |
|
|||
Т |
QЗАТР |
|
|
|
|
||
ηТ′ = |
Q1′ |
. |
(27) |
|
|||
|
′ |
|
|
|
QЗАТР |
|
|
6 Содержание отчета
Отчет должен содержать: а) цель работы;
б) схему температур в различных точках конструкции котла; в) схему определения площадей теплоотдающих поверхностей; в) таблицу результатов испытаний котла; г) расчет основных характеристик котла.
7 Контрольные вопросы
1 Обосновать конструктивные особенности котлов:
а) различные способы установки (передвижные, опрокидывающиеся, неподвижные);
б) различные способы прижатия крышки; в) наличие арматуры для контроля и регулирования параметров в ва-
рочном сосуде и рубашке.
10