Решение задач по расчету энергетических затрат тепла в тепловых технологических процессах — КиберПедия 

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Решение задач по расчету энергетических затрат тепла в тепловых технологических процессах



 

3.1. Общие сведения о расчете затрат теплоты

 

При определении расхода теплоносителя составляют уравнение теплового баланса, в котором количество энергии, отдаваемое теплоносителем, должно быть равно энергии, затрачиваемой на обработку продукта, с учетом расхода тепла в окружающую среду.

Уравнение теплового баланса выражаемого формулой:

 

Qобщ. = Q1 + Q2 + Q3 + … Qn (3.1)

 

где Q1 ,Q2 ,Q3 , …Qn - расход тепла по различным направлениям, кДж.

Расход тепла, связанный с нагревом, материала (продукта, банок, сеток и т.п.) определяют по формуле:

 

Q = G . c(tк - tн), кДж (3.2)

где G - масса нагреваемого материала, кг;

с – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг.К);

tк и tн - конечная и начальная температура материала, К.

В большинстве случаев нагреваемым продуктом является смесь нескольких продуктов, тогда удельную теплоемкость смеси определяют по формуле:

 

Ссм = 0,01(с1 . x1 + с2 . x2 + … + сn. xn ), кДж/(кг. К) (3.3)

 

где с1, с2, сn - удельная теплоемкость компонентов смеси, кДж/(кг. К);

x1, x2, xn – содержание компонентов в смеси, %.

Известно, что количество теплоты (Дж) передаваемой материалу от теплоносителя, в том числе от стенок аппарата в окружающую среду, определяется уравнением:

 

= F.a.Dt t, (3.4)

 

Если теплоносителем является острый пар, то уравнение (3.4) принимает вид:

= D(in – ik).t, (3.5)

 

где F – площадь поверхности теплообмена, м2;

a - коэффициент теплоотдачи, кВт/(м2 . К);

Dt – разность температур между стенкой аппарата и наружным воздухом, °К;

При этом в случае если отношение Dtmax /Dtmin £ 2, то

 

Dtср = (Dtmax +Dtmin)/2 (3.6)

 

если Dtmax /Dtmin >2, то среднюю разность температур определяют:

 

, (3.7)

если температура теплоносителя t2 и среды t1 во время процесса остаются постоянными то: Dt = t2 – t1

t - продолжительность теплообмена, с;

D – расход острого пара, кг/с;

in, iк - удельная энтальпия пара и конденсата, кДж/кг;

Расход тепла на выпаривание влаги определяется по формуле :

 

Q3 = W. r, кДж (3.8)

 

где W - масса испаряемой влаги, кг ;

r - теплота парообразования, кДж/кг. Масса испаряемой жидкости может быть определена по формуле

 

W = ( - )t ; кг (3.9)

где -поверхность испарения в м2;

-продолжительность испарения в сек ;

-упругость насыщенных паров жидкости при данной температуре,

н/м2(мм рт. ст.);

-упругость насыщенных паров жидкости при температуре окружающего воздуха, н/м2(мм рт. ст.);

-относительная влажность воздуха;

- коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств жидкости и скорости движения воздуха. Для воды и водных растворов можно определить по формуле:



, кг/(м2×сек×н/м2) (3.10)

кг/(м2×ч×мм.рт.ст.)]

где - скорость движения воздуха в м/сек;

-плотность воздуха в кг/м3;

Кисп можно принимать в зависимости от скорости воздуха:

Скорость воздуха

в м/сек в кг /(мг сек н/ мг)

0,5 129

1,0 298

1,5 408

2,0 520

Количество выпариваемой влаги (кг) при изменении концентрации по формуле

 

W = М [1-(n/m)], (3.11)

 

где М – масса исходного сырья, кг;

n и m - начальная и конечная концентрация продукта,%.

Отсюда конечное содержание сухих веществ в продукте (в %)

 

m = Mc / M, (3.12)

 

Расход тепла (в Дж) в окружающую среду за счет конвекции и лучеиспускания.

Q4 = F a0 t ( tст - tв ) (3.13)

 

где F - площадь поверхности аппарата, м2 ;

a0 - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 . К);

tст - температура наружной поверхности стенки, К;

t - продолжительность процесса, сек.;

tв – средняя температура воздуха, К.

tст = (t1 +a2 . t2 Вi)/(1 + a2 .Вi) (3.14)

 

где t1 - температура среды внутри аппарата, 0 С ;

t2 - температура среды с наружной стороны стенки, 0 С;

a2 - коэффициент теплоотдачи с внешней стороны стенки, Вт/м2 . К;

Вi - термическое сопротивление теплопередачи, м2 . К/кВт ;

 

Вi = 1/a1 + d/l (3.15)

 

где a1 - коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стенки, Вт/м2 . К;

d - толщина стенки, м ;

l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м. К) ;

Суммарный коэффициент теплоотдачи для аппаратов, находящихся в закрытом помещении и имеющих tст от 50 до 350°С определяется по формуле:

 

a0 = (9.3 + 0.058 tст).10-3, кВт/(м2К) (3.16)

 

или при tст меньше 50 °С

a0 =[9.74 + 0.07( tст - tв)].10-3, кВт/(м2 К) (3.17)

 

Расход греющего пара в аппаратах, где он полностью конденсируется, определяют по формуле:

D = , (3.18)

Площадь поверхности теплообмена аппарата, м2

F = , (3.19)

 

а для нагревателей и охладителей непрерывного действия

 

F = , (3.20)

где П - производительность аппарата, кг/с ;

с - удельная теплоемкость вещества, кДж/(кг . К) ;



t¢ и t¢¢ - начальная и конечная температура вещества в нагревателях (охладителях), К.

 

Задание 3

 

3.1. Установите, чему равна средняя удельная теплоемкость томатной пульпы, уваренной в выпарном аппарате с 5 до 12 % сухих веществ.

3.2. На заводе имелся рассол концентрацией 2 и 12 %. Оба рассола смешали вместе, причем 2%-ного было взято вдвое больше, чем 12 % -ного. Определите удельную теплоемкость полученной смеси.

3.3. При варке повидла смешали 100 кг сахара и 125 кг 12%-ного яблочного пюре. Рассчитайте удельную теплоемкость повидла.

3.4. На консервном заводе смешали 40 кг 20%-ного сахарного сиропа. 10 кг сахара и 100 кг 10%-ного сливового пюре. Определите удельную теплоемкость смеси.

3.5. Определите удельную теплоемкость салата из квашенной капусты: в банке находится 200 г квашеной капусты, 90 г моркови, 90 г яблок. Количество овощей берется 40 г соли и 40 г сахара.

3.6. Определите удельную теплоемкость “Щей из белокочанной капусты”, состоящих из 225 г капусты квашеной, 45 г моркови, 45 г лука репчатого, 30г белого корня, 10 г зелени петрушки, 5 г чеснока, 10 г 30% - ной томатной пасты.

3.7. Определите, какая масса яблочного сока с мякотью может быть нагрета от 18 до 70 0С, если содержание сухих веществ в соке равно 15 %, а в подогревателе к соку передается теплота в количестве 100 кДж/с.

3.8. В змеевиковый теплообменный аппарат нагнетается насосом 12%-ное томатное пюре, температура которого должна быть поднята с 30 до 90 0С. От греющего пара к продукту ежесекундно поступает 162 кДж теплоты. Рассчитайте количество пюре, подаваемого в подогреватель.

3.9. Производительность линии АС-200 по сырью 8330 кг/ч. Определите, сколько влаги удаляется в каждом из двух корпусов выпарной станции если в первом концентрация томатной массы повышается с 5,5 до 12 %, а во втором - с 12 до 35 %.

3.10. Консервный завод должен переработать за сезон 7500 т томатов с плановым содержанием сухих веществ 5 %. Фактическое содержание сухих веществ составило 5,2 %. Какое количество 30 %- ной томатной пасты будет дополнительно выработано за счет этого?

3.11. При уваривании томатной массы с 5 до 12 % сухих веществ выход готового продукта составил 1250 кг/ч. Сколько теплоты требуется затратить на выпаривание влаги при остаточном давлении 0,015 МПа?

3.12. Определите, как изменятся затраты теплоты на выпаривание влаги, если при концентрировании 1200 кг виноградного сока с 16 до 60 % сухих веществ разрежение в аппарате увеличивается с 70 до 75 кПа.

3.13. Рассчитайте температуру наружной поверхности неизолированной стенки аппарата, внутри которого продукт нагрет до 1200 С, если температура воздуха в цехе 25 0 С, коэффициент теплоотдачи от воды к стенке 1000 Вт/(м2 . К), от стенки к воздуху 10 Вт/(м2 . К ), а толщина стальной стенки 0,01 м.

3.14. Чему равна температура наружной поверхности кирпичной стенки цеха при толщине стенки 0,5 м, температуре воздуха в цехе 25 0С, температуре наружного воздуха 50С, коэффициентах теплоотдачи a1 = 8 Вт/(м2 . К) и a2 = 15 Вт/(м2 . К)?

3.15. Средняя температура стенок ванны обжарочной печи 45°С , температура воздуха в цехе 25 0С. Площадь поверхности аппарата 18 м2. Определите секундную потерю теплоты и установите, какой процент от общих затрат теплоты, равных 500 кДж/с, она составляет.

3.16. Для уменьшения потерь теплоты двухтрубный подогреватель, площадь наружной поверхности которого равна 8 м2 , покрыли слоем теплоизоляции, после чего температура стенки понизилась до 35 0С. Давление греющего пара в аппарате 0,3 МПа. Температура воздуха в цехе 22 0С. Толщина стальной стенки аппарата 5 мм. Определите потери теплоты в течение часа до и после укладки тепловой изоляции.

 

 

Расчет расхода воздуха

При проектировании участков и цехов, в которых производится тепловая обработка продуктов, необходимо узнать количество воздуха подаваемого на тепловой аппарат или отводимого от него и его свойства.

Воздух в процессе конвективной сушки выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя. В естественных условиях он представляет собой влажный газ, состоящий из смеси сухих газов с парами воды в перегретом состоянии. Водяные пары в таком состоянии имеют температуру, превышающую температуру кипения воды при одном парциальном давлении.

В сушильной технике воздух представляется как смесь сухой части и перегретого водяного пара, т.е. как ненасыщенный газ. К нему с достаточной для технических расчетов точностью применимы термодинамические законы идеальных газов. К термодинамическим параметрам воздуха относятся влажность (абсолютная и относительная), плотность, объем и энтальпия.

Абсолютная влажность - масса водяного пара в 1 м3 воздуха, которая равна плотности пара rп. Абсолютная влажность воздуха может возрастать до своего предела rн - плотности насыщенного пара. Дальнейшее увлажнение воздуха в данном объеме невозможно в связи с конденсацией водяного пара. Насыщенное состояние водяного пара может наступить либо при непрерывном испарении влаги, либо при постоянном охлаждении в замкнутом объеме воздуха. Температура при которой воздух данного состояния становится насыщенным, называется точкой росы tн .

rн определяют по таблицам водяного пара М.П. Вукаловича либо рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

 

lg rн = 0,686 + 6,9tн /(230+tн ) (3.30)

 

В формуле (8.1) rн дано в г/м3 . Относительная влажность j определяет степень насыщения воздуха паром:

 

j = rп /rн = h / hн , (3.31)

где rп и rн -абсолютная влажность и плотность насыщенного воздуха, кг/м3; h и hн - парциальное давление водяного пара и насыщенного водяного пара, Па.

hн рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

 

lg hн = 0,662 +7,5 tн /(238 + tн) (3.32)

 

Здесь hн в мм рт. ст. При переводе в единицы СИ 1 мм рт.ст.=133,322 Па. Влагосодержание воздуха d выражается массой водяного пара, отнесенной к 1 кг сухого воздуха:

 

d = 622h / (B-h), (3.33)

 

где В- общее барометрическое давление, Па.

Для сухих топочных газов при полном горении:

 

d = 580 h/(B - h), (3.34)

 

где (В-h) - парциальное давление сухих газов, Па.

Объем влажного воздуха определяют по уравнению

 

Vв.в (3.35)

 

Плотность влажного воздуха можно рассчитать по формуле

 

rв.в. = 2,17 , (3.36)

 

Энтальпия влажного воздуха I выражается в кДж/кг и характеризует состояние тела. Энатальпия влажного воздуха определяется из уравнения:

 

Iв.в. = Iс.в. + Iп = сс.в.t + iп d/1000, (3.37)

 

где Iс.в., Iп , iп - энтальпия соответственно сухого воздуха, пара и перегретого пара в воздухе, кДж/кг;

сс.в. - удельная теплоемкость сухого воздуха; сс.в.= 1 кДж/(кг. К);

t - температура сухого воздуха, °С.

 

i п = 2500 + 1,875t, (3.38)

 

Энтальпию влажного воздуха можно рассчитать либо по уравнениям (8.8; 8.9), либо по уравнению

 

Iв.в. = св.в. t +2500 . d /1000, (3.39)

где св.в. - теплоемкость влажного воздуха:

 

свв. = сс.в. +1,875d /1000, (3.40)

 

При уваривании, обжаривании и бланшировании продуктов, от аппаратов, в которых осуществляются эти процессы, необходимо производить отсос паровоздушной смеси, при этом объем отсасываемого воздуха рассчитывается следующим образом:

 

Vв = 287,14 qв (273 + tв )/(p - pн), м3/с (3.41)

 

где p - давление входящего пара, Па;

pн - парциальное давление насыщенных водяных паров при температуре отсасываемого воздуха, Па ;

qв - количество отсасываемого воздуха, кг/с ;

tв - температура отсасываемого воздуха, К, принимается равной 85...90°С (в зависимости от высоты установки отсоса).

qв = 0,01 D, где D - количество образовывающегося пара, кг/с. После процессов бланширования, обжаривания, горячего копчения продукция подвергается охлаждению с помощью воздуха и тогда общий расход воздуха для охлаждения можно рассчитать по формуле:

 

L = , кг/ч (3.42)

 

где W - количество испаряемой влаги, принимается равным 3 % от G , кг/ч;

G – масса продукции, поступившей на охлаждение, кг/ч ;

с - удельная теплоемкость продукции, кДж/(кг . град ) ;

t1 и t2 - начальная и конечная температура охлаждаемой продукции, К;

Gт - масса транспортных устройств, проходящих через охладитель в час, кг;

ст - удельная теплоемкость материала (для стали ст =0,482), кДж/(кг.К);

2 и t¢1 - начальная и конечная температура транспортных устройств (принимается на 10 - 15 К больше температуры продукта);

Qс - потери тепла во внешнюю среду, кДж/ч.

в и t¢¢в - начальная температура воздуха и его температура на выходе, К.

d1 и d2 - влагосодержание воздуха поступающего и выходящего из охладителя, ч/кг.

I1 и I2 - энтальпия воздуха на входе и выходе из охладителя, кДж/кг. Далее определяется количество воздуха в объемных единицах. Необходимо уметь определять расход воздуха и в процессе сушки продукта. Известно, что количество влаги поступившей в агрегат с материалом и воздухом равно количеству влаги, оставшейся в материале и ушедшей с воздухом, значит

 

, (3.43)

 

где G1 и G2 - количество материала до и после сушки, кг/ч;

L - количество сухого воздуха, проходящего через агрегат, кг/ч ;

d1 и d2 - влагосодержание воздуха на входе и выходе агрегата, г/кг ;

w1 и w2 - влажность материала до и после сушки, % .

Однако известно, что

 

W = , (3.44)

 

тогда, преобразовав уравнение (3.55) и (3.56) получим:

 

L = , (3.45)

Обозначив расход воздуха в кг на 1 кг испаряемой влаги через , т.е.

L/ W = , тогда получим

, (3.46)

Учитывая, что d1 = d0 , т. е. влагосодержанию воздуха при входе его в калорифер, то окончательно:

= 1000/(d2 - d0), (3.47)

 

Расход воздуха подаваемого в камеру охлаждения продукта определяется по формуле:

V0 = Q0 /r (ik – i1) , м3/сек. (3.48)

 

где r - плотность воздуха в камере, кг/м3 ;

Q0 – общий теплоприток в камеру, кВт;

ik , i1 – удельная энтальпия воздуха соответственно в камере и поступающего в камеру.


Задание 4

4.1. Определить объем отсасываемого воздуха из ленточного бланширователя, ширина которого 1.2 м, а длина 5 м. Подобрать вентилятор.

4.2. Определить объем отсасываемого воздуха из обжарочной печи при обжаривании рыбы, если известно, что производительность печи составляет 800 кг/ч, а истинный процент ужарки - 22 %. Подобрать вентилятор.

4.3. Определить расход воздуха для охлаждения обжаренной рыбы если на обжаривание поступает 800 кг/ч и рыба охлаждается до 40 0С. Подобрать вентилятор.

4.4. Определить расход воздуха для охлаждения рыбы бланшированной в банках № 3 при производительности 140 б/ мин.

4.5. Определить расход воздуха на подсушку рыбы перед ее копчением (холодным, если известно, что сырье в количестве 1,5 т. поступило с влажностью 78% и было подсушено до влажности 66 %. Температура наружного воздуха составляла 0 0С.

4.6.Определить расход воздуха на вяление 400кг рыбы с влагосодержанием 370 % , если известно, что температура наружного воздуха составляет плюс 48 0С.






Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...





© cyberpedia.su 2017 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.026 с.