Тепловой расчет аппарата. Виды расчетов тепловых аппаратов. Тепловой баланс аппарата. Виды расчетов тепловых аппаратов

Лекция 4Тепловой расчет аппарата

1.  Виды расчетов тепловых аппаратов.

2.  Тепловой баланс аппарата.

1.  Виды расчетов тепловых аппаратов.

2. 

Целью конструкторского расчета является определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров аппарата.

Поверочный расчет производят с целью выявления возможности использования стандартных теплообменных аппаратов для заданного технологического процесса.

Из основного уравнения теплопередачи рассчитывается тепловая нагрузка аппарата Q (Вт):

                                     (1)

где    К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

F - поверхность теплопередачи, м²;

Δt_ср - средняя разность температур (движущая сила теплообмена), °С.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

          (2)

где   Q - количество подведенной теплоты в аппарате, Вт;

ΣQ_пол - сумма составляющих полезно используемой теплоты, Вт;

ΣQ_поn - суммарные потери теплоты в аппарате, Вт.

2. Тепловой баланс аппарата

Уравнения теплового баланса для нестационарного и стационарного режимов работы аппарата:

где  -  один штрих относится к режиму разогрева, а два штриха - к стационарному режиму;

Таблица 1. Составляющие элементы теплового баланса в зависимости от вида энергоносителя (режим разогрева)

Таблица 2. Определение количества теплоты, вносимой в аппарат, в зависимости от вида энергоносителя

Количество полезно используемой теплоты является основной характеристикой теплового аппарата и определяет его коэффициент полезного действия (η):

    (3)

Расход полезно используемой теплоты Q₁ при расчете теплового баланса аппарата можно разделить на три основные составляющие:

- нагрев продукта от его начальной температуры до  температуры технологического процесса и выдержка его при этой температуре до достижения необходимой  степени готовности);

- нагрев технологической среды (молоко, бульон, вода, жир, соус, воздух) от начальной температуры до температуры, требуемой в данном технологическом процессе, и поддержание этой температуры в течение всего процесса;

-  расход теплоты на испарение воды из продукта и технологической среды.

Таблица 3. Основные составляющие элементы уравнений для определения полезно используемой теплоты Q₁

Технологический процесс тепловой обработки	Расход теплоты Q1
	на нагрев продуктов	на нагрев технологической среды	на испарение воды из продукта и технологической среды
Варка
Жарка:
основным способом
во фритюре

Основное уравнение для определения Q₁ будет иметь следующий вид:

а)         при варке:                                        (4)

б)        при жарке основным способом:        (5)

в)         при жарке во фритюре: (6)

где G_n - общее количество жидкости (вода, бульон, молоко), загружаемой в аппарат, кг; с_ж - средняя массовая удельная теплоемкость жидкости в интервале температур t_н – t_к, Дж/(кг • К); t_к - температура кипения содержимого котла, °С или К; t_н - начальная температура жидкости, ⁰С или К; ΔW - количество испарившейся воды, кг; r - удельная массовая теплота испарения, Дж/кг.

Расчет числа компонентов производится по формуле:

                                                                                (7)

где g₁, g₂, g₃, …, g_n - масса компонентов, кг.

При варке многокомпонентной смеси при расчете используют среднюю массовую удельную теплоемкость  обрабатываемых продуктов:

                                                (8)

где с₁, с₂, с₃, ..., с_n - средние массовые удельные теплоемкости отдельных продуктов в интервале температур t_н-t_к, Дж/(кг·К).

Удельная теплоемкость отдельных компонентов смеси рассчитывается по универсальной для всех влажных продуктов формуле:

                                                         (9)

где α - влажность продукта, %.

Начальная температура t_н при тепловой обработке многокомпонентной смеси принимается равной её средней температуре:

                                                         (10)

где t₁, t₂, t₃ - начальные температуры отдельных продуктов, загружаемых в котел, °С или К. 

Полезно используемую теплоту для режима слабого кипения (стационарный)  определяют по формуле:

                                                                                                               (11)

где Δ W" - количество воды, удаляемой в процессе кипения, кг; τ" - продолжительность стационарного режима, с.

Для расчета количества отдельных продуктов, загружаемых в котел, необходимо определить число порций (n) приготовляемой продукции: 

                                                                                                  (12)

где К - коэффициент заполнения котла, равный 0,8 - 0,9; V_K - объем котла, дм³; V_к - объем испарившейся воды за весь период варки, дм³; V_n - объем одной порции, дм³.

Количество воды, удаляемой в процессе варки отдельных блюд, зависит