Расчет основных размеров и площади овощехранилища, страница 16

Следовательно, оптимальная скорость движения воздуха  в грузовом отсеке аппарата w₀ гарантирует устойчивый процесс флюидизации.

5.2. Расчет коэффициента теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к воздуху определяем по зависимости:

            = 0.62 * λ_в * w₀^0.5 / (d_ср^0,5 * v₀^0.5),     ( Вт /(м² * К))

            где λ_в – теплопроводность воздуха, λ_в = 0,0212 Вт/(м*К) при t₀ = -40⁰С;

                 d_ср – средний диаметр единичного продукта, d_ср = 0,014 м/с.

            = 0.62 * 0,0212 * 5,46^0,5 /(0,014 * 10,8 * 10^-6)^0,5 = 79,0 Вт/(м² * К);

5.3. Теплоприток от замораживаемого продукта.

Теплопритока от замораживаемого продукта рассчитываем по формуле:

Q₂ = G (i_н - i_к),  (кВт)

            где  i_н – энтальпия поступающего продукта, i_н = 366 кДж/кг при t_н = 26⁰С;

        i_к – энтальпия замороженных овощей    i_к = 0 кДж/кг при конечной

        температуре t_к = -20⁰С;

         G = 0.167 кг/с – производительность аппарата.

Q₂ = 0,167 (366 -0) = 61,1 кВт

5.4. Расчет  решетчатой ленты конвейера.

Определяем площадь решетчатой ленты конвейера:

            F_к = Q₂ / (w₀ * ρ_в * c_в * Δt_в),    (м²)

            где с_в – теплоемкость воздуха, с_в = 1,013 кДж/кг при t₀ = -40⁰С;

- для величины нагрева воздуха во флюидизированном слое Δt_в1 =2⁰С,

F_к = 61,1 / (5,46 * 1,013 * 1 * 2) = 5,5 м²

Проектируем универсальный аппарат , т.е. пригодный для замораживания овощей как во флюидизированном слое, так и в плотном.

С этой целью выполняем конвейер в виде плетеной сетки из нержавеющей стали с ячейками размером 2,0 X 2,0 мм.

Принимаем ширину конвейера b_к =0,8 м.

Рассчитываем длину конвейера:

l_к = F_к / b_к = 5,5 / 0,8 = 6,9 м ≈ 7 м.

5.5. Расчет объемной подачи воздуха через флюидизированный слой.

Объемную подачу воздуха через флюидизированный слой рассчитываем по следующей формуле:

V_в = F_к * w₀ = 5,5 * 5,46 = 30,03 м³/с

5.6. Расчет температурного напора.

Температурный напор между температурой продукта и температурой воздуха в аппарате рассчитываем по формуле:

θ_в =  Δt_в / ln ((t_к –t_пм) / (t_к-t_в2)),

где t_в2 = t_пм + Δt_в2 = -30 + 2 = -28⁰С

Тогда θ_в = 2 / ln ((-20 - (-30) / (-20 – (-28)) = 9,1 К

5.7. Расчет площади поверхности продукта.

Площадь поверхности продукта, находящегося на конвейере, рассчитываем по формуле:

            F_пр = Q₂ / (α * θ_в) = 61100 / (79,0 * 9,1) = 85 м²

4.8. Расчет вместимости аппарата.

Вместимость аппарата определяем по формуле:

            M = F_пр * ρ_пр * d_ср /6 = 85 * 1020 * 0,014 /6 = 202,3 кг

5.9. Расчет высоты и порозности насыпного слоя продукта.

Высоту насыпного слоя продукта на ленте конвейера определяем по формуле:

            H_н = M / F_к * ρ_н,   (м)

            где ρ_н – насыпная плотность продукта, принимаем ρ_н = 660 кг/м³

Тогда H_н = 202,3 / 5,5 * 660 = 0,06 м.

Порозность флюидизированного слоя продукта рассчитываем по формуле:

            ε = ((18 * Re + 0.6 * Re²) / Ar)^0.21,

            где число Рейнольдса Re = w₀ * d_ср /v_в = 5,46 * 0,014 / (10,8 * 10^-6) = 7077,

            а число Архимеда Ar = g * d_ср³ * ρ_пр / v_в² * ρ_в = 9,81 * 0,014³ * 1020 / (10,8 * 10^-6)² =

            = 2,35 * 10⁸

Тогда ε = ((18 * 7077 + 0,6 * 7077²)/ (2,35 * 10⁸))^0,21 = 0,28

5.10. Расчет высоты флюидизированного слоя продукта.

Высоту флюидизированного слоя продукта рассчитываем по формуле:

            H_ф = H_н (1 - ε) / (1 – ε₀),   (м)

            где  ε₀ – порозность насыпного слоя, принимаем  ε₀ = 0,71

Тогда  H_ф = 0,06 * (1 - 0,28) / (1 - 0,71) = 0,15 м.

5.11. Расчет продолжительности замораживания продукта.

Продолжительность замораживания продуктов определяем по зависимости:

            τ = q₃ * ρ_пр * d_ср (d_ср / (4 * λ_з)) + 1 / α) / (6 * (t_кр – t_пм)),  (мин)

где q₃ – удельная теплота, отводимая от замораживаемого продукта,

      q₃ = (i_н - i_к) = 366 - 0 = 366 кДж/кг

      t_кр – криоскопическая температура продукта.

      λ₃ – теплопроводность замороженного продукта, принимаем λ₃ = 1,09 Вт/(м * К)

τ = 366000 * 1020 * 0,014 (0,014/ (4 * 1,09)) + 1/ 79,0 / 6 (-3,51 – (-20)) = 856,1 с =     = 14,2 мин.

5.12. Расчет  аппарата.

Длина аппарата: