10.3. Визначення основних параметрів машин для теплової обробки кормів

Запарювання і змішування кормових сумішів проводять практично у всіх типах змішувачів, а також в спеціалізованих агрегатах. Об'єм запарних чанів визначається по формулі

, м³ (10.22)

де – об'єм запарного чана, м³;

– продуктивність лінії запарювання коренебульбоплодів, кг/год.;

– об'ємна маса продукту, кг/м³ ;

– коефіцієнт заповнення запарного чана, приймається 0.8...0.9;

– кількість запарних чанів, шт.;

– тривалість повного циклу роботи запарника, год.

Тривалість повного циклу визначається по формулі

, год. (10.23)

де – час, відведений за завантаження, запарювання і вивантаження продукту відповідно, год.

Число запарних чанів визначається із умови безперервної роботи лінії приготування коренебульбоплодів по формулі

, шт. (10.24)

де – тривалість запарювання однієї порції, год.;

– тривалість повного циклу роботи запарника, год.

Тривалість запарювання залежить від параметрів пари, теплопровідності продукту, розмірів бульб і складає в середньому 25...30 хвилин.

Визначаємо форму і розміри запарників.

Оптимальна форма запарників, з точки зору зменшення витрат на випромінювання, – циліндрична, а відношення діаметра до його висоти , чи довжини .

(10.25)

Об'єм циліндричного запарника може бути виражений через його діаметр і висоту по формулі:

або (10.26)

Звідси визначаємо діаметр і висоту (довжину) запарника:

, м і , м (10.27)

Визначаємо кількість тепла для запарювання продукту.

Кількість тепла, яка необхідна для запарювання однієї порції продукту, визначається із рівняння теплового балансу:

, (10.28)

де – витрата тепла на нагрівання продукту, Дж.;

– витрата тепла на нагрівання запарника, Дж.;

– витрата тепла в оточуюче середовище від тепловипромінювання стінками запарника, Дж.

Кількість тепла, яка необхідна для нагріву продукту в запарнику від початкової температури до кінцевої пропорційна питомій теплоємності продукту і його масі і визначається із рівняння:

, (10.29)

де – маса продукту в запарнику, кг;

– питома теплоємкість продукту, кДж/кг·⁰К;

кДж/кг·⁰К;

– кінцева температура продукту, приймається в розрахунках рівною температурі пари, °К;

– початкова температура продукту, °К.

Кількість тепла, яка витрачається на нагрів корпусу запарника, знаходимо із рівняння

, (10.30)

де – маса корпусу запарника, кг;

– питома теплоємкість матеріалу корпусу, кДж/кг·⁰К; для сталі .

Кількість тепла, яка витрачається в оточуюче середовище, можна визначити по формулі

, (10.31)

де – поверхня корпусу, яка витрачає тепло, м²;

– сумарний коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²·⁰К);

– температура зовнішньої поверхні корпусу, ⁰К;

– температура оточуючого середовища, ⁰К;

– тривалість процесу запарювання однієї порції продукту, год.

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі показує, яку кількість тепла віддає 1 м² стінки запарника на протязі 1 год. при різниці температури в 1 °К в оточуюче середовище шляхом конвекції і тепловипромінювання і визначається по формулі:

, (10.32)

Визначаємо потребу пари. Кількість пари, яка потрібна для запарювання однієї порції продукту, визначається по формулі:

, кг, (10.33)

де – кількість пари, кг;

– кількість тепла, яка необхідна для запарювання однієї порції продукції продукту, кДж;

– теплоємність пари при відповідному тиску в котлі, ;

– теплоємність конденсату, що виходить із запарника, .

Визначення продуктивності запарника.

Продуктивність визначається по формулі:

, (10.34)

де – продуктивність запарника, .;

– кількість корму, що вміщується в ємності запарника, кг;

– тривалість циклу роботи, год.

Визначення питомої витрати пари.

Для визначення питомої витрати пари необхідно величину , віднесену до секундної роботи апарату, розділити на його продуктивність , , і визначається по формулі:

, (10.35)

З достатньою точністю питомі витрати пари можуть бути прийняті: при запарюванні бульбоплодів – 0.16...0.20 , соломи – 0.40...0.5 , при нагріві води від 283 К до 373 К – 0.20 (від 10°С до 100°С).

Визначення ККД запарника.

Відношення кількості тепла, яке витрачене на нагрів продукту, до загальної кількості тепла, підведеного до запарника, визначається по формулі:

або , % (10.36)

Продуктивність запарника безперервної дії визначається по формулі:

, (10.37)

де – діаметр запарника, м;

– об'ємна маса продукту, ;

– швидкість руху продукту в запарнику, ;

– коефіцієнт заповнення запарника, .

Швидкість руху продукту в запарнику залежить від висоти чи довжини запарника і часу руху, який дорівнює часу , необхідного для запарювання корму, визначається по формулі:

, або , (10.38)

Кількість пари, що може пройти між частинками продукту, дорівнює:

, (10.39)

де – швидкість руху пари в запарнику, ;

– щільність пари, ;

– коефіцієнт, який враховує пустоту між продуктом,

.

Швидкість руху пари між бульбами в запарнику, при якому вона повністю конденсується, залежить від величини бульб і складає 0.20...0.26 .

Визначення витрати пари, що проходить через запарник.

Витрати пари на запарювання продукту, що проходить через запарник, визначається із рівняння:

_, (10.40)

де – продуктивність запарника, кг/год.;

– теплоємність продукту, ;

– кінцева температура продукту, ;

– початкова температура продукту, ;

– теплоємність пари, ;

– теплоємність конденсату, що виходить із запарника, .

Визначення діаметра і висоти (довжини) запарника:

, м (10.41)

При відомому значені діаметр запарника визначаємо на основі формули:

, (10.42)

Визначення параметрів паропроводу.

Для рівномірного прогріву продукту в запарнику розподільний паропровід необхідно підібрати такої конструкції, яка б забезпечила рівномірний розподіл пари. Необхідно, щоб площа сумарного перерізу отворів на паророзподільничій трубі була рівна площі його внутрішнього перерізу.

Умова рівномірного розподілу пари така:

, (10.43)

де – внутрішній діаметр паропроводу, м;

– діаметр отвору на паророзподільній трубі, м;

– кількість отворів на паропроводі в ряді, шт.;

– число рядів.

Визначення діаметра паропроводу.

Для визначення діаметра паропроводу спочатку знаходять його продуктивність:

, (10.44)

З іншого боку:

, (10.45)

Звідси:

, м (10.46)

Кількість отворів в ряду залежить від довжини паророзподільника трубопроводу і кроку отворів:

, шт. (10.47)

Рис. 10.1. Схема до визначення параметрів паропроводу

Дослідами встановлено, що прогрів продукту проходить найбільш рівномірно, якщо навколо труби паророзподілювача утворюється суцільний шар пари , товщиною 0.03...0.04 м.

Визначаємо крок, отворів (рис. 10.1) на паророзподільній трубі:

, м, (10.48)

де – кут виходу пари, .

Діаметр патрубка для відведення конденсату повинен бути таким, щоб забезпечити безперервний його вихід, і побудований так, щоб запобігти вільному виходу пари, і визначається по формулі:

, м (10.49)

де – сумарні питомі витрати пари, ;

– продуктивність запарника, ;

– швидкість виходу конденсату, ;

– щільність конденсату, .

Визначаємо діаметр отворів на паророзподільній трубі:

, м (10.50)

де – кількість рядів отворів на паророзподільній трубі, штук.