Расчет производительности аппарата

Введение

 

На предприятиях общественного питания для технологических и санитарно-технических целей используется горячая вода температурой 80…100°С.

Вода, прошедшая тепловую обработку, должна быть пастеризованной, т.е. такой, в которой уничтожены болезнетворные бактерии, а жизнедеятельность остальных микроорганизмов существенно подавлена.

Как известно, эффект пастеризации предопределяется температурой нагрева и продолжительностью выдержки воды при этом. Теоретически минимальная температура пастеризации составляет 63°С при выдержке 60 мин. На практике минимальная температура пастеризации составляет не менее 80°С при выдержке 15…20 с.

В кипяченой воде почти полностью уничтожаются содержащиеся в ней микроорганизмы, кроме споровых. Этот эффект достигается за счет нагрева до температуры кипения. Кипение же при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) происходит при температуре 100°С и сопровождается активным парообразованием.

Кроме высоко эффекта пастеризации в результате кипячения вода приобретает ряд характерных свойств, к которым в первую очередь следует отнести: деаэрацию и дегазацию воды вследствие уменьшения растворяемости газов при повышенных температурах; умягчение воды при выделение солей кальция и магния, определяющих временную жесткость.

Эти изменения сказываются не только на физико-химических свойствах воды, но и на ее органолептических характеристиках: вода становится более безвкусной, теряет посторонние запахи.

В общественном питании кипяток и горячая вода используются на различные технологические и санитарно-технические нужды.

Горячая вода используется в основном для мойки продуктов, кухонной и столовой посуды, узлов и деталей оборудования, полов и т.д. Горячая вода требуется при выполнении таких технологических операций, как бланширование, ошпаривание, тепловая обработка овощей и картофеля, при варке каш, гарниров и др. Кипяченая вода (кипяток) используется в горячих цехах предприятий общественного питания в качестве основного компонента для приготовления всевозможных блюд и кулинарных изделий, для приготовления горячих напитков – чая, кофе, какао, а также сладких блюд – компотов, киселей, желе, муссов и т.д. Помимо технологических целей кипяток используется для стерилизации кухонной и столовой посуды, столовых приборов, инвентаря, тары и др. Ежедневно, в зависимости от мощности предприятия, расходуется от 400 до 2700 л кипятка и горячей воды.

Применение кипятка в технологических процессах позволяет сократить продолжительность процесса доведения изделий до кулинарной готовности и полнее сохранить биологически ценные вещества в продуктах. Например, при варке картофеля в холодной воде в нем разрушается 35 % аскорбиновой кислоты, а при варке в кипятке - всего лишь 7 %.

Расчетная часть

Расчет производительности аппарата

 

Работа кипятильников и водонагревателей характеризуется нормальной теоретической и действительной (технической) производительностью, удельной производительностью, удельным расходом энергоносителя, коэффициентом полезного действия аппарата (кпд), напряжением поверхности нагрева, металлоемкостью.

Производительность кипятильников и водонагревателей, при прочих равных условиях, зависит от температуры воды, поступающей в нагревательное устройство, и от температуры ее закипания, которая, в свою очередь, зависит от барометрического давления. В связи с этим при определении производительности водогрейных устройств введены понятия: нормальный кипяток и нормальная производительность, одновременно являющаяся и теоретический производительностью.

Нормальным кипятком условно принято называть воду, нагретую от 10 до 100 °С; при этом на нагрев 1 л воды затрачивается 337 кДж теплоты.

В технических расчетах кипятильников принято пользоваться нормальным кипятком и нормальной производительностью, а при расчетах водонагревателей - стандартной производительностью. Под нормальной (теоретической) производительностью кипятильника понимают количество нормального кипятка, полученного за 1 ч работы аппарата.

Под стандартной производительностью водонагревателя понимают количество нагретой воды от 10 до 90°С, при этом на нагрев 1 л воды затрачивается 335 кДж. Стандартная производительность водонагревателя определяется по формуле:

 

D_ст = D_дв [(t_к - t_н)/80],

где D_дв - действительная (техническая) производительность водонагревателя, л/ч;

t_к - конечная температура воды на выходе из водонагревателя, °С;

t_н - начальная температура воды на входе в водонагреватель, °С.

D_ст = 160 [(95 - 7)/80] = 176 л/ч.

Удельная производительность водонагревателя определяется по формуле:

 

D_в = D_дв /M_в,

 

где M_в - масса водонагревателя, кг.

D_в = 160/65 = 2,5 л/ч.

Удельная металлоемкость m , [кг/(кг/с)], водонагревателя характеризует совершенство конструкции аппарата и определяется по формуле:

 

m = ,

 

где М -масса водонагревателя, кг;

D - нормальная производительность, кг/с.

m = =1329,2 кг/(кг/с).

По технико-эксплуатационным показателям оцениваются конструктивные, эксплуатационные и экономические показатели водогрейных аппаратов.

Тепловые расчеты

Тепловой баланс аппарата

Для водонагрвателей непрерывного действия наиболее характерен стационарный режим работы, для которого уравнение теплового баланса имеет вид:

 

Q = Q + Q + Q ,

 

где Q - полезная тепловая нагрузка, кВт;

Q - тепловая мощность пошедшая на испарение воды, кВт;

Q - потери в окружающую среду, кВт.

Расчет полезно используемой теплоты

 

Q = D_в * С *(t_к - t_н),

 

где

D_в - удельная производительность водонагревателя, л/ч;

С - удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг*К);

t_к , t_н - соответственно температура воды на выходе и на входе, °С.

Q = 0,044*4,187*(95-7) = 16,3 кВт.

Тепловая мощность, пошедшая на испарение воды

 

Q = ,

 

где - масса испаренной влаги, кг;

r – удельная теплота парообразования, кДж/кг.

(удельная теплота парообразования воды 2260 кДж/кг)

- соответствующее время работы водонагревателя, с.

Q = =0,166 кДж.

Потери теплоты в окружающую среду

Q =0,001* *F *(t -t ),

где -коэффициент теплоотдачи, кВт/(м *К);

F = F -площадь наружных ограждений водонагревателя, м ;

t -температура стенки аппарата, °С;

t - температура воздуха, °С.

=9,7+0,07*(t -t )

 

F = + ,

 

где l - длина водонагревателя, м;

h - высота водонагревателя, м.

F = =1,57 м

=9,7+0,07*(95-24) = 14,67

Q = 0,001*14,67*1,57*(95-24) = 1,64 кДж.

Тогда Q = 16,4 + 0,166 + 1,64 = 18,2 кДж.

Основные технические показатели работы водонагревателя

Коэффициент полезного действия

 

,

 

=0,9 %

Удельный расход теплоты на приготовление 1 кг воды q , (кДж/кг)

 

q = ,

 

q = = 372,19 кДж/кг

Расчет температуры стенок аппарата в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата

Удельный поток от теплоносителя к стенке q, Вт/м², рассчитывается по формуле

 

q = (0,46*t + 40)

 

- средняя температура нагретой изолированной стенки, от которой исходит тепловой поток, ºС.

q = (0,46*300 + 40) = 178 Вт/м²

Температуры стенок аппарата t_cт1, ºС; t_cт2, ºС; t_cт3, ºС; t_к, ºС определяются по формулам

 

t_cт1 =t₁ – q*

 

t_cт1 =320 – 178* =233 ºС;

 

t_cт2 = t_cт1 – q*

t_cт2 = 233 – 178* =232,9 ºС

 

t_cт3 = t_cт2 – q* ;

 

t_cт3 = 232,9 – 178* =40 ºС

 

t_к = t_cт3 – q* ;

 

t_к = 40 – 178* =40 ºС

Для проверки расчетов определяется температура теплоносителя t_cт1, ºС по формуле:

 

t₁ = t₂ + q*( + + + )

водонагреватель электрический теплоотдача расчет

t₁ =24+178*( + + + ) =310 ºС

Расчет кинематического коэффициента теплоотдачи

Конденсация насыщенного пара на твердой поверхности происходит, если ее температура меньше температуры насыщения при данном давлении.

При конденсации водяного пара на вертикальной поверхности в условиях ламинарного движения конденсатной пленки и одинаковой температуры стенки по всей ее высоте Н коэффициент теплоотдачи от теплоносителя , Вт/(м *К) определяют по формуле

=0,943* = ,

 

где А=5500+65*t -0,2*t ,

t -температура конденсации пара, °С;

А=5500+65*143,62 -0,2*(151,85) = 10223,62

= =17746,

Расчет мощности электронагревательных элементов

Электрическая мощность одного ТЭНа Р , Вт, определяется по формуле

 

Р = ,

 

где n- число ТЭНов в аппарате

Р = =2000 Вт.

Расчет ТЭНа

Расчет ТЭНа сводится к определению геометрических размеров его рабочих элементов (длина ТЭНа, длина проволоки, длина спирали, плотности намотки) и их теплового режима (температура спирали и поверхности трубки).

Мощность ТЭНа Р , Вт, пропорциональна теплоотдающей поверхности трубки S , см , и ее удельной поверхностной мощности W, Вт/ см и рассчитывается по формуле Р = S *W.

Р = 280*7 =1960 Вт.

Активная длина трубки ТЭНа L , см, рассчитывается по формуле

L = ,

 

где D-наружный диаметр трубки ТЭНа после опрессовки, принимаемый равным 1,4 см.

L = =63,7 см

Полная длина трубки с учетом части концевых стержней, находящихся в трубке ТЭНа L, мм рассчитывается по формуле

 

L = L +2 L ,

 

где L - длина пассивных концов трубки, L 50 мм.

L = 637 + 2*50 = 737 мм

Сопротивление спирали R, Ом, определяется по формуле: R = ,

где U – напряжение сети, В.

R = =24,7 Ом

Длина проволоки спирали L, мм, определяется по формуле

 

R = = = ,

 

L = ,

L = =11,28 мм

где d-диаметр проволоки спирали (принимается в пределах 0,5 мм для мощности Р = 800 до 1000 Вт и 0,8 мм для мощности от 2200 до 4000Вт);

-удельное сопротивление спирали при комнатной температуре =1,1 Ом* мм /м.

Длина витка спирали L , мм, определяется по формуле

 

L = 1,07* *(d +2d),

 

где 1,07- коэффициент увеличения диаметра спирали при снятии со стержня;

d -диаметр стержня для намотки спирали.

L = 1,07*3,14*(0,4+2*0,8) = 6,72

Число витков спирали ТЭНа n, шт., определяется по формуле n = .

n = =1,67 2.

Расчет тепловой изоляции

Производится для определения минимальной толщины изоляционного слоя при заданной (допустимой по условиям эксплуатации) температуре на поверхности ограждения аппарата.

Расчет толщины изоляции

Для плоской изолируемой поверхности водонагревателя тепловой поток q, Вт/ м , определяется по формуле:

 

q= ,

 

где t , t -температура греющей среды (пара) и окружающего воздуха, °С

- толщина i-ого слоя, через который проходит тепловой поток, м;

-коэффициент теплопроводности i-ого слоя, Вт/(м*°С).

Ввиду того, что термическое сопротивление теплоотдачи от горячей среды к стенке и термическое сопротивление металлической стенки изолируемого аппарата или паропровода очень малы по сравнению с термическим сопротивлением изоляции и сопротивлением теплоотдачи о наружной поверхности изоляции к окружающее среде , величинами и можно принебречь.

q = =187,7 Вт/ м

Толщина изоляции , м, подсчитывается по формуле:

 

= ,

 

где t - температура наружной поверхности изоляции.

= =0,049 м

Организационная часть

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: