Практическое занятие № 7

Тепловой расчет обжарочных печей

Цель расчета - уточнение расходов энергии и продолжительности процесса в соответствии с выбранным для обжаривания сырьем.

Исходные данные для расчета :

Производительность по сырью m₁ , кг/ч (кг/с);

удельная поверхность рыбы f, м² / кг ;

температура масла в печи, t_м , С;

температура в центре продукта t_ц , С;

потери влаги при обжаривании X, %

начальная влажность рыбы w, %.

Тепловой расчет печи ведем, исходя из двух периодов ее работы: подготовки к пуску и непосредственной обжарки рыбы.

В первый период тепло расходуется на нагрев масла, воды, ванны и теплообменников, сеток, а также на покрытие потерь в окружающую среду.

Во второй период тепло расходуется на нагрев рыбы до 100С, испарение влаги из рыбы, нагрев верхнего слоя рыбы 150 С, нагрев добавляемого масла, воды под маслом, нагрев сеток и противней и покрытие потерь в окружающую среду.

Определим расход тепла на нагрев масла в ванне. Масло можно рассматривать как жидкость, состоящую из трех слоев: верхнего, лежащего под поверхностью теплообменника (в нем находится обжариваемое сырье); среднего, расположенного на уровне высоты теплообменника, нижнего (пассивного), расположенного под днищем теплообменника.

Высота верхнего слоя масла должна быть на 50 мм больше высоты уровня рыбы. Средний слой по высоте соответствует коллекторам теплообменников. Высоту пассивного слоя следует принимать h_п = 30 мм.

По опытным данным, при обжарке рыбы оптимальная температура верхнего и среднего слоев масла должна поддерживаться в пределах 140-160С, а пассивного в пределах 110С.

Масса масла в зоне активного и среднего слоев ванны

G₁ = (V₁ - V_т ) , (7.1)

где V₁ - объем ванны в зоне активного и среднего слоев масла, дм³ ;

V_т - объем теплообменников, дм³ ;

 - плотность масла, кг/дм³;

V₁ = ₁ (h_в + h_c) (7.2)

где l – длина ванны, м ,

₁ – ширина ванны, м.

h_в и h_c – высота верхнего и среднего слоев масла, м.

Объем теплообменника определяем по данным из рис.

V_т = 6_{2 3} c + К₂ ^. 3( ^.R² + ba) ^., дм³ (7.3)

где К₂ – количество трубок в ванне, шт.

Рис.3. Обжарочная ванна

Для установившегося режима тепловой расчет обжарочной печи, основывается на уравнении теплового баланса:

Q₀ = Q₁ + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅ +Q₆,

где Q₀ - суммарный расход тепла, кВт;

Q₁ - расход тепла на нагревание продукта, кВт;

Q₂ - расход тепла на испарение влаги из продукта^ ( Влага из продукта удаляется как в виде пара, так и в виде жидкости. Однако жидкость, соприкасаясь на поверхности рыбы с горячим маслом, испаряется.

Q₃ - расход тепла на нагревание транспортирующего полотна, кВт;

Q₄ - расход тепла на нагрев доливаемого масла, кВт;

Q₅ - расход тепла на нагревание воды в «водяной подушке», кВт;

Q₆ - потери тепла в окружающую среду, кВт.

Первоначально определяем расход тепла на нагревание продукта, транспортирующего полотна, масла и воды, которые находятся из следующего выражения:

Q_1,2,3,4,5 = m c (t₂ - t₁), кДж/с.

где m - масса продукта, нагреваемая за 1 с., кг;

с - удельная теплоемкость нагреваемого продукта, кДж/(кг^. К);

t₁ и t₂ - начальная и конечная температура продукта, С.

Расход тепла на нагрев активного и среднего слоев масла находим по формуле (7.2):

Q = G c(t_к - t_н ), кДж

Масса пассивного слоя масла

G₂ = V₂ , кг (7.4)

где V₂ - объем пассивного слоя масла.

G₂ = ₁ h_п , кг (7.5 )

Расход тепла на нагрев пассивного слоя масла находим по формуле (3.2). Общий расход тепла на нагрев масла

Q₁ = Q^₁ +Q^₁, кДж

По опытным данным, оптимальная масса воды в ванне должна составлять 75-80 % массы масла активного и среднего слоев, т.е.

G_в = G₁ ^. 0.75, кг

Проверим объем ванны в зоне наполнения ее водой по рис.

V₃ = ₁ h₁ + h₂ (₁ +₂ /2), м³ (7.6)

Приняв начальную температуру воды 15С, а конечную 60С, определим по формуле (3.2) расход тепла на нагрев воды-Q₂

Масса теплообменника

G_т = F_п s , кг (7.7)

где F_п - площадь греющей поверхности, м²

s - средняя толщина стенок теплообменника (s = 0,005 м);

 - плотность стали кг/м³

По формуле (3.2) определим расход тепла на нагрев обжарочной печи, состоящей из: расхода тепла на нагрев части ванны, соприкасающейся с маслом и из расхода тепла на нагрев части ванны, соприкасающейся с водой. Расход тепла на нагрев сеток по этой же формуле (7.2)

Q₅ = G_c c_c (t_c - t_в), кДж

Расход тепла в окружающую среду определим по формуле (7.4)

Q = F (t_ст - t_в), кДж

а) расход тепла от поверхности ванны, соприкасающейся с маслом и водой

Q^₆ = 3,6 F (t_ст - t_в),

где F - поверхность ванны;

 - суммарный коэффициент теплоотдачи от поверхности ванны к воздуху, Вт/(м² К)

t_ст - температура наружной поверхности изолированной стенки ванны;

t_в - температура воздуха,

б) расход тепла от зеркала масла (7.4)

Q^₆ =3,6 F (t_ср - t_в ), кДж

где F - площадь зеркала масла,

t_ср - средняя температура масла в период подготовки печи к работе,

 - суммарный коэффициент теплоотдачи от поверхности масла к воздуху.

Тогда Q₆ = Q^₆ + Q^₆ ,

Суммарный расход тепла без учета потерь в окружающую среду

Q_сум = Q₁ + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅ , кДж

Далее определяется время, потребное для подготовки печи к работе (в ч.)

 = , (7.8)

где F_п - общая поверхность нагрева,

k - коэффициент теплоотдачи от пара к маслу через стенки греющих труб, Вт/(м^{2 .} град),

t_ср - средняя разность температур за время нагрева печи находим по формуле (3.6) и (3.7), К.

Окончательно определяются истинные потери тепла в окружающую среду

Q_пот = , кДж и полный расход тепла за период пуска.

Расход пара в период подготовки печи к работе

D = , (7.9)

где i - теплосодержание сухого насыщенного при абсолютном давлении 1,0 МПа;

i_к - теплосодержание конденсата;

0,03 - потери тепла от прохождения через конденсатоотводчик (с учетом продувки). Находим часовой расход пара за период подготовки печи к работе.

Расход тепла за период обжарки рыбы. Сначала находим расход тепла на нагрев до 100С, затем расход тепла на испарение влаги из рыбы определяем по формуле (7.8)

Q = Wr

Учитывая, что при обжарке испаряется примерно 20 % влаги от массы рыбы, находим расход тепла на нагрев верхнего слоя рыбы. По опытным данным , с рыбой уносится примерно 6 % масла. Тогда находим часовой расход масла. Окончательно находим расход тепла на нагрев добавляемого масла. Количество воды, добавляемой для охлаждения пассивного слоя масла

W = , (7.10)

где G₁ - масса пассивного слоя масла, кг;

с₁ - удельная теплоемкость масла, кДж/кг К

t_н - начальная температура пассивного слоя масла, С;

t_к - конечная температура пассивного слоя масла, С;

t^_к - конечная температура воды, С;

t^ _н - начальная температура воды (t^_н = 15С);

с - удельная теплоемкость воды, кДж/кг^.К.

Находим расход тепла на нагрев добавляемой воды. Теперь определяем массу сеток, проходящих за 1 час. После чего находим расход тепла на нагрев сеток.

Суммарный расход тепла

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅+Q₆ , кДж

Учитываем потери тепла в окружающую среду, составляющие примерно 8 % от общего расхода и находим Q_общ ,

Часовой расход пара за второй период (7.25)

D_ч = Q_общ /(i - i_к )

Если часовой расход пара принять за 100%, то тепловой баланс печи выразится величинами, показанными в табл.4.

Тепловой баланс печи

Таблица 4

Статьи расхода	Количество тепла
	кДж/ч	%
На испарение влаги
На нагрев
рыбы
верхнего слоя рыбы
добавляемого масла
добавляемой воды
сеток
Потери
в окружающую среду
с конденсатом
Итого:

Приход тепла равен его расходу и определяется он по формуле:

Q = D_ч i, кДж (7.11)

Задача № 10

10.1. Определить время необходимое для подготовки к работе механизированной паромаслянной печи без охладителя если ее производительность 900 кг/час, время обжарки кильки 4 мин., масса рыбы в одной сетке 10 кг, температура обжаривания 140 С.

10.2. То же, если ее производительность 600 кг/час, время обжарки бычка, масса рыбы в одной сетке 8 кг, температура обжаривания 160С.