8.4 Розрахунок кількості енергії на виробничі потреби

У розділі виконуються теплові розрахунки основного та допоміжного обладнання для визначення витрати пари, повітря, палива, холоду. Для несерійного обладнання розраховується поверхня нагріву апарата, визначається конструкція та розміри нагріваючого елемента (змійовика, сорочки), товщина ізоляції.

Розрахунки проводяться за формулами і методиками, наведеним у підручниках і навчальних посібниках з курсів "Процеси і апарати харчових виробництв", "Технологічне обладнання рибообробних підприємств".

8.4.1 Розрахунок кількості пари на виробничі потреби

Для технологічних цілей пара застосовується як теплоносій (нагрівання апаратів, що використовують тепло), для створення тиску в судинах.

Як теплоносій на рибообробних підприємствах застосовується насичена або перегріта водяна пара тиском 1,1-12 атм (0,11-1,2 Мпа).

При визначенні витрати пари на виробничі потреби послідовно розглядають всі технологічні операції, на яких витрачається пара. Для кожної операції встановлюється, у якому вигляді, за яких параметрів і протягом якого часу витрачається пара, і визначаються витрати пару. Кількість матеріалу, що нагрівається парою, береться за даними продуктового розрахунку, тривалість теплової обробки приймається на основі режиму роботи обладнання.

На рибообробних підприємствах тепло витрачається на наступні потреби:

а) нагрівання матеріалів;

б) зміна агрегатного стану речовини (розморожування риби, випарювання рідини, висушування);

в) компенсація втрат у навколишнє середовище.

Витрати пари на нагрівання матеріалу від початкової температури до кінцевої визначається за формулою:

де	питома теплоємність матеріалу, кДж/(кг∙ К); маса матеріалу, що нагріває, кг. питома теплота конденсації пари, що залежить від його тиску, кДж/кг.

Теплоємність продукту може бути визначена як сума теплоємкостей окремих речовин, що входять до складу продукту (води, жиру й густих речовин), з врахуванням їх відносного вмісту за формулою:

де	питома теплоємність води (у середньому – 4182 Дж/(кг∙ К); питома теплоємність жиру (у середньому – 2100 Дж/(кг∙К); питома теплоємність щільних речовин (у середньому – 1450 Дж/(кг∙К); вміст вологи, жиру й густих речовин у продукті відповідно, у десяткових частках одиниці.

Питома теплоємність суміші матеріалів визначається за формулою:

де	питомі теплоємності компонентів суміші, Дж/(кг∙К); відносний вміст компонентів у суміші, %.

Витрата тепла (у Дж) на зміну агрегатного стану речовини визначається за формулою:

де	маса матеріалу, кг; прихована теплота конденсації, плавлення або випаровування матеріалу, Дж/кг.

Теплота плавлення льоду приймається рівною 335200 Дж/кг, для жиру - 13400 Дж/кг.

Кількість розчинника, що випаровується, при зміні концентрації продукту визначається за формулою:

де	маса продукту, що випаровуванню, кг; початковий і кінцевий вміст сухих речовин у продукті, %.

При проведенні технологічних процесів в апаратах з відкритою або закритою поверхнею сполучених з атмосферою за допомогою витяжних труб, кількість рідини, що випаровується в одиницю часу, визначається за формулою:

де

коефіцієнт пропорційності, що залежить від швидкості руху повітря й фізичних властивостей рідини, кг/(м2∙ з∙ Па); площа поверхні випаровування, м2; пружність насичених парів рідини при температурі середовища, Па; пружність насичених парів рідини при температурі навколишнього повітря, Па; відносна вологість повітря (0,65-0,70).

Для води, значення коефіцієнт пропорційності визначається за формулою:

де	швидкість повітря, м/с; щільність повітря, кг/м3.

Також можна користуватися практичними даними про кількість вологи, що випаровується з 1 м² дзеркала води протягом години (при середній швидкості повітря 1 м/с).

Температура, оС	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Випаровування, кг/(м2·ч)	0,9	1,5	2	3	5	8	18	28	40

Втрати тепла в навколишнє середовище за рахунок конвекції та випромінювання визначаються за формулою:

де	площа поверхні тепловіддачі, м2; тривалість тепловіддачі, с; сумарний коефіцієнт тепловіддачі конвекцією й випромінюванням, Вт/(м2∙ K); температура поверхні стінки, ; температура навколишнього повітря, .

де	коефіцієнт тепловіддачі конвекцією; коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням.

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі для апаратів, установлюваних у приміщенні, при температурі стінки апарата ( 50-350⁰С приблизно можна визначити за формулою:

Часто тепло, що йде на компенсацію втрат, не розраховують, а приймають рівним 5-10% тепла, необхідного для проведення технологічного процесу.

Витрати насиченої водяної пари для працюючих під тиском апаратів, у яких пара повністю конденсується, визначається за формулою:

де	загальна витрата тепла, кДж; питома теплота конденсації пари, кДж/кг; теплоємність (ентальпія) пари та конденсату відповідно, кДж/кг.

Витрата пари на помірне перемішування приймається, виходячи із практичних даних, у кількості 0,25 кг/хв на 1 м² поперечного перерізу апарату.

Звичайно для апаратів безперервної дії розраховують витрата пари за 1 год, а для апаратів періодичної дії – за цикл роботи.

При роботі обладнання періодичної дії витрата пари на проведення окремих стадій (періодів) процесу і на весь процес виходить нерівномірним, тому для кожного споживача пари відповідно до його режиму роботи необхідно знайти погодинні витрати.

8.4.2 Розрахунок кількості холоду на виробничі потреби

Холод на підприємствах рибної промисловості витрачається для технологічних потреб (зберігання, охолодження, доморожування і заморожування риби та інших матеріалів) і для створення низькотемпературного режиму у виробничих приміщеннях і складах. Витрати холоду визначається калоричним розрахунком. По витраті холоду підбирають холодильні машини.

Витрати холоду в холодильних камерах складаються з наступних статей витрат:

- на компенсацію втрат холоду через підлогу, стіни, стелю;

- на термічну оброблення продуктів;

- на охолодження і осушування повітря, необхідного для вентиляції камер;

- на компенсацію експлуатаційних втрат холоду.

Загальні витрати холоду (у Вт) визначають із виразу:

Витрати холоду на компенсацію втрат, пов'язані з різницею температур сусідніх приміщень і припливом тепла в результаті сонячної радіації, розраховують за формулою:

де	поверхня, м2; коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2∙ K); температура повітря усередині та зовні камери відповідно, °С; надлишкова різниця температур, °С.

Температура зовнішнього повітря в окремих приміщеннях, суміжних з холодильною камерою, буває різної, і тому Q₁ розраховують для кожної площі окремо.

При розрахунку зовнішньої поверхні величина буде дорівнює середній температурі найбільш жаркого місяця.

Величина враховується тільки для зовнішніх поверхонь, що піддають опроміненню сонцем, і залежно від географічної широти приймається згідно таблиці 30.

Таблиця 17.- Надлишкова різниця температур в залежності від географічної широти

Широта, град	40	50	60
	15	10	5

Значення величин і К и наведені в таблицях 17, 18.

Таблиця 18.- Середня температура найбільш жаркого місяця

Географічна зона	Температура, 0С
	зовнішнього повітря	ґрунту під підлогою
Південь України	+32	+18
Північні й західні райони України	+28	+14

Таблиця 19.- Коефіцієнт теплопередачі огороджень камер

Огородження	Величина при температурі в камері
	–180С і нижче	від –10 до –180С	від 0 до –100С	від 00С и вище
Зовнішні стіни	0,29	0,35	0,40	0,46
Перегородки	0,35	0,46	0,58	0,70
Перекриття та підлоги	0,40	0,46	0,58	0,70

При термічному обробленні продуктів холод витрачається на їх охолодження компенсацію теплових виділень, пов'язаних з біохімічними процесами , на заморожування і доморожування продукції

+ + +

Якщо продукт зберігається в охолодженому виді, то витрачається на доведення його до необхідної температури зберігання, а якщо підлягає заморожуванню, те – до кріоскопічної точки. Для упакованих продуктів враховують витрати холоду на охолодження тари:

де	- маса продукту і тари відповідно, кг; - питома теплоємність продукту і тари, Дж/(кг∙ К); - початкова і кінцева температура продукту в тарі, °С.

Витрати холоду на компенсацію виділеного тепла, пов'язаного з біохімічними процесами розраховується за формулою:

де	питома кількість тепла, яке виділяється за годину, Вт/кг; маса продукту, кг.

Величину q для риби можна прийняти рівної 580-620 Вт/кг.

Витрати холоду на заморожування продукту, охолодженого до кріоскопічної точки, розраховується за формулою:

де	відносний вміст вологи в продукті, у десяткових частках; відносна кількість вимороженої вологи при кінцевій температурі заморожування, частки одиниці; питома теплота льодоутворення, рівна 335∙ 103 Дж/кг.

Необхідна кількість холоду на доморожування продукту розраховується за формулою:

де	питома теплоємність замороженого продукту, Дж/(кг∙ К); кріоскопічна та кінцева температура продукту відповідно, °С; маса продукту, кг.

Витрата холоду на охолодження та осушення повітря, пов'язані з вентиляцією, розраховується за формулою:

де

об'єм вентильованої камери, у м3; кратність зміни повітря в камері, м3/з; Звичайно застосовується чотириразовий добовий обмін повітря, тоді n = 4,6∙ 10-5 м3/с; густина повітря в камері, кг/м3; ентальпія зовнішнього повітря у камері, Дж/кг. Визначається за діаграмою Рамзіна при відповідній температурі та відносній вологості повітря.

Величина Q₃ враховується тільки в тих випадках, коли камера обладнана припливно-витяжною вентиляцією.

Режими зберігання, що рекомендують, наведені в таблиці 19.

Таблиця 20.- Режими зберігання деяких видів рибної продукції

Найменування продукту	Температура зберігання, 0С	Відносна вологість повітря, %
Рибна сировина:
морожена	від мінус 18 до мінус 25	90 – 100
охолоджена	від 0 до 1	80 – 85

Експлуатаційні втрати холоду складаються з наступних величин.

Втрати холоду через дверні прорізи:

де	питомий приплив тепла при відкриванні дверей (на 1 м2 підлоги камери), Вт/м2; площа камери, м2.

Таблиця 21.- Питомий приплив тепла при відкриванні дверей

Приміщення	Розмір площі приміщення
	до 50 м2	50 – 150 м2	понад 150 м2
Камери схову охолоджених продуктів	17,5	9,3	7,0
Камери заморожування	18,6	9,3	7,0
Камери схову заморожених продуктів	12,8	7,0	4,6

Втрати холоду, пов'язані з електричним освітленням і роботою електродвигунів:

де	питомий приплив тепла від освітлення, Вт/м2; сумарна потужність електродвигунів, кВт; коефіцієнт одночасності роботи двигунів (0,4 - 1,0); площа камери, м2.

Значення залежить від типу приміщення і коефіцієнта одночасності включення світильників і становить у середньому:

-	для виробничих приміщень - 4,5;
-	для складських приміщень (сировинні відділення) - 1,1;
-	для холодильних камер - 3,1.

Втрати холоду, пов'язані з перебуванням людей у камерах:

де	кількість людей, що перебувають одночасно в камері.

8.4.3 Розрахунок кількості електроенергії на виробничі потреби

Електроенергія, яка споживається на рибообробних підприємствах, підрозділяється на наступні категорії:

1) силова, що приводить до руху обладнання;

2) технологічна, яка використовується в технологічних процесах (магнітна сепарація домішок, електростатичне осадження суспензій і т.п.);

3) для нагрівання;

4) для освітлення.

Для визначення електричного навантаження цеху спочатку необхідно визначити навантаження по відділеннях, за величиною встановленої потужності струмоприймачів.

Встановлена потужність (Рв) - це сума номінальної паспортної потужності нормально працюючих струмоприймачів, встановлених у цеху. Струмоприймачі, установлені до резервного або аварійного обладнання (наприклад, у пожежних насосів), до розрахунку не приймаються.

Визначення встановленої потужності оформляється у вигляді таблиці:

Таблиця 22.- Встановлена потужність технологічного обладнання

Найменування обладнання	Кількість одиниць	Встановлена потужність на одиницю обладнання, кВт	Встановлена потужність, кВт
РАЗОМ

Розрахункова (потрібна) потужність визначається з рівняння:

де

сумарна встановлена потужність, кВт; коефіцієнт завантаження струмоприймачів (для рибообробних підприємств 0,8-0,9); коефіцієнт одночасності, що враховує кількість одночасно працюючих струмоприймачів (для виробництв безперервної дії - 0,9; для виробництв періодичної дії - 0,5-0,7); коефіцієнт корисної дії струмоприймачів (0,5-0,9); коефіцієнт корисної дії мережі низької напруги (0,9-0,95);

Реактивна потужність визначається за формулою:

Коефіцієнт потужності парку двигунів цеху (в цілому приймається рівним 0,8, тобто cos = 0,8).

Тоді tg = 0,75, а .