3.2 Расчет расхода воздуха

При проектировании участков и цехов, в которых производится тепловая обработка продуктов, необходимо узнать количество воздуха подаваемого на тепловой аппарат или отводимого от него и его свойства.

Воздух в процессе конвективной сушки выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя. В естественных условиях он представляет собой влажный газ, состоящий из смеси сухих газов с парами воды в перегретом состоянии. Водяные пары в таком состоянии имеют температуру, превышающую температуру кипения воды при одном парциальном давлении.

В сушильной технике воздух представляется как смесь сухой части и перегретого водяного пара, т.е. как ненасыщенный газ. К нему с достаточной для технических расчетов точностью применимы термодинамические законы идеальных газов. К термодинамическим параметрам воздуха относятся влажность (абсолютная и относительная), плотность, объем и энтальпия.

Абсолютная влажность - масса водяного пара в 1 м³ воздуха, которая равна плотности пара _п. Абсолютная влажность воздуха может возрастать до своего предела _н - плотности насыщенного пара. Дальнейшее увлажнение воздуха в данном объеме невозможно в связи с конденсацией водяного пара. Насыщенное состояние водяного пара может наступить либо при непрерывном испарении влаги, либо при постоянном охлаждении в замкнутом объеме воздуха. Температура при которой воздух данного состояния становится насыщенным, называется точкой росы t_{н .}

_н определяют по таблицам водяного пара М.П. Вукаловича либо рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

lg _н = 0,686 + 6,9t_н /(230+t_н ) (3.30)

В формуле (8.1) _н дано в г/м³ . Относительная влажность  определяет степень насыщения воздуха паром:

 = _п /_н = h / h_н , (3.31)

где _п и _н -абсолютная влажность и плотность насыщенного воздуха, кг/м³; h и h_н - парциальное давление водяного пара и насыщенного водяного пара, Па.

h_н рассчитывают по формуле Г.К. Филоненко:

lg h_н = 0,662 +7,5 t_н /(238 + t_н) (3.32)

Здесь h_н в мм рт. ст. При переводе в единицы СИ 1 мм рт.ст.=133,322 Па. Влагосодержание воздуха d выражается массой водяного пара, отнесенной к 1 кг сухого воздуха:

d = 622h / (B-h), (3.33)

где В- общее барометрическое давление, Па.

Для сухих топочных газов при полном горении:

d = 580 h/(B - h), (3.34)

где (В-h) - парциальное давление сухих газов, Па.

Объем влажного воздуха определяют по уравнению

V_в.в (3.35)

Плотность влажного воздуха можно рассчитать по формуле

_в.в. = 2,17, (3.36)

Энтальпия влажного воздуха I выражается в кДж/кг и характеризует состояние тела. Энатальпия влажного воздуха определяется из уравнения:

I_в.в. = I_с.в. + I_п = с_с.в.t + i_п d/1000, (3.37)

где I_с.в., I_п , i_п - энтальпия соответственно сухого воздуха, пара и перегретого пара в воздухе, кДж/кг;

с_с.в. - удельная теплоемкость сухого воздуха; с_с.в.= 1 кДж/(кг^. К);

t - температура сухого воздуха, С.

i _п = 2500 + 1,875t, (3.38)

Энтальпию влажного воздуха можно рассчитать либо по уравнениям (8.8; 8.9), либо по уравнению

I_в.в. = с_в.в. t +2500 ^. d /1000, (3.39)

где с_в.в. - теплоемкость влажного воздуха:

с_вв. = с_с.в. +1,875d /1000, (3.40)

При уваривании, обжаривании и бланшировании продуктов, от аппаратов, в которых осуществляются эти процессы, необходимо производить отсос паровоздушной смеси, при этом объем отсасываемого воздуха рассчитывается следующим образом:

V_в = 287,14 q_в (273 + t_в )/(p - p_н), м³/с (3.41)

где p - давление входящего пара, Па;

p_н - парциальное давление насыщенных водяных паров при температуре отсасываемого воздуха, Па ;

q_в - количество отсасываемого воздуха, кг/с ;

t_в - температура отсасываемого воздуха, К, принимается равной 85...90С (в зависимости от высоты установки отсоса).

q_в = 0,01 D, где D - количество образовывающегося пара, кг/с. После процессов бланширования, обжаривания, горячего копчения продукция подвергается охлаждению с помощью воздуха и тогда общий расход воздуха для охлаждения можно рассчитать по формуле:

L = , кг/ч (3.42)

где W - количество испаряемой влаги, принимается равным 3 % от G , кг/ч;

G – масса продукции, поступившей на охлаждение, кг/ч ;

с - удельная теплоемкость продукции, кДж/(кг ^. град ) ;

t₁ и t₂ - начальная и конечная температура охлаждаемой продукции, К;

G_т - масса транспортных устройств, проходящих через охладитель в час, кг;

с_т - удельная теплоемкость материала (для стали с_т =0,482), кДж/(кг^.К);

t₂ и t₁ - начальная и конечная температура транспортных устройств (принимается на 10 - 15 К больше температуры продукта);

Q_с - потери тепла во внешнюю среду, кДж/ч.

t_в и t_в - начальная температура воздуха и его температура на выходе, К.

d₁ и d₂ - влагосодержание воздуха поступающего и выходящего из охладителя, ч/кг.

I₁ и I₂ - энтальпия воздуха на входе и выходе из охладителя, кДж/кг. Далее определяется количество воздуха в объемных единицах. Необходимо уметь определять расход воздуха и в процессе сушки продукта. Известно, что количество влаги поступившей в агрегат с материалом и воздухом равно количеству влаги, оставшейся в материале и ушедшей с воздухом, значит

, (3.43)

где G₁ и G₂ - количество материала до и после сушки, кг/ч;

L - количество сухого воздуха, проходящего через агрегат, кг/ч ;

d₁ и d₂ - влагосодержание воздуха на входе и выходе агрегата, г/кг ;

₁ и ₂ - влажность материала до и после сушки, % .

Однако известно, что

W = , (3.44)

тогда, преобразовав уравнение (3.55) и (3.56) получим:

L = , (3.45)

Обозначив расход воздуха в кг на 1 кг испаряемой влаги через , т.е.

L/ W = , тогда получим

, (3.46)

Учитывая, что d₁ = d₀ , т. е. влагосодержанию воздуха при входе его в калорифер, то окончательно:

= 1000/(d₂ - d₀), (3.47)

Расход воздуха подаваемого в камеру охлаждения продукта определяется по формуле:

V₀ = Q₀ / (i_k – i₁) , м³/сек. (3.48)

где  - плотность воздуха в камере, кг/м³ ;

Q₀ – общий теплоприток в камеру, кВт;

i_k , i₁ – удельная энтальпия воздуха соответственно в камере и поступающего в камеру.

Задание 4

4.1. Определить объем отсасываемого воздуха из ленточного бланширователя, ширина которого 1.2 м, а длина 5 м. Подобрать вентилятор.

4.2. Определить объем отсасываемого воздуха из обжарочной печи при обжаривании рыбы, если известно, что производительность печи составляет 800 кг/ч, а истинный процент ужарки - 22 %. Подобрать вентилятор.

4.3. Определить расход воздуха для охлаждения обжаренной рыбы если на обжаривание поступает 800 кг/ч и рыба охлаждается до 40 ⁰С. Подобрать вентилятор.

4.4. Определить расход воздуха для охлаждения рыбы бланшированной в банках № 3 при производительности 140 б/ мин.

4.5. Определить расход воздуха на подсушку рыбы перед ее копчением (холодным, если известно, что сырье в количестве 1,5 т. поступило с влажностью 78% и было подсушено до влажности 66 %. Температура наружного воздуха составляла 0 ⁰С.

4.6.Определить расход воздуха на вяление 400кг рыбы с влагосодержанием 370 % , если известно, что температура наружного воздуха составляет плюс 48 ⁰С.