8. Обоснование расхода воды, пара, электроэнергии и холода

В данном разделе рассчитывают расход воды, пара, электроэнергии и холода, необходимых для обеспечения проектной мощности предприятия.

В качестве источников энергии используют пар и электроэнергию.

Пар и вода используются на технологические и санитарно-бытовые нужды, а электроэнергия – на технологические цели и освещение.

В качестве теплоносителей, при обработке пищевых продуктов, кроме насыщенного пара и воды используют горячее растительное масло и воздух. Пищевые продукты также могут обрабатываться энергией инфракрасного излучения, токами промышленной и сверхвысокой частот.

При дипломном проектировании определяют расходные коэффициенты воды, пара, электроэнергии, холода необходимые для обеспечения проектной мощности предприятия.

Под расходными коэффициентами понимают расход воды, пара, электроэнергии, холода в целом по предприятию за определенный интервал времени, отнесенный к единице готовой продукции (м³/т, кВт·ч/туб и т.д.).

Эти данные нужны для определения мощности силовых установок, составления графиков расхода воды, пара, электроэнергии, холода расчета системы паро- и водоснабжения.

8.1. Расчет расхода воды

Воду на перерабатывающих предприятиях используют для производственных и хозяйственно-бытовых нужд.

Производственные нужды – это технологические и технические направления использования воды: в качестве растворителя, как один из компонентов рецептуры продукта, на охлаждение и дефростацию, мойку и т.д.;

Хозяйственно-бытовые нужды – это использование воды на душевые, устройства, полив территории и т.д.

При расчете расхода воды на технологические нужды, пользуются технологической схемой производства, по которой определяют технологические операции, связанные с расходом воды и результатами продуктовых расчетов.

Расчет расхода воды на технологические нужды осуществляется двояко, в зависимости от организации технологического процесса по технологическим параметрам производства, или по технической характеристике оборудования.

Для серийного оборудования расход воды приведен в технической характеристике оборудования. Для несерийного оборудования периодического действия расход воды определяют с учетом сменяемости по уравнению:

М = m n k, (59)

где М – массовый расход воды, кг/смену (кг/сут.);

m – единовременно зали­ваемое в аппарат количество воды, кг;

n – количество подобных аппаратов, шт.;

k – коэффициент сменяемости воды, по числу раз в смену (сутки);

m = V η ρ, (60)

где V – объем аппарата, м³;

ρ – плотность воды при средней температуре, кг/м³;

η – коэффициент заполнения емкости (η = 0,5÷0,95).

Выбор коэффициента заполнения емкости зависит от условий проведения технологического процесса. Если жидкость находится в емкости

в спокойном состоянии, то η = 0,92÷0,95;

при перемешивании η = 0,75÷0,85;

при кипении с образованием пены η = 0,5÷0,6.

Часовой расход воды (М_ч кг/ч) зависит от времени заполнения рабочей емкости аппарата водой:

(61)

где τ – время заполнения, мин.

Расход воды для охлаждения материала:

(62)

где М_о – расход охлаждающей воды, кг/ч;

G – масса охлаждаемого материала, кг/ч;

с₁ – удельная теплоемкость материала при средней температуре, кДж/кг·К;

t_н, t_к – начальная и конечная температура материала, °С;

θ_н, θ_к – начальная и конечная температура охлаждающей воды, °С;

с₂ – удельная теплоемкость воды при средней температуре t_ср, кДж/кг·К;

φ – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду; φ принимают от 3 до 5 % (т.е. φ = 1,03÷1,05) – при нагревании среды и φ = 0,97÷0,95 – при охлаждении.

Вода на технические цели расходуется на мойку оборудования, полов и стен производственных помещений. Учет воды ведут либо по нормам расхода воды, ли­бо по фактическому расходу воды при истечении ее из поливочных шлангов. Нормы расхода воды для мойки полов и стен (м³ на 1 м² площади):

а) для производств, требующих особого санитарного режима (разделочный, консервный, маринадный, жироперерабатывающий цеха и т.д.) – 10·10³ м³/м² воды в смену;

б) для производства с небольшим загрязнением пола и стен – 5·10³ м³/м² воды в смену.

Расход воды для мойки емкостных аппаратов определяют исходя из их объема по уравнению:

М = k V ρ n , (63)

где М – количество воды, израсходованное на мойку одного аппарата, кг/смену;

k – коэффициент заполнения емкости водой;

V – объем аппарата, м³;

ρ – плотность воды, кг/м³;

п – число однотипных аппаратов, шт.

Для аппаратов малой емкости k = 0,5÷0,75, для аппаратов большой емкости k = 0,25÷0,5.

Мойку полов и стен производственных цехов проводят водой из шлангов. Расход воды в этом случае определяют по формуле 88:

(64)

где М – объемный часовой расход воды, м³/ч;

d – внутренний диаметр трубы (шланга), м;

ω – скорость истечения воды из шланга, м/с (ω = 1÷2 м/с);

п – число водопроводных точек.

Внутренний диаметр трубы определяют по формуле 66:

d = d_н - 2δ , (65)

где δ – толщина трубы, м.

Обычно принимают n = 1 на 100 м² площади пола (S, м²), которую опреде­ляют по формуле 67:

S = a b, (66)

где a, b – ширина и длина цеха, м.

Продолжительность одной мойки составляет 10÷20 мин (2÷3 раза в смену), что необходимо учесть при определении расхода воды в смену.

Перевод объемного расхода воды в массовый и наоборот выполняют по формулам 67,68:

(67-68)

где G – массовый расход воды, кг/ч (кг/с);

V – объемный расход воды, м³/час (м³/с);

ρ – плотность воды при средней температуре, кг/м³.

Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды рассчитывают по приведенной ниже методике. В эту статью расхода входит вода, используемая в умывальниках, душах и туалетах, на мойку полов в служебных помещениях и кон­торах, на полив территории и т.д. по нормам расхода (таблица 8.1).

Таблица 8.1 - Нормы расхода воды

Статья расхода	Норма, м3
На хозяйственно-бытовые нужды (кроме душей) на 1 человека	25·10-3
Душ на 1 человека на 1 помывку	40·10-3
Душ на производствах, связанных с большим выделением пыли	60·10-3
Прачечная механическая на 1 кг сухого белья	60·10-3
Полив территории на 1 м2	2·10-3
Полив зеленых насаждений на 1 м2	4·10-3
Медицинский пункт на 1 больного	6·10-3
Лаборатория на 1 кран	(40÷60)·10-3

Время расходования воды:

- на хозяйственно-бытовые нужды – равномерно на всю смену;

- на душ – 40÷60 мин до и после смены;

- на стирку белья – на время работы прачечной.

Расход горячей воды можно принять приближенно в количестве 40 % от расхода холодной воды для соответствующей статьи расхода.

Расход энергии на нагрев горячей воды:

Q = Gc (t_к – t_н), (69)

где Q – расход энергии, кДж/с (кВт);

G – массовый расход нагреваемой воды, кг/с;

с – удельная теплоемкость воды при t_cp, кДж/кг·К;

t_н, t_к – началь­ная и конечная температура воды, °С,

для умывальников t_к = 35 °С (загрязненные производства);

t_к = 25 °С (чистые производства);

для мытья полов и оборудования t_к = 35÷50 °С.

Все статьи расхода воды сводят в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Расход воды, м³

Статья расхода	В час	В смену	В сутки	В год
		Холодная вода
		Горячая вода
Итого

По данным таблицы 8.2 определяют удельный расход воды на единицу го­товой продукции:

(70-71)

где g – массовый удельный расход воды на единицу готовой продукции, кг/т (кг/туб, кг/кг и т.д.);

G – массовый расход воды, кг/ч (кг/смену, кг/сут, кг/год);

М – мощность предприятия по готовой продукции, кг/ч (туб/смену и т.д.);

V_уд – удельный объемный расход воды, м³/кг, (м³/туб…).