4.Тепловий розрахунок двостінного котла для приготування цукрового сиропу при виробництві консервів «Компот з груш»
Вихідні дані для розрахунку:
Варильний котел діаметром - 915 мм
Робоча ємкість котла - 500 л
Продукт-цукровий сироп з густиною - ρ= 1094 кг/ м3
Початкова температура сиропу -
=18°СКінцева температура сиропу -
= 98°СТиск граючої пари при -
Коефіцієнт тепловіддачі від пари до продукту - К= 564 Вт/(м²*°К)
Сферична частина котла заповнена на 100%
Внутрішня частина виготовлена з міді, парова «сорочка» - сталева
Процес варки складається з двох фаз - підігріву та кипіння.
1 Фаза - підігрівання
І. Витрати тепла на нагрівання апарата.
1.1. Витрати тепла на нагрівання внутрішньої мідної частини апарата:
(1)
де:
-маса
внутрішньої мідної частини котла, кг;
-
питома теплоємність міді;
см
= 0,394кДх/
кг;
-
середня температура між температурою
гріючої пари та кінцевою температурою
сиропу, °С;
початкова
температура сиропу, С.
1.1.2.Маса внутрішньої мідної частини котла:
,
кг
(2)
де:
-
радіус котла;R
=
0,4575
м;
—товщина
мідної частини, м;
=
0,006 м; рм-
густина міді, кг/м3;
рм
= 8800кг/ м3.
кг.
Середня температура між температурою гріючої пари та кінцевою температурою сиропу:
,
°С
(3)
де:
—
середня температура між температурою
гріючої пари та кінцевою температурою
сиропу, °С;
- температура гріючої
пари,°С;
=
143°С;
-
кінцева температура сиропу, °С;
=
98°С.
°С
1.2. Витрати тепла на нагрівання зовнішньої сталевої частини:
ж
(4)
де:
маса
зовнішньої сталевої частини котла, кг;
-
питома теплоємність сталі;
-0,48
кДж/ кг
;
—температура
гріючої пари, °С;
початкова
температура сиропу, °С.
1.2.1. Маса зовнішньої сталевої частини котла:
,,
кг
(5)
де:
R-
радіус парової сорочки;
R
=
0,4575м ;
-
товщина стінки, м;
=
0,05
м
;
-
густина сталі, кг/м3;
- 7900кг/
.
ж
2. Витрати теплоти на підігрів продукту:
ж
(6)
де:
-
маса цукрового сиропу, кг;
-
питома теплоємність цукрового сиропу;
=
3,81 кДж/кг
;
кінцева
температура сиропу, °С;
—
початкова температура сиропу, °С.
2.1. Маса цукрового сиропу:
=V*
*f
, кг (7)
де: V- об'єм сферичної частини котла, м3;
-
густина продукту, кг/м3;
=
1094
кг/м3
;
f
-
коефіцієнт заповнення сферичної частини
котла;
f
=1.
2.1.1. Об'єм сферичної частини котла:
V
=
,м3
(8)
V
=
м3
ж
3.Витрати тепла на випаровування вологи з поверхні продукту при нагріванні:
=W*r
,кДж
(9)
де: W- кількість випареної вологи, кг,
r -теплота пароутворення, кДж/кг;
при
=58°С;
r=
2363,3кДж/кг
.
3.1. Кількість випареної вологи:
W=
, кг (10)
де:
— кількість вологи, випареної з поверхні
продукту в котлі за 1 секунду, кг (
вибираємо в залежності від
).
,
°С
(11)
°С
Тоді
при
температурі
°С
вибираємо
- 0,002 кг/(м2
*
с)
, а з урахуванням фактичної поверхні
випаровування при діаметрі котла
—0,915
м кількість
випареної вологи
приймаємо
0,00142
кг/(м2
*
с).
кДж.
Втрати
тепла у навколишнє середовище:
ж
(12)
де:
площа
зовнішньої поверхні котла,
м2
;
-
сумарний коефіцієнт тепловіддачі,
Вт/(м2
*К)
;
-
середня температура стінки, °С;
—температура
повітря, °С;
4.1 Площа зовнішньої поверхні котла:
=
, м2
(13)
де: R-зовнішній радіус парової сорочки, м;R= 0,5175 м.
=
,68м2
4.2 Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:
=(9.3+0.058*
)*0.001
, Вт/ (м2
*К)
(14)
а0 = (9,3+0,058*143,6)*0,001=0,0176 Вт/(м2 *К);
ж
5. Загальні витрати тепла на підігрів:
,
ж
(15)
кДж
5.1.
Тривалість
нагрівання:
ж
(16)
де: К - коефіцієнт тепловіддачі від пари до продукту, Вт/(м2 * К); К = 564 Вт/(м2 *К)
середній
перепад температур гріючої
пари та продуту, °С.
5.1.1. Середній перепад температур гріючої пари та продукту:
Середній
перепад температур гріючої пари та
продукту
розраховують у залежності від відношення
початкового температурного перепаду
до кінцевого
.
Якщо це відношення
< 2
то
розраховують
як:
,
°С
(17)
Тому
розраховуємо
логарифмічно:
,
°С
(19)
°С
кДж
61177,82+7,08
=74,85
τ=
Приймаємо 14 хв.
Загальні витрати тепла на підігрів:
Дж.
6.
Витрати
пари на підігрів продукту:
ДП=
(20)
де:
-ентальпія пари, кДж/кг;
=
2735кДж/кг;
-
ентальпія конденсату, кДж/кг;
=
601,2 кДж/кг
.
ДП=
7. Інтенсивність витрати пари на підігрів продукту:
Д1=
кг/
год.