книги из ГПНТБ / Терпиловский К.Ф. Механизация процессов тепловой обработки кормов
.pdfРис Л?. Зависимость вре мени напззвання центра ограниченного цилиндра от температуры греющей среди (сплошная линии - - время в секундах, пунктирная - в.-.процентах):
I - |
R = |
0,04 |
м; |
• 2 - |
R = |
0,03 |
м. |
да по по кл tr'c
50
здесь |
у' - HCTKHEUH айъьы ассдвдуеиого |
теяа(а длину цилкидра |
|||
2С |
следует кзкврйПдеадугорцами, иаевщиии диаааip,равнцВ |
||||
однойчетьерхи набольшего диацетра исследуемого тела. |
|||||
|
Необходимо O T i t i i m , чтопри |
I'= R |
исследуемое тело л ^ |
||
те |
пр.jводьхь не г, цилиндру, а к шару, эквивалентныйпо объему |
||||
радиус |
определясь по сомьехствующей формуле и расчет вести ка |
||||
для тела шаровой форцц. |
|
|
|
||
|
При нагреваний жидких кормовых смесей вцилиндрических чала |
||||
без перемешивания, когда по зоотехническим тгьбсганиям |
соприкос |
||||
новение |
пага с продуктомчелелагельно и пар окнвает |
чан снаружи, |
|||
рЕсче! с Hfкоторыми Погрйг.'.остяил |
можно |
вести по формуле (9 ) или |
|||
иопьзов&ться графипг« (см,рис. 16) . В этом случае расчетные эва чения времени нагревания получается несколькозаниженными > так как практически проходит некоторое время, пока стенки запарника прогремев до температуры пара.. Однако влияние этого ьреыени незначительно,посколькусаенки чана обычно выполняются тонкики, а материал, из которого ониизготовлены (сталь), об.адавт хорошей теплопроводностью^'
Сравнивая иагревапке тел одного итого ке объема, во различ ной конфигурации (цилиндришар), нетрудно убедиться, что цилин дрическоетело благодаря болт-гей удельной поверхности нагревает ся быстрее сферического. Например, если для нагревания шара объе
ион |
'у = I ,5 . fO"V |
от t 0 = 20 до |
t - 95°С при £р -120°С |
|||
|
б |
2 |
I ш |
|
|
|
( а = 0,12 . 10~ м /с) потребуется |
» I960 |
с, то для нагре |
||||
ьания цилиндра при тех же условиях и |
К ц, |
I нело затратить |
||||
X ^ = 1800 с. Увеличение вытянутости |
цилиндра |
вызывает сокраще |
||||
ние времени нагревания. Так, при "Кц » 0f 5 для техке условий |
||||||
Т и, = 1410 с. |
|
|
|
|
|
|
Увеличение радиуса нагреваемого |
тела приводи? к |
квадратич |
||||
ному |
возрастанию времени запаривания. Поэтому перед |
тепловой об |
||||
работкой крупные корнеклубнеплоды желательно измельчать. Грубостебельчатне корма мокно запаривать в уплотненном, ра
рыхленном в вэвевенноы состоянии, В друх йооледяих случ&ях Пер
51
обволакивает каждую частицу и расчет процесса ведется, как при нагревании цилиндрических тел в среде с постоянной температурой поверхности нагрева.
Учитывая, что доступ пара внутрь каждого стебля затруднен i из-за наличия перепонок и сплющенных концов, образованных при реэке, с некоторым запасом времени нагревания можно пользовать ся формулой / 9 _7, где Хт - внутренний диаметр полого цилиндри
ческого тела. При этом для практических расчетов достаточно взять четыре члена ряда.
Как видно из уравнения ( 9 ) , при прочих равных условиях врем нагревания зависит от температуры греющей среды.Для наглядности
на рис. 17 |
приведена зависимость |
Т= j - ( t c ) |
для центра ци |
||
линдрического тела при нагревании от 10 = 15 |
до |
t = 95°С и |
|||
Кц, |
« 0,7. |
Кривая I соответствует R |
= 0,0ч н, |
кривая 2 - |
|
R |
« 0,03 |
м. Для обеих кривых <х |
= 0,11.10 |
м/с. Повышение |
|
температуры греющей среди от 100 до П0°С сокращает |
время нагре |
||||
вания почти на Х# (пунктирная линия). При дальнейшем увеличении
t c |
время сокращается менее интенсивно. Так, повышение темпера |
туры еде на Ю°С сокращает время всего на 10%. |
|
|
Таким образом, применение пара повышенных параметров |
( |
р » 2 a t a , t с =• 120°С) для запаривания кормовых материалов, |
имеющих сферическую, цилиндрическую или близкую к ним форму, поз воляет сократить длительность нагревания на 10$ и соответственно настолько же увеличить производительность запарочных устройств.
3. Распространение пара в массе нагреваемого
• материала
Тепловая обработка парой заключается в прогревании материала до требуемой температуры. Чтобм обеспечить нормальное протека ние процесса, необходимо тепло подвести к отдельным телам всей несся. Особенность задачи заключается в том, что пар по мере Продвижения в кассе конденсируется, отдавая тепло материалу, и скорость его уменьшается.
При пуске пара из одно! точки, цели или из какого-либо диффузора матерная прогревается не одновременно. Слои, располо женные у парового насадка, начинают нагреваться раньше и, сле-
' ' 52
довательио, раньше будут доведены до готовностн. В то хе время слов, расположенные в наиболее удаленных от насадка местах, начи нают прогреваться спустя какое-то время Т .
Для правильного выбора геометрических размеров чана или рас стояния между паровыми насадками необходимо определить скорость распространения пара или путь, пройденные паром в массе материа ла за определенный промежуток времени Н^.-Кт),
Рассмотрим движение пара в надежно теплоизолированном цилин дрической яли прямоугольномзапарнике, заполненном телами сфери ческой формы.
Весьма приближенно будем считать, что плотность насыщенного пара равна плотности влажного теплого воздуха. Это допущение себ оправдывает при запаривании в закрытых емкостях.
Пусть насыщенныйпар поступает в запарник по всей площади п перечного сечения. Вначале он распространяется на определенном участке, который начинает прогреваться. По мере повышения темпе ратуры натериала скорость конденсации пара снижаетая. При постоя ном расходе G весь поступающий пар не успевает сконденсировать сяна начальном участке и его остаток распространяется дальше.
Разделим время движения пара Т на а равных частей и рас смотрим отдельные участки д Н, через которые пройдет пар за вре д Т .
Количествотепла, которое поступает в запарочный чян, за вре
мя дТ (теплосодержание конденсата не учитывается)
|
д Q = G г д'Г. |
|
(Н) |
|
|
|
|
При достаточно |
малых отрезках |
|
времени можно допустить, что |
материал на каждом участке А Н |
начинает прогреваться в одно |
||
и то же время, Поэтому количество |
тепла, которое сможет погло |
||
тить масса материала д P ^ F a H , |
, чтобы прогреться до |
||
температуры t . |
за время дГ , |
|
|
|
|
|
(12) |
53
Приравняв правые части уравнений ( I I ) и ( 1 2 ) , получиы
G l & l
|
|
i H ' > „ ( t , - t 0 ) F ' |
, |
" » |
|
где F |
- площадь поперечного сечения чана; |
|
|
||
j f H |
- насыпная масса, материала; |
|
|
|
|
^ - 1 0 |
- |
средняя разность температур материала в конце |
и |
||
|
|
начале нагревания. |
|
|
|
Чтобы определить среднюю температуру сферического тела в л |
|||||
бо! момент |
времени., необходимо проинтегрировать уравнение |
( I ) по |
|||
всему объему этого тела. Тогда при В! > 400 |
, если ограни |
||||
читься одним первым членом ряда, |
|
|
|
||
= t c - ( t c - t 0 ) - ^ e x p ( - 5 r - ^ г ) (тч)
ж средни! прирост температурыот начала нагревания
|
|
|
- ( t . - U C l - V , |
(15) |
|
где с-= -^j езср(-& |
~ величина постоянная, |
так как |
|
||
^ |
R |
|
все отрезки времени |
приняты |
|
|
|
|
одинаковыми. |
|
|
. При дальнейшем движении пара продолжается нагрев первого |
|||||
участи от 1^ |
So 12 |
, вто время как второй участок только |
|||
начинает нагреваться. Очевидно, что за одинаковый |
промежуток |
вре |
|||
мени дТ второ! участок нагреется до такой же температуры, |
как |
||||
к nepsul за начальный период. |
|
|
|
||
Тогда |
|
|
|
|
|
Н G ^ - ^ H C U - M F A H J _ Gt At |
|
|
|||
А Г |
сун(*Г1о)Г |
= cyH (.tc -t0 )F |
|
||
5й
так как в выражении (15)
|
V V ( t c - t e ) - t t c - t 0 ) 6 , |
где t p - t D |
- начальная разность температур между телом |
. |
и средой; |
|
( t c - t 0 ) b = A t 1 = t c - t | - |
- средняя разность температур между телом и средой
по истечении времени |
A Т . |
Следовательно, средний прирост |
температуры тела за второй |
отрезоквремени дТ |
|
Аналогично определяется величина и -го участка.
За время Т = п. дТ пар распространяется на рассто??не
(16)
Формула (16) выведена в предположении, что пар движется скачкообразно с одного участка на другой и распространяется на каждом из нихмгновенно, а нагревается участок в течение време ни A t . Наиболее точное значение Н получится, если прираще
ния формулы (13) заменить дифференциалами и интеграл |
взять ч |
|||
пределах от 0 до Н |
и от |
0 до Т |
. Однако вид такого уравнения |
|
сложен, а анализ его показывает, чтооно идентично уравнение |
||||
(16) и отличается при |
Т > |
!600о |
нанезначительную |
величину» |
которой в практических расчетах можно пренебречь. |
|
|||
55,
Если в уравнении U6) лТ - ^0 > а п - ^ о о , значение Н минимально
HMUH= Urn. Н = Eim
П-«-оо &l
где 0 < b <. |
|
, |
так как |
?im Ь =<5Г' |
|
|
|
|
|
||||
Максимум функции |
H |
~ |
j ( a t ) |
0 у д е т |
п р и |
|
0,7 |
R |
|
|
|
|
|
— ? |
|
|
|
|
|
|
9Г |
• |
а |
|
|
|
|
G г |
|
|
/ |
R |
\ |
|
Нмакс" |
|
|
•(t + 0,0 306 — |
j . |
( I 8 ) |
|
При истечении пара из образующих цилиндрической трубы рав номерно во все стороны от ея оси в неограниченное пространство,
заполненное телами сферической формы, путь, пройденный паром за время T = ttdLT
G \. дТ |
п(1-6)-ь 6 |
|
|
(19) |
|
|
|
где ? ч - длина трубы.
56
Подкоренное выражение уравнения (19) тождественно правой части уравнения ( 1 6 ) , поотоиу минимальное значение И также будет при дТ-*-0, a п — о°
Н„„и = BintН- Un ] / — [tO-b)+*tb]
J |
G i t |
(20) |
максимальное - при
Д I =
Z
%• а
MQKC | / ^ H ( t c - t 0 ) t ; |
. Г . |
При истечении пара из точки (торец трубы малого диаметра) равномерно вовсе стороны в неограниченное пространство, запол ненное телами сферической форма, путь, пройденный парок за время
Подкоренное выражение уравнения (21) тождественно правой части уравнения ( 1 6 ) , поэтому
57
4 GtT
(22)
э / |
4 G t R 2 . |
' |
u |
( t +0,0306 |
) |
мв к с
"" К э * с Г 1 1 ( 1 е - М ^
Приведенные расчетные формулы справедливы для одинаковых парообразных тел. В практике обычно встречаются тела, имеющие произвольную форму, для которых можно воспользоваться методом замены исследуемого тела эквивалентным по объему шаром. При этом в формулу (-14)-подставляем соответственно.эквивалентный по
объему радиус. .' .- . . |
. • 1 .. |
Рассмотрим влияние потерьтепла через сйнки запарочного ча на на скорость распространения внем пара. При небольшой толщине
изоляции или без нее процесс утечки тепла через стенки запарник бистро стабилизируется. Действительно, если воспользоваться зави симостью распределения температуры в неограниченной пластине от времени £6 / , нетрудно убедиться, что стационарный режим насту пает в запарнике без изоляции с толщиной стенок R - 0,003 м
практически через -I с, в запарнике с изоляцией из досок R - 0,02 м - через 600-900 с.
Для простоты расчетов с некоторым завышением потерь тепла рассмотрим распространение пара в массе нагреваемого материала
при условия постоянного теплового потока через стенки запарника
2
Тепловой лоток, проходящий через I м поверхности запароч
ного чана,
где Кп - коэффициент теплопередачи через многослойную стенку, отнесенный к единице площади наружной поверхности изоляции;
58
для плоской стенки
..^для цилиндрической
Здесь |
t ^ |
- |
температура окружавшего воздуха; |
|
|
|
Si |
- |
толщина сдоя изоляции; |
|
|
|
Rn+, |
- |
наружный радиус последнего слоя изоляции. |
||
Количество |
тепла, переданное через площадь «33 |
стенки запар |
|||
ника за время дТ , |
|
|
|||
|
^ = K 0 ( t c - t b ) s 3 A T - K „ ( t e - t j j ) A ' i : A |
|
|||
где |
J> - периметр запарочного чана. |
|
|||
Количество |
тепла,'поступающего |
с паром за время л'Е" , |
|||
|
|
|
|
|
(23) |
Количество тепла, расходуемого |
на потери через |
стенки залар«- |
|||
ника и нагревание массы материала (определяется при пуске пара
из плоскостного насадка выражением д P1 = F A H ^ h |
) до |
||
температуры 1 |
1 |
(расходом тепла па нагревание стенок а изоля |
|
ции запарника |
|
пренебрегаем), |
|
Приравняв правив части уравнений (23) и ( 2 4 ) ,
59