Расчет стерилизатора непрерывного действия.
Производительность стерилизатора непрерывного действия определяется по зависимости:
где,
- скорость ленты стерилизации, м/с;
- расстояние между банками по длине ленты, м;
- число установленных банок в ряду по ширине ленты, штук.
Тепловой расчет стерилизатора непрерывного действия производится по каждому участку в отдельности (нагрева банок с продуктами, стерилизации банок с продуктами) по методике аналогичной с методикой для теплового расчета стерилизатора периодического действия.
Расчет сушильных установок.
В качестве примера рассмотрим одноступенчатую сушильную установку (одна ступень сушки).
Количество влаги испаряемой из продукта определяется по зависимости:
где,
- производительность сушилки по входному продукту, кг/с;
- начальная влажность продукта, %;
- конечная влажность продукта, %.
Производительность сушилки по конечному (высушенному продукту) определяется по зависимости:
Необходимый расход воздуха в сушилке определяется по зависимости:
где,
- влагосодержание воздуха при выходе из сушилки в гр воды на 1 кг сухого воздуха;
- влагосодержание воздуха при выходе из калорифера (оно же равно влагосодержанию воздуха при поступлении в калорифер) в гр воды на 1 кг сухого воздуха.
Процесс сушки лучше всего наложить на диаграмме I-d для воздуха и задавшись температурой и влагосодержанием воздуха окружающей среды определить температуру и энтальпию воздуха в конце нагрева. Считая процесс сушки при постоянной энтальпии, определяем по этой же диаграмме влагосодержание и температуру воздуха при выходе из сушилки а также парциальное давление насыщенных паров воздуха при входе в калорифер.
Объемный расход воздуха определяется по зависимости:
где,
=278 Дж/(кг К) газовая постоянная для воздуха;
- температура наружного воздуха, °С;
- относительная влажность наружного воздуха, % (определяется по той же диаграмме по параметрам входного воздуха);
- парциальное давление насыщенных паров наружного воздуха, мПа.
Необходимый расход тепла в калорифере для нагрева воздуха идущего на сушку, определяется по зависимости:
где,
- удельная энтальпия наружного воздуха, поступающего в калорифер, кДж/кг;
- удельная энтальпия воздуха при выходе из калорифера, кДж/кг.
Необходимая поверхность теплообмена определяется по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image432.png)
где,
коэффициент теплопередачи для оребренной поверхности калорифера;
-скорость движения воздуха в калорифере, м/с;
- средняя логарифмическая разность температур между теплоносителем и нагреваемым воздухом, °С (см. расчет по рис. 1, 2, 3 и 4).
Если обогрев калорифера паром, то расход пара определяется по зависимости:
где,
и
- удельная энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг.
Расчетная необходимая мощность привода вентилятора определяется по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image435.png)
где,
- напор, развиваемый вентилятором, Па. Обычно Н = (1000...2000) Па;
= 0, 6...0, 75 КПД вентилятора;
- коэффициент запаса мощности =1, 5 для двигателей мощностью (0, 5...1, 0) кВт и 1, 15 для более мощных двигателей.
Необходимый диаметр ротора вентилятора определяется по зависимости:
Необходимая частота вращения ротора вентилятора определяется по зависимости:
где,
-для центробежных вентиляторов, Б = 17, 4;
-для осевых вентиляторов Б = 63, 5.
При нагреве калорифера тэнами, установленная общая мощность нагревательных элементов определяется по зависимости:
где,
- КПД электродвигателей
Расчет обжарочной печи
Общий расход тепла в обжарочной печи непрерывного действия может быть определен по зависимости:
где,
- затраты тепла на нагрев продукта;
- производительность обжарочной печи по входному продукту обжарки, кг/с;
- удельная теплоемкость продукта обжарки, кДж/(кг-К);
- конечная средняя температура обжаренного продукта, °С. Принимается для расчетов для растительного сырья в среднем 100°С или на (30...40)°С ниже средней температуры массы в печи;
- начальная температура продукта поступившего на обжарку, 1°С. Принимается равным температуре окружающей среды (20...25)°С;
- расход тепла на выпаривание влаги из продукта;
- истинный процент ужарки продукта, %. Для растительного сырья находится в пределах (35...60)%. Определяется по технологии;
- удельная теплота парообразования, кДж/кг. Принимается при температуре продукта при жарке. Если конечная температура продукта при жарке 100°С, то удельная теплота парообразования 2258, 4 кДж/кг;
- расход тепла на нагрев сеток, в которых жарится продукт;
- масса продукта, помещаемая в одну сетку, кг;
- масса одной сетки, кг;
= 0, 482 кДж/(кг К)- удельная теплоемкость стали, из которой изготовлены сетки;
- средняя температура масла в печи, °С;
- начальная температура сеток до входа в масляную ванну, °С. Для расчетов принимается на 5 °С выше окружающей среды.
- расход тепла на нагревание доливаемого масла в ходе жарки,
- расход масла на жарку, %. Принимается по технологии жарки в процентах к исходному продукту. Для растительного сырья в расчетах ложно принимать в пределах (10...20) %;
=1, 93 кДж/(кг К) - удельная теплоемкость подсолнечного масла. Если по технологии предусмотрен другой вид масла или смесь масел, то удельную теплоемкость необходимо определить по таблице или как для смеси (расчет см. выше);
- температура доливаемого масла, °С. Если масло хранилось в цеху в расходной емкости, то для расчета принимается температура окружающей среды;
- расход тепла на нагрев доливаемой охлаждающей воды;
- расход охлаждающей воды, кг/кг. Принимается в зависимости от технологии в кг воды на 1 кг продукта. Для растительного сырья в расчетах можно принимать
= (1... 2) кг/кг;
- конечная температура охлаждающей воды, °С. Для расчетов, если не уточнено технологией, можно принимать в пределах половины температуры продукта в конце жарки;
- начальная температура охлаждающей воды, °С;
- удельная теплоемкость воды, кДж/(кг К).
- расход тепла на компенсацию потерь в окружающую среду конвекцией и теплоизлучением в пределах 8% от общих затрат тепла. Рассмотрим случай нагрева масляной ванны паровым теплообменником.
Необходимый расход пара определяется по зависимости:
где,
и
— удельная энтальпия греющего пара и отходящего конденсата, кДж/кг. Определяется по таблице в зависимости от давления или температуры пара.
Необходимая поверхность теплообмена определяется по зависимости:
где,
к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К). Для обжарочных печей, где греющие трубы для прохода пара расположены в жарочной ванне, этот коэффициент в пределах (400...500) кВт/(м2 К).
Общая длина греющих труб теплообменника может быть определена по зависимости:
где,
d - принятый (или заданный) диаметр трубы, м.
При электрообогреве жарочной ванны, необходимая общая мощность нагревательных элементов определится по зависимости:
где,
= 0, 6... 0, 75 - КПД нагревательных элементов.
Общее число установленных электронагревателей определяется по зависимости:
где,
- мощность одного электронагревателя, кВт. Принимается ближайшее большее целое значение.
Расчет пастеризатора.
Коэффициент регенерации тепла в пастеризаторе определяется по зависимости:
где,
- температура пастеризуемой жидкости после подогрева в секции регенерации, °С;
- температура пастеризации жидкости, °С;
- начальная температура пастеризации жидкости, °С,
Из этой зависимости вытекает, что температура жидкости после подогрева в секции регенерации определяется по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image466.png)
Полный расход тепла в процессе пастеризации можно определить из зависимости:
где,
- расход тепла в секции регенерации;
- производительность непрерывного пастеризатора, кг/с;
- удельная теплоемкость пастеризуемой жидкости (или смеси жидкостей), кДж/(кг К).
- расход тепла в секции пастеризатора.
Количество тепла, отданное охлаждающей воде, может быть определено по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image471.png)
где,
- коэффициент теплопередачи в секции регенерации, кВт/(м2 К);
средняя разность температур нагреваемой и охлаждающей жидкостей в секции регенерации.
Необходимая поверхность теплообмена секции пастеризации можно определить из зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image474.png)
где,
- коэффициент теплопередачи в секции пастеризации, кВт/(м2 К);
- средняя разность температур между теплоносителем и пастеризуемой жидкостью. Знак «плюс» перед скобкой ставится для большей разности, а «минус» перед меньшей разностью, а также числитель под знаком логарифма - большая разность.
Необходимая поверхность теплообмена в секции охлаждения может быть определена по зависимости:
где,
- коэффициент теплопередачи в секции охлаждения, кВт/(м2 К);
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image478.png)
- средняя разность температур между охлаждаемой жидкостью и охлаждающей водой (или другого хладагента). Замечание относительно знаков разностей аналогичны знакам секции пастеризатора;
- температура охлаждаемой жидкости при входе в секции охлаждения, °С;
- конечная температура охлаждающей жидкости, °С;
- начальная температура охлаждающей воды (или другого хладагента), °С;
- конечная температура охлаждающей воды при выходе из охлаждающей секции, °С.
Температура пастеризуемой жидкости перед входом в секцию охлаждения можно определить по зависимости:
Необходимое количество рабочих пластин в пластинчатом пастеризаторе можно получить в результате деления соответствующих поверхностей теплообмена каждой секции на поверхность теплообмена одной пластины.
Значение температур в каждой секции пастеризуемой жидкости определяется технологией.
В каждом конкретном случае необходимо учитывать схему хода пастеризуемой и затем охлаждаемой жидкости, а также ход охлаждающей воды или другого хладагента и строить тепловой расчет по аналогичной с приведенной схеме.
При применении во всех секциях пластинчатого пастеризатора одинаковых пластин, производительность пастеризатора определяется произведением скорости прохождения жидкости на минимальное количество пластин в одной из секции на поверхность сечения каналов пластины, пропускающие жидкость в одну сторону.
Расчет холода.
Количество вымерзающей воды (в долях от общего содержания воды в кг продукта) для пищевых продуктов может быть определено по зависимости:
где,
- абсолютная величина средней конечной температуры продукта при замораживании, °С;
- абсолютная величина криоскопической температуры продукта, °С.
Удельная теплоемкость замороженного продукта определяется по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image488.png)
где,
- удельная теплоемкость сухих веществ содержащихся в продукте, кДж/(кг К). В расчетах, для продуктов содержащих жир можно принимать 0^=1, 34 кДж/(кг К), а для продуктов не содержащих жир, можно принимать
=1, 256 кДж/(кг К);
=4, 18 кДж/(кг К) - удельная теплоемкость не превращающейся в лед части воды;
W - относительное содержание воды в продукте, в долях единицы.
Общий расход холода на замораживание продукта определяется по зависимости (в периодическом процессе):
где,
- расход холода на охлаждение продукта до начала замораживания;
- масса замораживаемого продукта, кг;
- удельная теплоемкость замораживаемого продукта (до его замораживания), кДж/(кг К);
- начальная температура продукта, °С;
- расход холода на вымораживание воды в продукте;
= 335 кДж/ кг - удельная теплота затвердевания воды;
- расход холода на охлаждение сухих веществ, льда и незамерзающей части воды в продукте;
- расход холода на охлаждение тары;
- масса тары, кг;
- удельная теплоемкость материала тары. Если тара изготовлена из стали, то
=1, 34 кДж/(кг К);
- расход холода на компенсацию потерь в окружающую среду. Принимается для расчетов в пределах от 4 до 6% от общих затрат холода.
Необходимая поверхность испарителя холодильника определяется по зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image500.png)
где,
- температура хладагента при выходе из испарителя, °С;
- температура испарения хладагента, °С. Обычно их разность 5° С;
- коэффициент теплопередачи испарителя, кВт/(м2 К).
Коэффициент теплопередачи для рассольных испарителей приведен в табл. 16.
Таблица 16
Вид испарителя
| Коэффициент теплопередачи
, кВт/(м2 K)
|
Погружной
| 0, 23...0, 29
|
|
Кожухотрубный одноходовой
| 0, 35...0, 40
|
Кожухотрубный многоходовой
| 0, 40...0, 465
|
Для батарей непосредственного испарения, коэффициент теплоотдачи может быть определен по эмпирической зависимости:
![](https://konspekta.net/lektsiacom/baza16/408032311820.files/image503.png)
где,
- средняя разность температур между температурой воздуха в камере и температурой испарения хладагента.