6. Расчет единицы теплового оборудования

В качестве теплового оборудования выбрали фритюрницу

Режим разогрева (нестационарный)

, где М_ж - вес пищевого жира, кг;

С_ж - теплоемкость пищевого жира 1,676 кДж/ (кг∙ºС);

t₁ - температура нагрева жира (равная температуре жарки); принимаем равной 160-170 ºС;

t₀ - начальная температура пищевого жира, ºС;

τ′ - время нагрева жира, ч.

Количество одновременно загружаемого продукта для жарки во фритюрнице находим из выражения

где G_{0 -} количество одновременно загружаемого продукта для жарки, кг;

V_ч - объем загрузочной чаши фритюрницы, дм³;

φ - коэффициент заполнения фритюрницы (φ=0,6-0,7);

δ_n - истинная плотность загружаемого продукта (мясо куриное), кг/ дм³, равная 0,85 кг/ дм³;

δ_ж - плотность жира, кг/ дм³, принять равной плотности растительного масла 0,903 кг/ дм³;

γ - кратность количества фритюрного жира количеству продукта (не менее 4).

кг

Вес пищевого жира при жарке во фритюре должен превосходить количество одновременно загружаемого продукта минимум в 4 раза.

кг.

Таким образом, полезно используемое тепло, расходуемое на нагрев пищевого жира во фритюрнице, будет равно

кДж/чСтационарный режим. При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из отдельных слагаемых и определяется по формуле

где первое слагаемое - расход тепла на нагрев продукта; второе - расход тепла на испарение влаги из продукта; третье - расход тепла на образование корочки на продукте; четвертое - расход тепла на нагрев доливаемого в процессе работы пищевого жира;

М - часовая производительность по сырью, кг/ч,

кг/ч

где G_{0 -} количество одновременно загружаемого продукта для жарки, кг;

τ - продолжительность цикла обработки, мин (15 минут);

с - теплоемкость продукта 3,308 кДж/ (кг∙ºС);

t₂ - температура нагрева продукта, принимаем равной 90-100 ºС;

t₄ - начальная температура продукта 20 ºС;

ω_{n -} истинный продукт ужарки, принимаем равным 17%;

r - скрытая теплота испарения при атмосферном давлении, принимаем равным 2258,2 кДж/кг;

К - процентное содержание корки в продукте принимаем в пределах от 15 до 25%;

С_к - теплоемкость корочки, принимаем как теплоемкость сухого вещества, 1,67 кДж/ (кг∙ºС);

t₃ - температура образования корочки, ºС (135-140 ºС);

m_ж - расход пищевого масла на обжаривание сырья в %; принимаем в пределах от 15 до 20%;

t₁ - рабочая температура жира равная 170 ºС;

t₀ - начальная температура жира, ºС.

Q"_П=2,92·3,308· (90-20) +0,01·17·2,92·2258,2+

+0,01·20·2,92·1,67· (135-90) +0,01·15·2,92·1,676· (170-20) = =1951,13 кДж/ч

Определение потерь тепла в окружающую среду

,

где - потери тепла через стенки аппарата в окружающую среду, кДж;

- потери тепла через крышку аппарата в окружающую среду, кДж;

- потери тепла через дно аппарата в окружающую среду, кДж.

Потери тепла в окружающую среду через отдельные элементы поверхности оборудования определяются по формуле:

Q_ср = ;

где F - площадь поверхности теплообмена (крышка, стенки), м²;

₀ - коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м^{2 0}С;

t_п - средняя температура поверхности ограждения, ⁰С;

t₀ - температура окружающей среды, ⁰С;

 - продолжительность периода тепловой обработки в часах.

В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место теплоотдача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:

₀ = _к + _л,

где _к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м^{2 0}С;

_л - коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м^{2 0}С.

Указанные критерии имеют следующий вид:

Re = ;Pr = ;Gr = ;Nu = ;

где

ω - скорость движения конвективной среды, м/с;

ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с;

l - определяющий геометрический размер, м; Определяющим геометрическим размером при этом выбирается наибольший линейный размер или диаметр ограждения;

а - коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м⁰С;

 - коэффициент объемного расширения воздуха, I/⁰С;

 = ,

_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией. Вт/м²⁰С;

t - перепад температур между ограждением и воздухом

.

При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное уравнение имеет вид:

Nu = c (GrPr) ⁿ,

Определяющей температурой является полусумма температур рабочего тела (воздуха) и стенки.

По величине определяющей температуры воздуха выбираем по таблице физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности , коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (GrPr), с и n и численную величину критерия Nu.

По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией

,

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием _л определяется по формуле Стефана-Больцмана:

_л = ,

где Е - степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов (для стали шлифованной Е=0,58)

С₀ - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/ (м²К⁴);

С₀ = 5,67 Вт/ (м²К⁴);

t_п - средняя температура теплоотдающей поверхности, ⁰С;

t₀ - температура окружающего поверхность воздуха, ⁰С;

Т_п - абсолютная температура поверхности ограждения, К

Т_п = t_п+273 Т₀ - абсолютная температура окружающей среды, ⁰К

Т₀ = t₀+273

Нестационарный режим

Для расчета потерь тепла в окружающую среду можно пользоваться формулой:

,

где  - время разогрева жира, час;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м²час⁰С;

- средняя температура поверхности ограждения за время разогрева, ⁰С

,

t_К - температура поверхности ограждения к концу разогрева, ⁰С;

t_Н - начальная температура поверхности ограждения принимается равной температуре окружающей среды, ⁰С.

Температуру отдельных поверхностей аппарата к концу разогрева можно принять:

а) для вертикальных поверхностей t_к = 60 - 65⁰С;

б) для изолированной крышки жарочного оборудования t_к = 70⁰С;

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией определяющая температура для воздуха, окружающего корпус (ограждение) будет равна:

,