5198

где с2 – теплоëмкость продукта после тепловой обработки (Дж/(кг·град));

ак – конечная влажность продукта (%), ак = Хк .

Плотность продукта определяем:

ρ2 = 10 · [1,42 · ак + (100 – ак)],

где ρ2 – плотность продукта после тепловой обработки (кг/м3).

Теплопроводность находим:

Далее рассчитываем теплопотери при тепловой обработке на 1 кг испаренной влаги:

1.Теплопотери в окружающую среду.

a) средняя разность температур сред (в камере и в окружающей среде) по длине аппарата:

где tср – средняя разность температур сред по длине камеры аппарата (ºС); t0 – температура окружающей среды (ºС);

t1 – температура тепловой обработки продукта (ºС); t2 – температура охлаждения продукта (ºС);

21

b)разность температур сред у торцов аппарата:

где t´ср, t´´ср – разность температур сред у правого и левого торцов аппарата, соответственно (ºС);

c)интенсивность теплопотерь:

- по длине аппарата:

qдл = K · tср, (24)

где qдл – количество теплопотерь по длине аппарата (последовательность расчета и перевода в единицах измерения ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с);

К – коэффициент теплопередачи (для всех стен аппарата), К ≈ 0,7;

- с торцов аппарата:

q´т = K · t´ср, (25)

где q´т – количество теплопотерь с верхнего торца аппарата

(последовательность расчëта и перевода в единицах измерения ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с);

(последовательность расчëта и перевода в единицах измерения ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с);

22

d) теплопотери в окружающую среду рассчитываем следующим

где qос – количество теплопотерь в окружающую среду (Дж/кг);

qв, qпот, qпол – это интенсивности теплопотерь в окружающую среду,

рассчитываемые отдельно для вертикальных стен аппарата, потолка и пола, соответственно (Дж/(м2·с));

fв, fпот, fпол – поверхности вертикальных стен, потолка и пола,

определяемые, исходя из геометрических размеров аппарата (м2); W – масса влаги (кг/с);

где fв – поверхность вертикальных стен для цилиндрического аппарата

(м2);

Н – высота аппарата (м);

D – диаметр аппарата (м).

23

Поверхность потолка аппарата определяем:

fпот = l · Нш , (30)

где fпот – поверхность потолка теплового аппарата (м2); l –длина аппарата (м);

Нш – ширина аппарата (м).

Поверхность потолка цилиндрического аппарата находим:

fпот = πR2, (31)

где fпот – поверхность потолка цилиндрического теплового аппарата (м2); R – радиус аппарата (м).

Поверхность пола аппарата (в том числе цилиндрического)

определяем, исходя из значения поверхности потолка аппарата fпол = fпот

(м2).

Интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые для вертикальных стен аппарата qв, определяем, исходя из значений qдл

(количество теплопотерь по длине аппарата).

Интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые для потолка аппарата qпот, определяем, исходя из значений q´т (количество теплопотерь с верхнего торца аппарата).

Интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые для пола аппарата qпол, определяем, исходя из значений q´´т (количество теплопотерь с нижнего торца аппарата).

2.Теплопотери на нагрев материала:

где q’м – количество теплопотерь на нагрев продукта (Дж/кг);

сп – теплоëмкость сырого материала ((Дж/(кг·град)), сп = с1;

24

где t1 – температура тепловой обработки продукта (ºС); t2 – температура охлаждения продукта (ºС);

G1 – начальная производительность или загрузка продукта (кг/с), G1=

Gн;

G2 – конечная производительность (кг/с), G2 = Gк; W – масса влаги (кг/с).

3. Сумма теплопотерь на 1 кг испаренной влаги:

где Σq – сумма теплопотерь при тепловой обработке продукта на 1 кг испаренной влаги (Дж/кг);

q´м – количество теплопотерь на нагрев продукта (Дж/кг); qос – количество теплопотерь в окружающую среду (Дж/кг).

25

Затем производим аналитический расчëт нормального теплового процесса обработки продукта:

1. Влагосодержание:

a)наружного воздуха:

где Х0 – влагосодержание наружного воздуха (кг/кгс.в.);

P0 – парциальное давление окружающего воздуха (кПа);

b)отработавшего воздуха:

Следующим этапом определяем расход греющего пара на тепловую обработку в калорифере:

где Qг.п. – расход греющего пара в калорифере (кг/с),

Qк – расход тепла в калорифере (Дж/с), определяется по формуле.

26

где W – масса влаги (кг/ч);

I0 – энтальпия сухого воздуха (кДж/кг);

I1 – энтальпия наружного воздуха (кДж/кг);

Х2 – влагосодержание влажного воздуха (кг/кгс.в.);

Х0 – влагосодержание наружного воздуха (кг/кгс.в.);

r – теплота парообразования ( Джкг ), r = 2141 · 103 Джкг ;

х – коэффициент парообразования, х = l.

Необходимо на данном этапе сравнить полученное по формуле (38)

значение Qк со значением, найденным в тепловом балансе по формуле (11).

3.2.Расчëт калорифера

Вданном разделе показан порядок расчëта теплопотерь в окружающую среду через калорифер, а также расчëт толщины изоляционного слоя аппарата. После произведëнных расчëтов необходимо подобрать модель калорифера по найденному значению поверхности нагрева калорифера по приложению Е.

Определяем плотность воздуха, проходящего через калорифер:

где ρ – плотность воздуха, проходящего через калорифер (кг/м3);

ρ0 – стандартное значение плотности воздуха при нормальных условиях (кг/м3), определяется по формуле

27

ρ0 = М22,4возд ,

где Мвозд – масса воздуха (кг/моль); Т0 – температура воздуха при нормальных условиях (К), Т0 = 273 К;

Т – температура наружного воздуха (К), Т= t0 + 273;

р0 – давление воздуха при нормальных условиях (мм рт.ст.), р0 = 760

ммрт. ст.;

р– давление наружного воздуха (мм рт.ст.), р = 735 мм рт. ст.

Далее рассчитываем потери тепла в окружающую среду через

tст – температура стенки защитного кожуха барабана калорифера с внешней стороны (ºС), tст = t4;

t0 – температура окружающей среды (ºС);

α – коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в

окружающую среду ( Вт ).

м 2 град

Поэтапно потери тепла определяются следующим образом:

1. Необходимо определить и охарактеризовать режим движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана калорифера (по критерию Рейнольдса):

где Re – критерий Рейнольдса;

l – высота аппарата (м), l = H;

28

ρв – плотность воздуха при температуре 20 ºС (кг/м3), определяется по формуле

ρв = ρ0 · ТТ0 ,

где ρ0 – плотность воздуха при нормальных условиях ( кг/м3);

где dнар – наружный диаметр калорифера (м); n – число барабанов калорифера, n = 1.

2. Далее определяем коэффициент теплоотдачи от стенки

барабана калорифера в окружающую среду за счëт вынужденной конвекции:

где αк – коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в

окружающую среду за счëт конвекции ( Вт );

м 2 град

Nu – коэффициент Нуссельта, находим по формуле

Nu = 0,018 · Re0,8 · εi ,

где Re – критерий Рейнольдса;

εi – коэффициент геометрических размеров, находим:

29

εi = Н апп. , dнар

где Напп – высота аппарата (м);

dнар – наружный диаметр калорифера (м);

l– высота аппарата (м), l = Hапп.

3.Коэффициент теплоотдачи излучением:

ε – степень черноты для поверхности барабана калорифера, ε = 0,95;

с0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно чëрного тела

30