2.6.2.5 Тепловий розрахунок двохстінного котла

Для лінії виробництва консервів «Соуси томатні»

Вихідні дані для розрахунку:

• варочний котел діаметром 900 мм, місткістю 200 л;

• продукт – томатний соус з густиною 1050 кг/м³

• початкова температура соусу - 20⁰С;

• кінцева температура соусу - 98⁰С;

• тиск граючої пари - 0,4МПа, температура - 143⁰С;

• коефіцієнт теплопередачі від пари до продукту - 564Вт/м²К;

• сферична частина апарату заповнена продуктом на 100%.

Внутрішня частина виготовлена із міді, парова рубашка – із сталі.

Процес варіння складається з двох фаз – підігріву і кип’ятіння.

І фаза – підігрів

1. Витрати тепла на нагрів апарату

1.1 Витрати тепла на нагрів внутрішньої мідної частини.

, кДж, (2.42)

де с_м – питома теплоємкість міді – 0,394 кДж/кгК;

, (2.43)

де R – радіус котла, 0,45 м;

- товщина мідної частини – 0,004м;

- густина міді – 8900 кг/м³;

кг

кДж

1.2 Витрати тепла на нагрів зовнішньої стальної частини.

, кДж (2.44)

де с_м – питома теплоємкість сталі – 0,48 кДж/кгК;

Маса зовнішньої стальної частини:

, (2.45)

де R – радіус парової рубашки, 0,5075 м;

- товщина стінки сталі – 0,01м;

- густина міді – 7850 кг/м³;

кг

кДж

2. Витрати тепла на підігрів продукту.

, кДж (2.46)

де с_пр – питома теплоємкість томатного соусу – 3,6 кДж/кгК;

G_пр – маса томатної заливки, яку завантажують в котел.

, кг (2.47)

де V – об’єм сферичної частини котла,

м³ (2.48)

- густина продукту – 1050 кг/м³,

f – коефіцієнт заповнення сферичної частини – 1.

кг

кДж

3. Витрати тепла на випаровування вологи з поверхні продукту при підігріві

, кДж (2.49)

де W – кількість вологи яка випаровується, кг;

r – теплота пароутворення при t = 59⁰С r = 2359 кДж/кг.

, (2.50)

де W_c – кількість вологи, яка випаровується з поверхні продукту в котлі на протязі секунди.

t_ср

За номограмою W_с = 0,002кг/м²с, а з урахуванням фактичної поверхні випаровування при діаметрі котла 0,9м – 0,0013кг/с.

кДж

4. Втрати тепла в навколишнє середовище

, (2.51)

де F_а – площа зовнішньої поверхні котла, м²;

, (2.52)

де R₂ – зовнішній радіус парової рубашки, м;

- сумарний коефіцієнт тепловіддачі, кВт/м²град.

t_ст – середня температура стінки t_ст ⁰С (2.53)

t_пов – температура повітря, ⁰С.

м²

кВт/м²град

кДж

5.Загальні витрати тепла в І-й фазі

Q_заг =1172+7492+56160+3,066 +1,446

Q_заг = 64824+4,51

5. Тривалість нагрівання

, (2.54)

, т.е. >2 (2.55)

Тому знаходять логарифмічно:

Q_заг = 0,564 х 1,68 х 79τ

64824+4,51τ = 74,85τ

τ = 921,5 с = 15,35 хвилин

Приймають 16 хвилин.

6. Витрати пари в І-й фазі

(2.56)

кг

7. Інтенсивність витрат пари в І-й фазі

D₁= кг/г

ІІ фаза кипіння

І. Витрати тепла на випаровування (2.57)

кДж

Кількість випареної вологи приймаємо по аналогії с І-ю фазою – 0,0013 кг/с

Час варіння соусу по інструкції 5 – 10 хв

Приймаємо 10 хв

Q₁ = 0,0013 х 2359 х 600 = 1840 кДж

2. Втрати в навколишнє середовище

кДж

3. Загальні витрати тепла в ІІ-й фазі

Qзаг = 1840+868=2708 кДж

4. Витрати пари в ІІ-й фазі

кг

5. Інтенсивність витрати пари в ІІ-й фазі

кг

6. Так як D₁>D₂, діаметр паропроводу розраховуємо за інтенсивністю витрат пари в І-й фазі:

м (2.58)

Де υ – швидкість пари, 40 м/с

ρ – при 143 0С – 2,125 кг/м3

за ГОСТ 3262-75 обираємо dн=33,5 мм

7. Кількість котлів

, (2.59)

де G – необхідна кількість соусу в годину;

Е – місткість котла;

= завантаження – приймають 5 хв;

підігріву – 16 хв.;

кипіння – по інструкції - 10хв.;

вивантаження – 5 хв.

=5+16+10+5=36 хв.

Якщо Ģ = 330,8 кг/год. Тоді , приймаємо 2 котла.

8. Інтервал завантаження

хв.

Графік роботи котлів

Таблиця 2.41 - Графік роботи котлів

Процес	Час початку операцій
	І	ІІ	І
Завантаження	8.00 – 8.05	8.36 – 8.41	9.12
Підігрів	8.05 – 8.21	8.41 – 8.57
Кип’ятіння	8.21 – 8.31	8.57 – 9.07
Вивантаженн	8.31 – 8.36	9.07 – 9.12