Дана туннельная печь для термообработки, которая отапливается природным газом

2.1 Расчет полезно используемого тепла
Количество одновременно загружаемого продукта для жарки во фритюре рассчитывается по формуле:
Расчет Qп, кДж/ч, жарочного оборудования обычно производят делением затрат энергии на час работы оборудования.
При расчете жарочного оборудования в условиях нестационарного режима полезная теплота затрачивается на нагрев масла. Количество нагреваемого масла определяют по количеству обрабатываемых продуктов. Для расчета полезно используемого тепла, расходуемого на нагрев жира в режиме разогрева, пользуются формулой:
где Мж – вес пищевого жира, кг; должен превосходить массу закладываемого продукта минимум в 4 раза;
Сж – теплоемкость пищевого жира, принять равной 1,676 кДж/(кг*°С)
t1 – температура нагрева жира (равная температуре жарки), принимается равной 160–170 °С;
t0 – начальная температура пищевого жира, °С;
QUOTE – время нагрева жира, ч.
При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из отдельных статей расхода, которые рекомендуется определить по формуле:
где первое слагаемое – расход тепла на нагрев продукта;
второе – расход тепла на испарение влаги из продукта;
третье – расход тепла на образование корочки на продукте;
четвертое – расход тепла на нагрев доливаемого в процессе работы пищевого жира (если это необходимо);
М – часовая производительность по сырью, кг/ч.
где G0 – количество одновременно загружаемого продукта для жарения, кг;
QUOTE – продолжительность цикла обработки, мин;
с – теплоемкость продукта, кДж/(кг°С);
t2 – температура нагрева продукта, принимаемая равной 90–100 °С;
t4 - начальная температура продукта, °С;
QUOTE – истинный продукт ужарки, %; для картофеля, овощей 17–60%;
r – скрытая теплота испарения при атмосферном давлении, кДж/кг, (2258,2)
К – процентное содержание корки в продукте; рекомендуем в расчетах принимать в пределах от 15 до 25%;
Ск – теплоемкость корочки, принять как теплоемкость сухого вещества равную 1,67 кДж/(кг°С);
t3 – температура образования корочки, °С (135–140 °С);
mж – расход пищевого масла на обжаривание сырья в%; рекомендуем принимать в пределах от 15 до 20%;
t1 – рабочая температура жира, °С;
t0 – начальная температура жира, °С.
2.2 Определение потерь тепла в окружающую среду
Потери тепла в окружающую среду при работе теплового оборудования в основном связаны с теплообменными процессами, происходящими между окружающей средой и внешним ограждением (корпусом) оборудования.
Для определения потерь в окружающую среду при нестационарных и стационарных режимах можно воспользоваться следующей формулой:
где QUOTE – потери тепла через вертикальное ограждение (вертикальные поверхности корпуса) в окружающую среду, кДж;
QUOTE – потери тепла через крышку оборудования в окружающую среду, кДж;
QUOTE – потери тепла через дно оборудования в окружающую среду, кДж.
При расчете принимаем Qбок.пов . – 60 °С, Qкр – 90 °С.
Теплопередачи через дно незначительны, так как тепловые потоки, как правило, направлены снизу вверх. Поэтому при расчетах ими часто пренебрегают.
Потери тепла в окружающую среду через отдельные поверхности оборудования определяются по формуле:
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м2*час*°С;
F – площадь поверхности теплообмена (крышка, обечайка и т.д.), м2;
QUOTE – средняя температура поверхности ограждения, °С;
QUOTE – температура окружающей среды, °С;
QUOTE – продолжительность периода тепловой обработки в часах.
В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место теплопередача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи конвекцией, кДж/м2*час*°С;
QUOTE – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, кДж/м2*час*°С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха относительно теплоотдающей поверхности. В данном случае – при свободном движении воздуха, потому определяющими являются критерии Грасгофа Gr и Прандтля Pr.
Первый характеризует интенсивность конвективных потоков, возникающих вследствие разностей плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей поверхности.
На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu, включающий значение коэффициента теплоотдача конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.
Указанные критерии имеют следующий вид:
где QUOTE – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с;
l – определяющий геометрический размер, м; выбирается наибольший линейный размер (обычно высота) или диаметр (для поверхностей круглой формы) ограждения;
QUOTE – коэффициент температуропроводности воздуха, м2/с;
QUOTE – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м°С;
QUOTE – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°С.
где QUOTE – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2°С;
QUOTE – перепад температур между ограждением и воздухом.
Физические параметры для сухого воздуха при Pв =760 мм рт