Практическая работа № 5. Расчёт оборудования для шпарки

При расчете аппаратов для шпарки определяют их габаритные размеры, исходя из продолжительности процесса и заданной производительности, и проводят тепловой расчет, вычисляя расход острого пара на подогрев или площадь поверхности теплопередачи аппарата при обогреве глухим паром.

В аппаратах для шпарки тушек птицы с насосной системой подачи обогревающей воды дополнительно рассчитывают объемный расход воды и мощность привода насоса.

Расчет габаритных размеров аппаратов для шпарки свиней. Ширину шпарилъного чана выбирают по наибольшей длине туши (1,6 м), глубина чана без учета размеров механизмов перемещения равна 0.8...1 м при полном погружении и 0,6...0,7 м при частичном.

Длина шпарилъного чана (м)

,

где М — пропускная способность чана, туш в 1с; l — расстояние между тушами; — продолжительность шпарки, с; — дополнительная длина чана для размещения механизмов загрузки-выгрузки, м.

Тепловой расчет аппаратов проводят для условий пуска и рабочего режима.

При пуске аппарата теплота Q_n (Дж) расходуется на нагрев воды Q_B (Дж) и конструкций чана Q_к (Дж):

,

где G_B — масса воды, кг; с_в — удельная теплоемкость воды, Дж/(кг К); х – кратность обмена воды в смену; t_K, t_Н — конечная и начальная температура воды; — геометрический объем чана, м ; = 0,8...0,85 — коэффициент заполнения чана; — плотность воды, кг/м³.

,

где — масса нагревающихся деталей чана и изоляции, кг; — соответствующие удельные теплоемкости деталей, Дж/(кг К).

В установившемся рабочем режиме теплота Q_p расходуется на нагрев поверхности туш, a Q_T — на потери в окружающую среду через стенки и дно чана Q_c и на испарение с открытой поверхности чана Q_и. С учетом того что при шпарке должен нагреваться лишь поверхностный слой на глубину h залегания щетины, количество теплоты Q_T (Дж), которое при этом необходимо подвести к одной туше:

,

где с_м — теплоемкость мяса, Дж/(кг К); S — площадь поверхности туши, м²; h — толщина нагреваемого слоя, м; = 1020 кг/м³ — плотность свинины; = 40 К — разность температур нагрева.

В среднем можно принять толщину прогреваемого слоя равной 3·10^-3 м, а удельную теплоемкость с_м = 2,7 кДжДкг·К).

Потери Q_c (Дж) через стенки и дно

,

где — соответствующие коэффициенты теплопередачи, Вт/(м² ·К); F_i — площади

i-х теплопередающих поверхностей, м²; — соответствующая продолжительность теплообмена; — разность температур, К; .

При нагревании воды в чане острым паром масса острого пара (кг)

,

где Q — суммарный расход теплоты при начальном нагревании воды или в процессе шпарки, Дж; — удельная энтальпия пара, Дж/кг; с_в — удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг °С); t_K — конечная температура воды в чане, С.

При нагревании воды глухим паром в теплообменнике площадь поверхности теплопередачи (м²)

,

где — суммарный расход теплоты на процесс или начальный нагрев (Дж) за период времени (с); К — коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м² ·К); — разность температур между теплоносителем и окружающей средой.

При нагревании воды от начальной температуры t_H до конечной t_K вместо применяют среднюю величину _cp. В данном случае допустимо использовать среднеарифметическую разность температур

,

Масса глухого пара в теплообменнике (кг) при нагревании глухим паром

,

где х = 1,02...1,05 — коэффициент, учитывающий тепловые потери; — удельная энтальпия греющего пара, Дж/кг; — удельная энтальпия отводимого из аппарата конденсата, Дж/кг.

Энтальпию пара определяют по паровым таблицам.

Для нагревания воды в шпарильных чанах можно использовать теплоту уходящих газов опалочных печей.

Часовой ресурс утилизируемой теплоты (Дж/ч) уходящих газов

,

где М_Т — объемный расход топлива, ; — энтальпия газов перед и после теплообменника, Дж/м³; = 0,7 — доля конденсируемых водяных паров в дымовых газах; Q_l, Q₂ — высшая и низшая теплоты сгорания топлива, Дж/м³.

Мощность двигателя (кВт) насоса

,

где — КПД привода насоса; — КПД насоса.

Если для интенсификации теплообмена в аппаратах используют воздушное перемешивание (барботирование), то определяют необходимое давление и расход воздуха, а также мощность привода вентилятора.

При воздушном перемешивании давление воздуха (Па)

,

где = pgH_B — гидростатическое давление столба перемешиваемой воды, Па; - сопротивление барботера, Па; - перепад давлении в отверстиях форсунок барботера, Па; — плотность воздуха и воды, кг/м³; v₂ — скорость движения воздуха в отверстиях барботера, м/с; Н_В — высота столба воды, м; — поверхностное натяжение воды, Н/м; — диаметр отверстий барботера, м; — коэффициент сопротивления.

Объемный расход воздуха (м³/с) находят по эмпирической формуле

,

где k — 4,5...6,0 — эмпирический коэффициент; F — площадь спокойной поверхности жидкости в аппарате, м²; р — давление воздуха, Па.

Мощность (Вт) привода вентилятора

,

где V_воз — объемный расход воздуха, м³/с; — полное давление в вентиляторе, Па; — потери давления в трубопроводах, Па; = 0,61...0,73 — КПД вентилятора; — КПД привода вентилятора.