ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА И РАСЧЁТА ПИЩЕВЫХ АППАРАТОВ
Исходные данные.
Варочный сосуд пищеварочного котла цилиндрической формы имеет диаметр d=0,6 м и объём V=0,15 м3. В котле осуществляется процесс производства концентрированного бульона путём выпаривания из него воды в процессе кипения. Массовое содержание (доля) растворённых веществ в исходном продукте xисх=45%. Массовое содержание (доля) растворённых веществ в готовом продукте xгот=75%. Температура исходного продукта Тн=50°С. Температура конечного продукта Тк=118°С. Плотность воды (ρводы) – 1000 кг/м3. Плотность растворённых веществ (ρс.в.) – 1400 кг/м3.
Потери теплоты Qпот=30%. При этом 80% потерь идут на нагрев конструкций, а 20% составляют потери через теплоизоляцию. Потери через теплоизоляцию распределяются пропорционально времени работы котла (время разогрева – τраз=1,5 час, время кипения – τкип=3,0 час).
Задачи расчёта
1. Определить массу исходного продукта, которую можно загрузить в варочный сосуд котла.
2. На основе материального баланса процесса определить: какое количество воды необходимо испарить для доведения продукта до конечной концентрации? Следует помнить, что материальный баланс можно составлять как для всех веществ, так и для отдельных компонентов (например, для растворённого вещества). Определить выход готового продукта в процентах (отношение массы готового продукта к массе исходного продукта).
3. На основе теплового баланса процесса определить количество теплоты, необходимой для проведения процесса. Теплоту, выводимую с образующимся водяным паром, в тепловые потери не включать, так как, в конечном счете, эта теплота подведена к продукту, при этом испарение воды является сущностью процесса. Определить тепловой коэффициент полезного действия пищеварочного котла.
4. Определить необходимую мощность нагревательного устройства: в режиме разогрева продукта (доведения до кипения) и в режиме испарения влаги (выпаривания). При этом потери тепла на нагрев конструктивных элементов аппарата имеют место только в режиме разогрева. Испарением воды в режиме разогрева пренебречь. Определить необходимую скорость протекания теплового процесса (плотность теплового потока, передаваемого через стенку варочного сосуда к продукту) в каждом из режимов. Определить производительность пищеварочного котла по готовому продукту, если время вспомогательных операций (загрузка, выгрузка) в сумме составляет 20 минут.
Решение
Масса продукта:
mисх=ρисх∙Vсм=1147,5∙0,15=172,13 кг.
Уравнения материального баланса по всем веществам и по растворенным компонентам.
Схема для составления материального баланса процесса:
mисх. – масса исходного продукта, mгот. – масса готового продукта, mпара –
масса пара, x исх. – массовое содержание растворенных веществ в исходном продукте, x гот. – массовое содержание растворенных веществ в готовом продукте.
Материальный баланс процесса:
А
. По всему веществу:
mисх. = mгот. + mпара
Б. По растворенному компоненту:
m исх. ∙ x исх.= m гот. ∙ x гот.
Масса готового продукта:
Масса пара:
mпара=172,13-103,28=68,85 кг
Выход готового продукта:
Схема для составления теплового баланса:
Qнагр. – теплота, выделяемая нагревательным устройством; Qисх. – теплота,
вводимая с исходным продуктом; Qгот. – теплота, выводимая с готовым продуктом; Qпотерь – потери теплоты; Qпара – теплота, выводимая с образовавшимся паром.
Qр.в-в=21,276∙1,5∙68=2170,15 кДж
Qисх.воды=4,19∙85,1∙68=24246,7 кДж
Следовательно:
Qнагр.р-ра=Qр.в-в+Qисх.воды=2170,15+24246,7=26416,85 кДж
Qисп.воды=mпара∙r=68,85∙2230=153535,5 кДж
Полезная теплота процесса:
Qполез=153535,5+26416,85=179952,35 кДж
Потери теплоты:
Qпот.=0,3∙179952,35=53985,7 кДж
Количество теплоты, необходимой для проведения процесса:
Qнагр=26416,85+53985,7+153535,5=233938,05 кДж
Тепловой коэффициент полезного действия пищеварочного котла:
Q1рнагр=0,3∙0,667∙179952,35+0,3∙0,333∙0,333∙179952,35+26416,85=82380,35 кДж
N1р=82380,35/5400=15,26 кВт
Q2рнагр=153535,5+0,3∙0,333∙0,667∙179952,35=333487,9 кДж
N2р=333487,9/10800=30,88 кВт
H=0,1∙(4/3,14∙0,62)=0,35 м2
Sднища=3,14∙0,62/4=0,28 м2
Sбок=3,14∙0,6∙0,35=2,23 м2
Sтеплооб=2,23+0,28=2,5 м2
q1р=26416,85/(5400∙2,5)=1,96 кВт/м2
q2р=153535,5/(10800∙2,5)=5,68 кВт/м2
Производительность пищеварочного котла:
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
