- •Проектирование линий пищевых производств
- •Введение
- •Практическое занятие № 1 Разработка технологической схемы производства пищевой продукции и выполнение продуктового расчета
- •Пример № 1
- •Мойка сырья
- •Замораживание
- •Задание № 1
- •Практическое занятие № 2
- •Расчет производительности и количества машин для линии
- •Производства пищевой продукции.
- •Разработка плана цеха для этого производства
- •Задание № 2
- •Решение задач по расчету энергетических затрат тепла в тепловых технологических процессах
- •3.1. Общие сведения о расчете затрат теплоты
- •3.2 Расчет расхода воздуха
- •3.3. Расчет затрат электроэнергии
- •3.4. Расчет расхода воды
- •4 Конструктивные расчеты тепловых аппаратов.
- •4.2. Расчет элементов конструкции тепловых аппаратов
- •Практическое занятие № 5
- •Практическое занятие № 6
- •Практическое занятие № 7
- •Практическое занятие № 8
- •8.1. Испарение воды со свободной поверхности
- •8.2. Расчет продолжительности сушки
- •Практическое занятие № 9
- •Термины, обозначения и их показатели, используемые в методических указаниях
- •Литература
- •Проектирование линий пищевых производств
- •98309, Г. Керчь, ул. Орджоникидзе, 82.
Задание № 2
Подобрать оборудование и рассчитать его количество при производстве продукции по условиям задания (из расчета на одну смену):
1.1.б. Выработано 5 туб консервов “Сардинелла натуральная с добавлением масла” в банке № 3.
1.1.в. Для разделки на тушку поступило 5000 кг скумбрии.
1.2.б. Выработано 7 туб консервов “Треска обжаренная, в масле”.
1.2.в. На операцию бланширования поступило 2 тысячи банок №3 с уложенной в них сардиной для получения консервов “Сардина бланшированная, в масле”.
Практическое занятие № 3
Решение задач по расчету энергетических затрат тепла в тепловых технологических процессах
3.1. Общие сведения о расчете затрат теплоты
При определении расхода теплоносителя составляют уравнение теплового баланса, в котором количество энергии, отдаваемое теплоносителем, должно быть равно энергии, затрачиваемой на обработку продукта, с учетом расхода тепла в окружающую среду.
Уравнение теплового баланса выражаемого формулой:
Qобщ. = Q1 + Q2 + Q3 + … Qn (3.1)
где Q1 ,Q2 ,Q3 , …Qn - расход тепла по различным направлениям, кДж.
Расход тепла, связанный с нагревом, материала (продукта, банок, сеток и т.п.) определяют по формуле:
Q = G . c(tк - tн), кДж (3.2)
где G - масса нагреваемого материала, кг;
с – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг.К);
tк и tн - конечная и начальная температура материала, К.
В большинстве случаев нагреваемым продуктом является смесь нескольких продуктов, тогда удельную теплоемкость смеси определяют по формуле:
Ссм = 0,01(с1 . x1 + с2 . x2 + … + сn. xn ), кДж/(кг. К) (3.3)
где с1, с2, сn - удельная теплоемкость компонентов смеси, кДж/(кг. К);
x1, x2, xn – содержание компонентов в смеси, %.
Известно, что количество теплоты (Дж) передаваемой материалу от теплоносителя, в том числе от стенок аппарата в окружающую среду, определяется уравнением:
= F..t , (3.4)
Если теплоносителем является острый пар, то уравнение (3.4) принимает вид:
= D(in – ik)., (3.5)
где F – площадь поверхности теплообмена, м2;
- коэффициент теплоотдачи, кВт/(м2 . К);
t – разность температур между стенкой аппарата и наружным воздухом, К;
При этом в случае если отношение tmax /tmin 2, то
tср = (tmax +tmin)/2 (3.6)
если tmax /tmin 2, то среднюю разность температур определяют:
, (3.7)
если температура теплоносителя t2 и среды t1 во время процесса остаются постоянными то: t = t2 – t1
- продолжительность теплообмена, с;
D – расход острого пара, кг/с;
in, iк - удельная энтальпия пара и конденсата, кДж/кг;
Расход тепла на выпаривание влаги определяется по формуле :
Q3 = W. r, кДж (3.8)
где W - масса испаряемой влаги, кг ;
r - теплота парообразования, кДж/кг. Масса испаряемой жидкости может быть определена по формуле
W = (-) ; кг (3.9)
где -поверхность испарения в м2;
-продолжительность испарения в сек ;
-упругость насыщенных паров жидкости при данной температуре,
н/м2(мм рт. ст.);
-упругость насыщенных паров жидкости при температуре окружающего воздуха, н/м2(мм рт. ст.);
-относительная влажность воздуха;
- коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств жидкости и скорости движения воздуха. Для воды и водных растворов можно определить по формуле:
, кг/(м2секн/м2) (3.10)
кг/(м2чмм.рт.ст.)
где - скорость движения воздуха в м/сек;
-плотность воздуха в кг/м3;
Кисп можно принимать в зависимости от скорости воздуха:
Скорость воздуха
в м/сек в кг /(мг сек н/ мг)
0,5 129
1,0 298
1,5 408
2,0 520
Количество выпариваемой влаги (кг) при изменении концентрации по формуле
W = М 1-(n/m), (3.11)
где М – масса исходного сырья, кг;
n и m - начальная и конечная концентрация продукта,%.
Отсюда конечное содержание сухих веществ в продукте (в %)
m = Mc / M, (3.12)
Расход тепла (в Дж) в окружающую среду за счет конвекции и лучеиспускания.
Q4 = F ( tст - tв ) (3.13)
где F - площадь поверхности аппарата, м2 ;
0 - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 . К);
tст - температура наружной поверхности стенки, К;
- продолжительность процесса, сек.;
tв – средняя температура воздуха, К.
tст = (t1 +2 . t2 Вi)/(1 + 2 .Вi) (3.14)
где t1 - температура среды внутри аппарата, 0 С ;
t2 - температура среды с наружной стороны стенки, 0 С;
2 - коэффициент теплоотдачи с внешней стороны стенки, Вт/м2 . К;
Вi - термическое сопротивление теплопередачи, м2 . К/кВт ;
Вi = 1/1 + / (3.15)
где 1 - коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стенки, Вт/м2 . К;
- толщина стенки, м ;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м. К) ;
Суммарный коэффициент теплоотдачи для аппаратов, находящихся в закрытом помещении и имеющих tст от 50 до 350С определяется по формуле:
0 = (9.3 + 0.058 tст).10-3, кВт/(м2К) (3.16)
или при tст меньше 50 С
0 =[9.74 + 0.07( tст - tв)].10-3, кВт/(м2 К) (3.17)
Расход греющего пара в аппаратах, где он полностью конденсируется, определяют по формуле:
D = , (3.18)
Площадь поверхности теплообмена аппарата, м2
F = , (3.19)
а для нагревателей и охладителей непрерывного действия
F = , (3.20)
где П - производительность аппарата, кг/с ;
с - удельная теплоемкость вещества, кДж/(кг . К) ;
t и t - начальная и конечная температура вещества в нагревателях (охладителях), К.
Задание 3
3.1. Установите, чему равна средняя удельная теплоемкость томатной пульпы, уваренной в выпарном аппарате с 5 до 12 % сухих веществ.
3.2. На заводе имелся рассол концентрацией 2 и 12 %. Оба рассола смешали вместе, причем 2%-ного было взято вдвое больше, чем 12 % -ного. Определите удельную теплоемкость полученной смеси.
3.3. При варке повидла смешали 100 кг сахара и 125 кг 12%-ного яблочного пюре. Рассчитайте удельную теплоемкость повидла.
3.4. На консервном заводе смешали 40 кг 20%-ного сахарного сиропа. 10 кг сахара и 100 кг 10%-ного сливового пюре. Определите удельную теплоемкость смеси.
3.5. Определите удельную теплоемкость салата из квашенной капусты: в банке находится 200 г квашеной капусты, 90 г моркови, 90 г яблок. Количество овощей берется 40 г соли и 40 г сахара.
3.6. Определите удельную теплоемкость “Щей из белокочанной капусты”, состоящих из 225 г капусты квашеной, 45 г моркови, 45 г лука репчатого, 30г белого корня, 10 г зелени петрушки, 5 г чеснока, 10 г 30% - ной томатной пасты.
3.7. Определите, какая масса яблочного сока с мякотью может быть нагрета от 18 до 70 0С, если содержание сухих веществ в соке равно 15 %, а в подогревателе к соку передается теплота в количестве 100 кДж/с.
3.8. В змеевиковый теплообменный аппарат нагнетается насосом 12%-ное томатное пюре, температура которого должна быть поднята с 30 до 90 0С. От греющего пара к продукту ежесекундно поступает 162 кДж теплоты. Рассчитайте количество пюре, подаваемого в подогреватель.
3.9. Производительность линии АС-200 по сырью 8330 кг/ч. Определите, сколько влаги удаляется в каждом из двух корпусов выпарной станции если в первом концентрация томатной массы повышается с 5,5 до 12 %, а во втором - с 12 до 35 %.
3.10. Консервный завод должен переработать за сезон 7500 т томатов с плановым содержанием сухих веществ 5 %. Фактическое содержание сухих веществ составило 5,2 %. Какое количество 30 %- ной томатной пасты будет дополнительно выработано за счет этого?
3.11. При уваривании томатной массы с 5 до 12 % сухих веществ выход готового продукта составил 1250 кг/ч. Сколько теплоты требуется затратить на выпаривание влаги при остаточном давлении 0,015 МПа?
3.12. Определите, как изменятся затраты теплоты на выпаривание влаги, если при концентрировании 1200 кг виноградного сока с 16 до 60 % сухих веществ разрежение в аппарате увеличивается с 70 до 75 кПа.
3.13. Рассчитайте температуру наружной поверхности неизолированной стенки аппарата, внутри которого продукт нагрет до 1200 С, если температура воздуха в цехе 25 0 С, коэффициент теплоотдачи от воды к стенке 1000 Вт/(м2 . К), от стенки к воздуху 10 Вт/(м2 . К ), а толщина стальной стенки 0,01 м.
3.14. Чему равна температура наружной поверхности кирпичной стенки цеха при толщине стенки 0,5 м, температуре воздуха в цехе 25 0С, температуре наружного воздуха 50С, коэффициентах теплоотдачи 1 = 8 Вт/(м2 . К) и 2 = 15 Вт/(м2 . К)?
3.15. Средняя температура стенок ванны обжарочной печи 45С , температура воздуха в цехе 25 0С. Площадь поверхности аппарата 18 м2. Определите секундную потерю теплоты и установите, какой процент от общих затрат теплоты, равных 500 кДж/с, она составляет.
3.16. Для уменьшения потерь теплоты двухтрубный подогреватель, площадь наружной поверхности которого равна 8 м2 , покрыли слоем теплоизоляции, после чего температура стенки понизилась до 35 0С. Давление греющего пара в аппарате 0,3 МПа. Температура воздуха в цехе 22 0С. Толщина стальной стенки аппарата 5 мм. Определите потери теплоты в течение часа до и после укладки тепловой изоляции.