4.3 Тепловий розрахунок

Вихідні дані для розрахунку

Варочний котел діаметром 900мм, ємністю 200л, продукт – залива,

з густиною 1020 кг/м³. Початкова температура заливи -20°С,кінцева-98°С. Тиск гріючої пари-0,4мПа. t=143°C. Коефіцієнт теплопередачі від пари до продукта- 564 Вт/м²к. Сферична частина аппарата заповнена продуктом на 100%. Котел стальний.

Процес варіння складається з 2 фаз: підігріва і кип’ятіння.

I фаза – підігрів.

1.Витрати тепла на нагрів аппарата.

1.1.Витрати тепла на нагрів внутрішньої частини аппарата:

Q = Gм Cм ( tk-tн ) кДж, (4.14)

де См- питома теплоємність міді: 0, 394 кДж/кг К;

Gм=2п R² бм rм, (4.15)

де R-радіус котла- 0,45м;

δм- товщина мідної частини- 0,004м,

r_м- густина міді- 8900кг/м³

Gм= 2×3,14×0,45²×0,004×8900=45,2кг

Q₁= 45,2×0,394 (120,5-20)=1172кДж.

tк==120,5°С

1.2.Витрати тепла на нагрів наружної стальної частини.

Q₂=Gст× Сст×(tк-tн), кДж. (4.16)

де Сст -питома теплоємність сталі- 0,48 кДж/кг×К

Маса наружної стальної частини:

Gст=2p × R² × бст × rст (4.17)

де R-радіус парової рубашки- 0,5075м,

δст- товщина стінки сталі – 0, 01м,

rст- густина сталі- 7850кг/м³

Gст= 2 × 3,14 × 0,5075² × 0,01 × 7850=126,9кг

Q₂=1269 × 0,48 ×(143-20)=7492кДж

2.Витрати тепла на підігрів продукта:

Q₃=Gпр × Спр (tк-tн), кДж. (4.18)

де Gпр- маса заливи, яка завантажена у котел;

Спр- питома теплоємність заливи –3,36Дж/кг×град.

Gпр=V×r×f, кг (4.19)

де V-об’єм сферичної частини котла

V=2/3 p R³ (4.20)

r-густина продукта =1020кг/м³

f-коеффіцієнт заповнення сферичної частини котла, f=1

V=× 3,14 × 0,45=0,19 м³

G =0.19*1050*1=200 кг

C_пр=41,90-27.7*0.03=41.89

Q₃=200*41,89(98-20)=653484 кДж

3.Витрати тепла на випарювання вологи с поверхні продукта при підігріві

Q₄=W*r ,кДж (4.21)

Де W-кількість випаровуваної вологи,кг;

r- теплота пароутворення при t=59°С r=2359кДж/кг

W=W_c*.×*F_n , (4.22)

Де W_c- кількість вологи ,яка випаровується з поверхні продукта в котлі за секунду

T_ср=98+20/2=59°С

Тоді W_c=0.002 кг/м²,а з урахуванням фактичної поверхні випаровування при діаметрі котла 0.9м – 0.0013 кг/с

Q₄= 0.0013* t*2359 = 3.066t кДж

4.Витрати тепла в навколишнє середовище

Q₅=F_a*L_{0 *}t(t_ct- t_b), (4.23)

Де F_a-площа наружної поверхні котла, м²

F_a= 2  R² , (4.24)

Де R₂ – поверхневий радіус парової рубашки , м

L₀- сумарний коефіцієнт тепловіддачі ,кВт/м² град.

t_ct-середня температура стінки t_ст= 143+20/2= 81.5°С

F_a=2*3.14*0.5175²= 1.68м²

£= (9.3+0.058*81.5)*0.001= 0.01040 кВт/м² град

Q₅= 1.68*0.0140 * (81.5*-20)= 1.446  кДж