книги из ГПНТБ / Терпиловский К.Ф. Механизация процессов тепловой обработки кормов
.pdfвать которую или невозможно, или экономически нецелесообразно. этом случае для обеспечения заданной производительности необхо мо, если позволяют условия, увеличить размеры запарочного чана или применить несколько чанов и произвести повторный расчет.
Расход napi
a - ^ ' t r - t . V , ( 7 6 )
Расчетный расход пара следует увеличить на 5-10$, так как формула (76) не учитывает потерь тепла в окружающую среду че стенки чана и возможный перегрев отдельных клубней выше те туры готовности. Чем больше температура среды, тем больше пот тепла.
В приведенной методике расчета во всех случаях Xг < так как вычисленный по формуле (76) расход всегда меньше рас
найденного из формулы ( 1 7 ) . Тогда начало |
непрерывного процесса |
|||
наступит: . через время Т., . Если агрегат |
включить на непрерыв |
|||
режим через время Т г , горячая зона окажется меньше Н и |
ко |
|||
будет выдаваться неприготовленным. |
|
|
|
|
В течение пускового периода на перегревание материала |
р |
|||
ходуется некоторое количество пара, при определении |
которого |
|||
исходим из следующихсоображений. За время |
пар достигнет |
|
||
загрузочного люка, а материал, расположенный у парового |
насадка, |
|||
нагреется до температуры i |
. Распределение средней |
по клубн |
||
температуры вдоль чана можно |
выразить формулой (1ч), подстав |
|||
в нее значение |
|
|
|
|
где f i - текущая координата по оси, направленной от загрузо ного люка к паровому насадку.
Графически функция t = i 1 ( H ) |
выражается кривой I |
(рис. 2 3 ) . |
|
При установившемся режиме тепловой обработки температура клубней у парового насадка равна температуре готовности. Что
100
Рис.23. Изменение средней по клубню температуры вдоль чана: I - через время t< -, 2 - через время Г, (стрелкой указано направление движения материала
при непрерывном режиме).
I O I
определить изменение ее вдоль чана, введем понятие условного расхода, при котором время заполнения паром всего межклубневого пространства по длине чана Н равно времени нагревания до температуры готовности клубней, расположенных у парового насадка,
т.е. Г., = Тг |
. |
Поскольку в рассматриваемом случае Т., > Т г |
, |
||||
условный расход |
больше действительного, |
|
|
||||
|
|
Г |
- HFyH с |
( t e - ' i , ) |
|
|
|
После подстановки значения t |
- |
t ( = j - 2 ( u . ) |
в |
форму |
|||
лу (1ч), где G |
|
заменяем на G ус.л |
, получим изменение |
темпера |
|||
туры вдоль чана при непрерывном процессе запаривания (см. рис.23, кривая 2 ) .
Количество тепла, затраченное на нагревание материала при заполнении паром всего межклубневого пространства, определим из дифференциального уравнения
d Q = F x H c f , ( f t ) c L K . |
|
|
||
Подставив в эту формулу |
выражение J ( ( f t ) |
и |
проинтег |
|
рировав левую часть |
от О до |
, а правуюот 0 до Н |
, полу |
|
чим |
„ |
|
|
|
о
где
FyH c ( t c - t 0 ) g а
G t R
Аналогично количество тепла, которое было бы затрачено на нагревание материала при расходе пара G цсл ,
2.
г д е
Как видно из рис. 23, все клубни, находящиеся в чане в пуско войпериод, будут перегреты при подходе к паровому насадку, так как их температура при непрерывном режиме работы должна характе ризоваться кривой 2, проходящей ниже кривой I . Таким образом, расход тепла на перегревание клубней материала .в пусковой период
еД<-е J-G(j-e ) |
(77) |
Следует отметить, что чем продолжительнее работает агрегат в непрерывном режиме, тем меньшее влияние оказывает перерасход тепла на общий удельный расход пара.
При работе на повышенных параметрах пара избавляться от на личия конденсата в запаренном материале путем установки насадка на расстоянии- f i от места выгрузки экономически невыгодно.
Действительно, чтобы пар не конденсировался после насадка, мате риал необходимо нагреть почти до температуры среды. Это связано, во-первых, с увеличением длины запарочногочана, таккак для нагревания до более высокой температуры необходимо более длитель ное пребывание материала в горячей зоне, или с уменьшением произ водительности, потому что придется уменьшить скорость VH , и во-вторых, с увеличением удельного расхода пара на единицу обра-
газ
батываемой продукции. Поэтому представляется целесообразным рас полагать насадок у места выгрузки наклонногочана, а конструк
цию конденсатосборника выполнять |
такой, которая обеспечит макси |
мальное удаление конденсата из |
запаренного продукта. |
При работе с повышенными параметрами пара для удаления воз |
||
духа из |
запарника необходимо предусмотреть специальный клапан, |
|
который должен открываться на время пускового периода. |
||
Изложенное проиллюстрируем примерами расчета. |
||
Пример |
I . |
Имеется парообразователь, обеспечивающий расход пара |
G =0, 1 |
кг/с при атмосферном давлении. Определить длину запа |
|
рочного чана непрерывного действия, его производительность при запаривании картофеля и удельный расход пара, если известны
теплофизические |
и размерно-весовые характеристики |
картофеля! |
||
С = 3,56 . I 0 3 |
Дж/кг.град, а =0,11 Ю"6 м2 /с, |
t„ = Ю°С, |
||
1Г = 95°С, R^ = 0,025 м, |
у„ = 700 кг/мэ. Постоянные для пара |
|||
атмосферного давления: t c |
= Ю0°С, • t = 22,6 |
. Ю"5 Дж/кг. |
||
Решение. Рассмотрим случаи, когда паровой |
насадок располо |
|||
жен у места выгрузки готового корма и обеспечивает пуск пара равномерно по всему сечению, форму которого примем цилиндричес
кой с F = H M 4 D = U 3 M ) .
Продолжительность пускового периода (см. формулу (ч))
0,025 |
. . / „ 1 0 0 - 1 0 |
X, = |
0 --6« " ™V^ "100« 0-.9-59 5/ |
1 |
Длина чана, определяемая формулой |
( 1 7 ) , |
||
|
|
5 |
|
|
0,*-22,6 10 -2035 |
|
|
Н = • |
^ |
|
2,06 М. |
3,56-10 |
700-(100-tD)-1 |
|
|
Скорость движения материала в чане, согласно формуле ( 6 5 )
|
0,1-22,6-10 |
5 |
|
|
|
V M = |
5 |
-=0,0 01 М/С. |
М |
1-700 3,56 1 0 3 ( 1 D O - 1 0 ) |
|
Юч
Производительность запарочного агрегата без учета пускового периода на основании формулы (66)
I I = д,oo^••\• 700 = 0,7 кг/с .
Удельный расход пара в соответствии с формулой (67)
W = | у = 0,143 кг/кг.
При использовании наклонного Запарочного чана ( Ы = 45°) расстояние, на котором устанавливается паровой насадок ot места вчгрузки,
Fi = 1,13 t g 4 5 " = 1,13 м.
«Общая длина чана на основании формулы (72)
Н„= 1,13+2, 06= 3,19 м.
Продолжительность пускового периода, определяемая по форму ле ( 6 8 ) ,
„ |
2-1,lVl-700-a,56-1oWlO) |
0,025* |
|
/,100-1»\ / п в п |
|
t H |
= |
с— |
+ — 5 |
-гз-Рп(21—ж})= ^280 с . |
|
|
0,1 22,6 Ш 5 |
|
Д11а -0,«-«" |
\U0 - 9'57 |
|
Пусть требуется |
переработать для одного кормления15 т кар |
||||
тофеля. Время, необходимое для запаривания |
этой4 ьзёс» при4- непре |
||||
рывном процессе безучета" пускового периода,
р15000
V - u — o r - * " " " -
105
С учетом пускового периода фактическая производительность запарочного агрегата при вертикальной установке чана
Р
= 0,64 кг/с,
2035 + 2*450
при наклонной
= 0,584 кг/с.
4280 +21150
Таким образом, улучшение качества запариваемого, материала, (полное отделение конденсата) достигается в данном случае за счет некоторого снижения производительности ( — 9#) и увели чения длины чана (на 1,13 ы). Кроме того, в пусковой период пар будет выходить через загрузочный люк, так как длина чана во вт ром случае (3,19 м) вычислена не по формуле ( 7 1 ) . Чем длитель
нее непрерывный процесс, тем меньшее влияние оказывает пусковой период на фактическую производительность агрегата.
Пример 2. Определить оптимальные параметры пара для тепло вой обработки картофеля,.если задана производительность агрегата
IX » 1,ч кг/с и размеры чана Н » 2,5 |
ми F » I м*\ |
Константы для картофеля такие же, как |
в примере I . Насадок рас |
-
положен у места выгрузки запаренного продукта и обеспечивает распространение пара равномерно по всей площади поперечного се чения чана.
Решение. Скорость движения материала в чане, согласно форму
ле С73),
= 4 -700 = 0,002 М / с .
I0&
Продолжительность пребывания картофеля в горячей зоне на основании формулы (7ч)
г0,00 2
Необходимая температура пара (см. формулу (75) )
|
|
|
-6 |
|
|
|
/ |
2 0,11 -40 |
\ |
|
|
t c = |
V |
|
1 |
- 1 1 8 , 5 4 ; , |
|
|
Л |
2 0,11 |
fo '/ |
Ч |
|
|
еоср(3,14 |
|
5 i ' 1250J-2 |
|
|
что соответствует давлению насыщенного пара р |
1,93 ата. |
||||
Расход пара на |
основании формулы (76) при. t |
=22,1.10^Д*/кг |
|||
|
|
|
i |
|
|
|
1,4-3,56-10 (95 - 10) |
|
|||
|
G = - r |
г |
=0,19к1/с. |
|
|
|
|
22,1 • (О |
|
|
|
Продолжительность пускового периода определяем из формулы
(17)
^ 2,5 1 700-5,56-10 (118,5-10)
5
0,19 22,1-10
Как видно из приведенных примеров, при одинаковых размерах запарочного чана производительность процесса во втором случае два раза больше. Ото достигается относительно небольшим повыше нием давления (температуры греющей среды). При этом сокращается также продолжительность пускового периода.
107
3. Выбор толщины тепловой изоляции запарочных чанов
При конструировании запарочного чана материал и толщина изо ляционного слоя выбираются с такимрасчетом, чтобы утечка тепла не превышала допустимой величины.
Зависимость тепловых потерь от качества и толщины изоляции можновывести, основываясь на дифференциальном уравнении тепло проводности, которое в прямоугольных координатах при-установив шемся тепловом потоке и постоянном коэффициенте теплопроводности имеет вид
|
|
32 t |
32 t |
|
ЪЧ |
|
|
|
|
|
- О , |
Для плоской |
неограниченной стенки толщиной В температур |
||||
ное поле будет также плоским. В этом случае |
|||||
|
|
9 t |
= 0 |
и |
Z |
|
|
3 z |
|
|
|
9 |
а |
|
|
6>c( " 3 2 |
|
а уравнение |
теплопроводности |
|
|
||
Проинтегрировав дважды это уравнение, получим
t = C(a: +С |
(78) |
|
где С( 1 С2 - постоянные интегрирования.
108
При л = 0 t = t c |
, |
при |
3C |
=S" |
± = t g, |
Под- |
ставив эти значения |
в уравнение |
( 7 |
8 ) , |
имеем: |
|
|
t c = C^; |
t ^ C ^ ^ - C g . |
( 7 9 ) |
||||
Из уравнений (79) определяем постоянные интегрирования: |
||||||
e t - t t l |
c t |
- _ |
• |
|
||
Таким образом, выражение для температурного поля плоской |
||||||
стенки |
|
' |
|
|
|
|
t = |
l p |
- ^ _ _ |
1 L |
x . |
|
(80) |
Согласно гипотезе Био-Фурье, вектор теплового потока прямо пропорционален градиенту температур
^ = - \ gtacL t
где знак минус указывает, что тепловой поток направлен в сторону, обратную градиенту температуры, а коэффициент теплопроводности
А- рассматривается как некоторая физическая константа. Проекция вектора теплового потока на ось ос
Подставив в уравнение (81) значение первой производной темпе ратуры по оси ОС из формулы ( 8 0 ) , получим
109