Котел КЭ 100

 

6. Расчет потерь  тепла в окружающую  среду

       Потери  теплоты нагретыми наружными  поверхностями аппарата в окружающую среду определяют по формуле:

           (6.1)

- коэффициент  теплоотдачи в окружающую среду от кожуха    

поверхность теплоотдачи наружной рабочей камеры,

 – средняя  температура (конечная), ^оС;

 – начальная температура, ^оС;

 – время  работы ТА, с. 
 

       Расчет  необходимо произвести для двух периодов:

1) Нестационарный  режим. В процессе разогрева  ТА температура изменяется от до ,поэтому в расчете учитывается усредненная температура:

              (6.2)

       Для расчета коэффициента для крышки воспользуемся формулой:

          6.3)

       Возьмем поверхности крышки 95 ,тогда

       Из  формулы (6.3) найдем коэффициент  кожуха и крышки:

 

         возьмем из формулы (3.7):

       Подставим полученные данные в формулу (6.1):

       Неучтенные  потери теплоты для каждого периода  принимаем равными 20%,тогда:

кожуха

крышки

Q5= Q5 кожуха +Q5 крышки =460,3+380,71=841,01 кДж  

2) Стационарный  режим. Температура берется рассчитанная  по формуле (4.3.4):

кожуха

крышки

       Также как и в нестационарном режиме рассчитаем неучтенные потери:

кожуха =

крышки =

= крышки + кожуха = 4164,426+3472,6944=7637.12 кДж 

7. Расчет теплоты на нагрев аппарата

       Для проведения данного расчета нужно  выделить в аппарате конструктивные элементы (детали), имеющие одинаковые материалы и конечную температуру нагрева. Температуру элемента котла определяют как среднюю арифметическую величину температур его поверхностей

       Начальная температура элементов котла принимается равной температуре окружающей среды, т.е. 20 ºС

       Расход  тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяется по формуле: 

           (7.1)

       Где:

массу i-го элемента определяем по формуле: 

            (7.2) 

       Где:

 – объем i-го элемента(табл.3) , м³

 – плотность материала  i-го элемента, кг/м³ (прил. 18);

 – площадь поверхности  i-го элемента, м²;

 – толщина i-го элемента, м.

       Расчет  теплоты на нагрев пищеварочного котла имеет следующие составляющие: 

       Где:

 – теплота на нагрев  варочного сосуда;

 – теплота на нагрев наружного котла;

 – теплота на нагрев изоляции;

 – теплота на нагрев кожуха;

- теплота на нагрев крышки;

 – теплота неучтенных потерь (неучтенных деталей);

  – теплота на нагрев воды в парогенераторе.

       Найдем  массу каждого элемента (7.2):

mварочного сосуда =7900·0.0026 = 20.54кг;

mнаружнего сосуда = 7900·0.0032 = 24.54кг;

mкожуха = 7900·0,00336 = 26,544кг;

mизоляции =250·0,077 = 19.4кг

mкрышки =7900·0.0058=4.58кг

       Средние температуры элементов в установившемся режиме:

tварочного сосуда. = (107,13+ 100)/2 = 103,565°С;

t наружнего сосуда. = (107,13 + 107,116)/2 = 107,12°С;

tизоляции= =(107,116 +31.46)/2 = 69.3°С ;

tкожуха= (31.46 + 31.45)/2 = 31.455°С.

tкрышки= (100 + 20)/2 = 60°С

       Расход  тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяется по формуле  (7.1):

Qварочного сосуда =0,462·20,54(103,56-20)=792,98 кДж

Qнаружнего сосуда =0,462·25,54(107,12-20)=1027,97 кДж

Qкожуха =0,462·26,544(31,455-20)=140,47 кДж

Qизоляции =2·19,4(69,3-20)=1912,84 кДж

Qкрышки =0,462·4,58(60-20)=84,64 кДж 

       Теплота, расходуемая на нагрев воды в парогенераторе электрического ТА до температуры кипения и парообразования в пароводяной рубашке, определяется из выражения: 
 

        (7.4)

       Где:

 – масса воды в парогенераторе, кг;

 – средняя массовая удельная  теплоемкость воды в интервале  температур ;

 – температура кипения  воды в парогенераторе, зависящая  от давления, ºС (прил. 16);

 – начальная температура  воды в парогенераторе, ºС;

 – масса пароводяной смеси  (рассчитывается, см ниже), кг;

 – скрытая теплота парообразования  воды при рабочем давлении, кДж/кг (прил. 16).

            (7.5)

       Где:

 – объем парогенератора, м³ ;

 – плотность сухого насыщенного пара, кг/м³;

 – удельный объем сухого  насыщенного пара при заданном давлении, м³).

Св =4179 Дж/кг·град           (10)

Wп-г=9 кг              

= 1,3258 м³ /кг             (10)

= 0.09 м³

ρп  =0,754 кг/м³

Мп-вс = 0,09/0,754 = 0,119 кг;

Qп-г= 9·4179(107,13-20)+0,119·2238,2= 3277,31 кДж.

       Прибавим  неучтенные потери (20%):

Q6 = 0,2(Qварочного сосуда + Qнаружнего сосуда + Qкожуха + Qизоляции + Qкрышки) + (Qварочного сосуда + Qнаружнего сосуда + Qкожуха + Qизоляции + Qкрышки+ Qп-г) = 0,2·3958,89+3958,89+3277,31 = 8027,98 кДж 

8.Тепловой баланс аппарата

       Нестационарный  режим

QI = Q1+Q5+Q6

QI =29223,616+841,01+8027,98=38092,606 кДж

       Стационарный  режим

QII= +

QII= 20594,4+7637,12=28231,52 кДж

9.Определение теплового коэффициента полезного действия.

=29223,616/38092,606 ·100% =76,7%

       Где:

 – полезно используемая теплота за I период работы ТА, Дж;

 – теплота, затраченная на I период работы (нестационарный процесс),

= 20594,4/28231,52·100%=72,9%

       Где:

 – полезно используемая теплота за II период работы ТА, Дж;

 – теплота, затраченная на II период работы (стационарный процесс). 

10. Расчет мощности электронагревательных элементов.

       Для аппаратов с электрическим обогревом  мощность электронагревательных элементов (общая) определяется из выражений:

  для периода разогрева

= 38092,606/2400 = 15,87 кВт        (8.1)

       Где:

 – затраченное тепло на  период разогрева ТА, кДж; – время разогрева ТА, с;

для стационарного периода

28231,52/10800 = 2,61кВт        (8.2)

       Где:

 – затраченное тепло на  тепловую обработку пищевых продуктов, Дж;

 – время тепловой обработки продуктов согласно рецептуре, с.

       Расчет  электронагревательного элемента (спирали, ТЭНа) производится для периода с наибольшим (соответственно и большей мощностью) – как правило, для периода разогрева.

       Электрическая мощность одного ТЭНа ( )определяется по формуле:

= 15,87/3 = 5,29 кВт                                           (8.3)

       Где:

 – число ТЭНов в данном аппарате (по технической характеристике), которое задается из следующих условий: