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’ = G_ж c_ж (t₁ - t_o) (1/),

где G_ж - масса рафинированного подсолнечного масла, c_ж = v_ж_ж, кг; с_ж — средняя удельная теплоемкость пищевого жира в интервале температур 20...180 °С: с_ж==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 - t_o) + 0,01 xGr + 0,01 KGc_K (t_з – t₂) + +0,01mGc_ж (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+...+rn_ic_i)/(m₁+m₂+m₃+....+m_i)= =(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; t_o — 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%); c_к - 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, 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 и стационарного режимов работы аппарата определяются по формуле

.

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: t_н=t_B=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 t_p погра-, ничного слоя воздуха у теплоотдающей поверхности

t_pi=(t_i + t_в)/2.

Средние расчетные температуры слоя воздуха: для нестационарного режима

t’_p1 = (t’₁ + t_B) / 2 = (40+20) /2 = 30 °С; t'_p2=(40 + + 20)/2 = 30°С; t_рз=(35 + 20) / 2 = 27,5°С;

t’_p4= (30+20) /2=25 °С;

для стационарного режима

t”_p1 = (t”_i + t_в) / 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

Физические параметры	Единица измере­ния	Температура, °С
		25	27,5	30	35	40
Кинематический коэффициент вязкости 106 Коэффициент теплопроводно­сти 102 Критерий Прандтля Рг	м2/с Вт/ (м- К) -	15,53 2,63 0,702	15,77 2,65 0,702	16,0 2,67 0,701	16,48 2,71 0,700	16,96 2,76 0,699

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 – t_в) 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

Pr’₁ Gr’₁ = 0,701  1,67  10⁹ = 1,17  10⁹.

Значение коэффициента пропорциональности с и показателя степени n в критериальном уравнении естественной конвекции Nu = c(PrGr)ⁿ принимаем по табл. 4.5.

с =0,135; n = 1/3.

Nu’₁ = 0,135(1,17.10⁹)^l/3 = 142.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по формуле

^’_к1 = Nu’₁ _p1/l₁ = 142  0,0267/0,87 = 4,36 Вт/(м².К).

Аналогично определяют значения коэффициентов теплоотдачи конвекцией для вертикальных поверхно­стей. Результаты этих расчетов сводят в табл. 2.

Стационарный режим. Результаты расчетов коэффициентов теплоотдачи конвекцией для этого режима приведены в табл. 3.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяют по формуле Стефана-Больцмана

,

где с_о — коэффициент излучения абсолютно черного тела, с_о = 5,7 Вт/(м²К⁴);  — степень черноты полного нормального излучения поверхности (для поверхностей, покрытых белой эмалью, — =0,9, из нержавеющей стали — =0,43, из стекла — =0,937).

ТАБЛИЦА 2

Расчеты коэффициентов теплоотдачи конвекцией для нестационарного режима работы аппарата

№ поверхности	Определяющий размер, м	Температура поверхности, С	Расчетная температура воздуха, С	Критерий Грасгофа	Произведение критериев	Показатель степени	Коэфф. пропорциональности, с	Критерий Нуссельта	Коэфф. теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2К)
1 2 3 4	0,87 0,16 0,11 0,27	40 40 35 30	30 30 27,5 25	1,67109 1,04107 2,62106 2,69107	1,17109 7,26109 1,84106 1,89107	1/3 1/4 1/4 1/4	0,135 0,54 0,54 0,54	142 28 20 36	4.36 4,67 4,82 3,50

ТАБЛИЦА 3