Расчет аэтогриля производительностью 4 кг/ч
Введение
аэрогриль теплообменный пищевой
Одним из основных технологических процессов
производства пищевых продуктов, при котором сырье, претерпевая комплекс сложных
физико-химических, структурных и других изменений, превращается в готовый
продукт, является тепловая обработка. От способа и режима ее во многом зависят
качественные и технико-экономические показатели готового продукта.
Тепловая обработка - технологический процесс,
который основывается на изменении теплового состояния продуктов и сред,
участвующих в этом процессе.
Глубина изменений, происходящих в пищевых
продуктах в процессе тепловой обработки, зависит главным образом от достигаемой
внутри продукта температуры, длительности и способа нагрева, наличия воды в
самом продукте или в греющей среде, соприкосновения греющей среды с массой
продукта, величины парциального давления водяных паров в греющей среде,
применения лучистой энергии и так далее.
Тепловая обработка продуктов осуществляется
различными способами: погружением в жидкую среду; воздействием паровоздушной и
пароводяной смесями острого пара, электроконтактным нагревом, энергией СВЧ,
инфракрасным излучением и другими, а также комбинированием перечисленных
способов. В зависимости от поставленной цели можно получить конечный продукт с
необходимыми свойствами путем использования того или иного способа тепловой
обработки.
Целью курсовой работы является расчет
теплообменной установки.
Для достижения данной цели были поставлены
следующие задачи:
1 Изучить классификацию и
охарактиризовать основные процессы пищевой технологии.
2 Ознакомиться с классификацией и
охарактеризовать тепловое оборудование.
Описать аэрогриль.
Произвести тепловой и технологический
расчеты.
Сделать выводы по произведенным
расчетам.
1. Состояние вопроса
1.1 Теплофизические методы обработки
продовольственного сырья и пищевых продуктов
По технологическому значению все способы
тепловой обработки пищевых продуктов можно подразделить на основные и
вспомогательные, а по наличию влаги в греющей среде, воздействию ее на продукт
и способу подвода энергии - на влажные, сухие и комбинированные.
Под основными способами тепловой обработки
понимают такие, при которых происходят целесообразные изменения физических и
химических, структурных и других свойств и состояний продукта, в результате которых
он становится пригодным в пищу (например, при производстве колбасно-кулинарных
изделий и консервов, выпечке хлеба и других) или существенно изменяются
свойства сырья и оно переходит из одного качественного состояния в другое
(например, вытопка жира, экстракция желатина и так далее).
К вспомогательным способам тепловой обработки
следует отнести такие, при которых обрабатываемое сырье не претерпевает
существенных изменений: шпарка, опаливание, ужаривание, подсушка и так далее.
Они, как правило, предшествуют основным способам
обработки продуктов, а в ряде случаев способствуют приданию сырью специфических
свойств (обжарка, пассерование, бланширование и так далее), необходимых для
выработки соответствующего продукта.
Основные способы
тепловой обработки продуктов подразделяются в
зависимости от греющей среды и применяемых методов на влажные, сухие и
комбинированные.
Влажные способы тепловой
обработки.
Характерной особенностью
влажных способов тепловой обработки является то, что продукту передается тепло
от жидкой горячей среды (воды или бульона), влажного пара или смеси насыщенного
пара и воздуха. Тепловую обработку этими способами проводят в большинстве
случаев при температуре 75-100°С.
К ним относят: варка,
припускание, стерилизация, пастеризация.
Сухие способы тепловой обработки.
Характерной особенностью сухих способов тепловой
обработки продуктов является ведение процесса при незначительном парциальном
давлении пара в среде нагрева. В результате продукты приобретают специфический
запах и аромат жареных, копченых или запеченных с золотистой корочкой.
Тепловую обработку такими способами, как
правило, осуществляют при высоких температурах (от 150 до 200°С).
К ним относят: жаренье, запекание, копчение,
сушка.
Комбинированные способы тепловой обработки.
Характерной особенностью комбинированных
способов тепловой обработки является то, что продукт доводится до кулинарной
готовности при совмещении нескольких способов тепловой обработки.
Вспомогательные способы тепловой
обработки - все способы предварительной тепловой
обработки. Они, как и основные, делятся на влажные, сухие и комбинированные.
Влажные способы тепловой
обработки.
К ним относят: шпарка, бланширование и т.д.
Сухие способы тепловой обработки.
К ним относят: пассерование, поджаривание и т.д.
Комбинированные способы тепловой обработки.
К ним относят: опаливание, обжарка и т.д.
1.2 Классификация и характеристика теплового
оборудования
Тепловое оборудование может быть
классифицировано по ряду признаков, важнейшими из которых являются:
технологическое назначение, способ обогрева, источник теплоты (вид
энергоносителя),принцип работы, конструктивное решение, степень автоматизации.
· По технологическому
назначению тепловое оборудование подразделяется на универсальное и
специализированное. К универсальному оборудованию относятся плиты, так как на
них можно осуществить все способы тепловой обработки пищевых продуктов
(основные, вспомогательные и комбинированные).
Специализированное оборудование
подразделяется на варочное, жарочное и вспомогательное. К варочному оборудованию
относятся котлы, автоклавы, вакуум-аппараты и т.п. К жарочному оборудованию
относятся сковороды, фритюрницы и жарочные (пекарные) шкафы, к вспомогательному
- мармиты, тепловые стойки, ряд теплообменников.
· По способу обогрева
различают аппараты с непосредственным и косвенным обогревом.
В аппаратах с непосредственным
обогревом теплообмен между теплоносителем и термически обрабатываемой средой
происходит через разделительную стенку, поверхность которой является активной
поверхностью нагрева
При косвенном обогреве
теплообмен между внешними источниками теплоты и термически обрабатываемым
продуктом происходит через промежуточную среду .
Промежуточные теплоносители
воспринимают теплоту от внешнего источника и передают ее стенкам теплового
аппарата.
· По источникам
теплоты (видам энергоносителя) различают тепловое оборудование с огневым,
газовым, паровым и электрическим обогревом.
· По принципу работы (способу
действия) различают тепловое оборудование периодического (прерывного),
непрерывного и комбинированного действия.
К оборудованию периодического
действия относится такое оборудование, в котором загрузка сырья и выгрузка
готовой продукции производится прерывно, периодически. В оборудовании
непрерывного действия обе операции осуществляются непрерывно. В оборудовании
комбинированного действия одна из этих операций производится периодически,
другая - непрерывно. На предприятиях общественного питания наиболее широко
распространено оборудование периодического действия, однако все чаще начинает
применяться оборудование непрерывного действия, особенно на предприятиях
большой мощности, так как оно обладает рядом существенных преимуществ: более
высокой производительностью, возможностью полной автоматизации всего
технологического цикла, более равномерной тепловой обработкой продуктов, что
способствует улучшению их качества и др.
· По степени
автоматизации тепловое оборудование подразделяется на неавтоматизированное,
полуавтоматизированное и автоматизированное. При эксплуатации
неавтоматизированного оборудования (плиты, котлы, кипятильники, работающие на
огневом обогреве) контроль за его безопасной работой и соблюдением теплового
режима производится обслуживающим персоналом. При эксплуатации
полуавтоматизированного оборудования контроль за его безопасной работой осуществляется
автоматически, а тепловой режим поддерживается вручную. К этому виду
оборудования относятся газовые плиты, газовые котлы с непосредственным
обогревом и др. При эксплуатации автоматизированного оборудования контроль за
его безопасной работой и соблюдением теплового режима производится
автоматически.
2. Описание аппарата
Устройство и
принцип работы.
Аэрогриль состоит
из круглой, как правило, стеклянной пробирки (кастрюли) и крышки, в которую
монтируется массивный нагревательный элемент и вентиляторы. ТЭН нагревает
воздух до заданной температуры, а вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха и
равномерный обдув продукта, расположенного на решетках. Продукты приготовляются
умеренно, независимо от метода (запекание, варка, обжаривание). В современных
аэрогрилях можно устанавливать как температуру воздушных потоков от 60 до 260
градусов, так и их скорость, что предотвращает пересушивания продукта.
Достоинства и
недостатки.
Достоинства:
. В число
несомненных достоинств аэрогриля входит то, что готовить в нем можно без масла
и иных жиров, т.е. приготовления диетической пищи, что принципиально для людей,
соблюдающих определенную диету либо придерживающихся здорового образа жизни.
. Аэрогриль
позволяет выполнять все функции, которые присущи СВЧ-печам: разогревать и
размораживать, тушить овощи; в нем можно печь пироги и варить кашу; его можно
употреблять для сушки зелени, ягод, грибов; для стерилизации банок.
. Аэрогриль
позволяет значительно экономить время, используя несколько разных горшочков,
можно приготовить обед из трех блюд (первое, второе и десерт) за 30-40 минут, в
один прием. При этом запахи не перемешиваются между собой.
К недостатку можно
отнести то, что потребляемая устройством мощность довольно велика, а работает
устройство достаточно продолжительное время, а, следовательно, это не может не
отразиться на затраты на электроэнергию.
Мощность аэрогрилей
составляет в среднем 600-1500 Вт.
По заданию,
приготовляемый в аэтогриле- рыба.
Рыба содержит много полезных
белков, витаминов, микроэлементов и других компонентов, необходимых для нашего
организма. Наиболее ценными являются омега-3 жирные кислоты, отсутствующие в
других продуктах. При приготовлении рыбы в аэрогриле в продукте сохраняются все
полезные свойства. В процессе тепловой обработки в рыбе происходят
многообразные и достаточно сложные изменения, которые во многом зависят от
степени ее свежести и химического состава.
Масса рыбы в процессе тепловой обработки за счет
выделения воды и растворенных в ней веществ, а также плавления жира
уменьшается. Это неизбежно. Однако, применяя такие кулинарные приемы, как варка
на пару можно добиться значительного сокращения потерь. В результате готовая
рыба или изделия из нее получатся более сочными, нежными и ароматными.
Рисунок 1.1Конструкция аэрогриля .
1. Крышка- может быть съемной или откидной
на кронштейне. В нее с внутренней стороны вмонтированы тэн и вентилятор. При
включении аэрогриля спираль нагревается, а вентилятор создает конвекцию
горячего воздуха. При поднятии крышки работающего прибора (или ручки в моделях
со съемной крышкой) происходит отключение нагревательного элемента и
приостановка работы таймера. При опускании крышки (ручки) заданная программа
продолжит работу.
2. Панель управления- расположена на
крышке и может быть электронной или механической.
. Кронштейн для крышки- используется для
открывания крышки и снабжен амортизатором на случай, если крышка станет
закрываться случайно.
. Механизм подъема крышки- используется в
моделях с кронштейном для подъема крышки, позволяет установить увеличивающее
кольцо.
. Пластиковый корпус- предотвращает
контакт горячей колбы с поверхностью стола служит для удобства перемещения
аэрогриля.
. Круглая стеклянная колба - изготовлена
из прозрачного жаропрочного, ударостойкого стекла. Колба легко вынимается из
корпуса.
. Сетевое гнездо для подключения шнура -
в ряде моделей шнур несъемный.
. Стандартный набор принадлежностей:
разноуровневые решетки - 3 шт. (одна
решетка должны быть установлена всегда для осуществления равномерной
конвекции);
щипцы-ухваты для извлечения
продуктов, посуды, решеток;
сетчатый противень (стиммер) для
приготовления на пару, во фритюре и сушки;
- набор шампуров - 4 шт.;
-кольцо увеличитель- увеличивает
объем колбы на 4 литра;
ростер для приготовления птицы
(крепится на решетке).
Рисунок 2.2. Принципиальная схема
аэтогриля с принудительным движением теплоносителя. 1-Тэн; 2- Вентилятор; 3 -
Рабочая камера
3. Расчетная часть
В работе представлены следующие
основные параметры теплоносителя и продукта:
) ц0 - начальная относительная влажность
воздуха, %;
ц0 =80%
) ц2 - конечная относительная
влажность воздуха, %;
ц0 =28%
) t0 - температура окружающей среды,
°С;=19°С;
) t1 - температура нагревания
продукта, °С;=150°С;
) t2 - температура охлаждения
продукта, °С;=71°С;
) Xн - начальная влажность продукта,
%;н = 40%;
) Xк - конечная влажность продукта,
%;к = 31%;
) Gн -
производительность оборудования (начальная закладка продукта), кг/ч;н = 4 кг/ч;
9) габаритные размеры оборудования:
Н - высота, м; dоб - диаметр оборудования; dнар - наружный диаметр калорифера.
Н =0,033м; dоб =0,033м; dнар =0,08м.
.1 Тепловой расчет
Исходя из начальных параметров
продукта и теплоносителя, составляем материальный баланс теплового процесса.
Целью составления материального
баланса теплового процесса является определение массы влаги W, удаляемой при
тепловом воздействии.
= Gн - Gк, [кг/с] (1)
где W- масса влаги (кг/ч, кг/с);н -
начальная производительность продукта (кг/ч, кг/с);к - конечная
производительность продукта (кг/ч, кг/с);=4-3,48=0,52 [кг/ч]=0,00014[кг/с];
По всему материалу, подвергаемому
тепловой обработке, начальное количество продукта (производительность по
поступающему на тепловую обработку продукту):
н = Gк + W (2)
н = 3,48+0,52=4 [кг/ч]=0,0011
[кг/с];
По абсолютно сухому веществу в
обрабатываемом материале:
н = Gк((100- Xк )/(100- Xн)) (3)
н = 3,48*(69/60)=4 [кг/ч]=0,0011
[кг/с]
Производительность по готовому
продукту определяется следующим образом:
к = Gн((100- Xн )/(100- Xк)) (4)
к = 4*(60/69)=3,48 [кг/ч]= 0,00097
[кг/с]
Подставляя в уравнение (1) значение
Gк, получим:
W = Gн ((Xн - Xк)/(100 - Xк))
=[кг/ч] = [кг/с] (5)
= 4*(9/69)= 0,52[кг/ч] = 0,00014
[кг/с];
= Gк((Xн - Xк)/(100 - Xн)) =[кг/ч] =
[кг/с] (6)
= 3,48*(9/60)= 0,52[кг/ч] = 0,00014
[кг/с];
Уравнения (5) и (6) являются
основными уравнениями материального баланса теплового процесса.
Пусть на тепловую обработку
поступает воздух с влагосодержанием Х0 (%) сухого воздуха, а L - расход
абсолютно сухого воздуха (кг/ч). Из теплообменного аппарата (при отсутствии
потерь воздуха) выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а
влагосодержание меняется до Х2 (%) сухого воздуха. Масса влаги, испаряющейся из
материала в теплообменном аппарате, составляет W (кг/ч).
Далее определяем следующие параметры:
a) парциальное давление воздуха р1 = ро
кПа, исходя из значений
ц0 = 80 %=0,80 и t0
= 19°С;
рн =1,8 кПа
р1= ц0 · рн=0,80·1,8=1,44 кПа.
где рн - давление насыщенного пара, определяется
в Приложении Б;
b) парциальное давление воздуха р2 кПа,
исходя из значений
ц2 = 28 %=0,25 и t2
= 71 °С;
рн=9,5 кПа
р2= ц2 · рн=0,28 · 9,5=2,66 кПа
c) влагосодержание сухого воздуха Х0 =
кг/кгс.в., исходя из значений
ц0 = 80 %=0,80 и t0
= 19°С, р0 =1,44 кПа.
Х0 = 0,622
кг/кгс.в,
где ратм - атмосферное давление,
ратм=99 кПа
d) энтальпию сухого воздуха I0
кДж/кг, исходя из значений
I0=ср · t0+
Х0 ·hп,
где ср-теплоёмкость для воздуха, ср=1,004
кДж/кг·К;
hп - энтальпия пара,
hп=2499+1,974· t0=2499+1,974·19=2536,506
кДж/кг
I0=1,004·19+0,009·2536,506=41,9
кДж/кг
e) влагосодержание влажного воздуха Х2
кг/кгс.в., исходя из значений
ц2 = 28 %=0,28 и t2
= 71 °С, р2= 2,66 кПа
Х2 = 0,622
кг/кгс.в
f) энтальпию влажного воздуха I2
кДж/кг, исходя из значений
ц2 = 28 %=0,28 и t2
= 71 °С,
I2=ср · t2+
Х2 ·hп,
где hп
- энтальпия пара при t2
= 71 °С, определяется в Приложении Б
hп=2639,2 кДж/кг
I2=1,004·71+0,017·2639,2=116,15
кДж/кг
g) по найденным значениям р1 и t1
определяем I1 кДж/кг, исходя из
значений
р1=1,44 кПа, t1
= 150°С
Х1 = 0,622
кг/кгс.в
I1=ср · t1+ Х1 ·hп
где hп -
энтальпия пара при t1 = 200°С, определяется в Приложении
Б;
hп=2795,1
кДж/кг
I1=1,004·150+0,009·2795,1=175,76
кДж/кг
Исходя из этих параметров,
определяем удельный расход воздуха на испарение из материала 1 кг влаги по
формуле:
е = 
, кг/кг(7)
е = 
кг/кг
Далее определяем расход абсолютно
сухого воздуха при приготовлении продукта:
L = W · e, кг/ч=кг/с
(8)
L = 0,52 ·
125 =65 кг/ч=
0,018кг/с
Производим составление теплового
баланса:
1. Приход тепла:
a) с наружным воздухом:
Q1 = L
· I0, Дж/ч = Дж/с(9)
Q1 = 0,018·
41900=754,2 Дж/с) с влажным материалом:
Q2 = Gн
· tн · cп,
Дж/ч = Дж/с, (10)
где tн
= t0 = 19 град; cп
- теплоемкость продукта, сп=см Дж/(кг·град)
Q2 = 0,001 · 19 · 2524,761 =47,97 Дж/с
c) в основном калорифере:
Q3 = Qк
= L (I1 - I0), Дж/ч
= Дж/с(11)
= Qк
= 0,018
(175760
- 41900)=2409,48[Дж/с]
2. Расход тепла:) с отработанным
воздухом:
Q4 = L
· I2, Дж/ч = Дж/с;(12)
Q4 = 0,018 ·
116150=2090,7 Дж/с;
b) с готовым материалом (продуктом):
Q5 = Gк · c2 · t2, Дж/ч = Дж/с, (13)
Q5 = 0,00097 ·
1742,395 · 71=119,99 Дж/с,
где C2
- теплоемкость продукта после тепловой обработки,
с2=с//м Дж/(кг·град);
c) при загрузке и выгрузке продукта (при
транспортировке продукта):
Q6 = W
· c · Ө, Дж/ч =
Дж/с, (14)
где: Ө = t2;
cв - теплоемкость
воды, Дж/(кг·град), определяется по номограмме Приложение А;
cв=0,733 ккал/кг·°С
=0,733·4190=30712,7Дж/(кг·К),
Q6 = 0,00014 ·
30712,7 · 71=305,2842 Дж/с,
d) теплота потерь (Q7)
определяется из теплового баланса
Тепловой баланс:
Q1 + Q2
+ Q3 = Q4
+ Q5 + Q6
+ Q7 (15)
Q7= Q1
+ Q2 + Q3
- Q4 - Q5
- Q6;
Q7= 754,2 + 47,97 + 2409,48- 2090,7 - 119,99 - 305,2842 =695,6758
[Дж/с];
Далее рассчитываем теплопотери при тепловой
обработке на 1 кг испаренной влаги.
Рассмотрим последовательно все этапы расчета
теплопотерь.
1. Теплопотери в окружающую среду:
a) средняя разность температур сред (в
камере аппарата и в окружающей среде) по длине аппарата:
tср = 
, °С(16)
tср = 
°С
b) разность температур сред у торцов
аппарата:
t´ср
= t1 - t0, °С(17)
t´ср
= 150
- 19=131
°С
t´´ср
= t2 - t0, °С(18)
t´´ср
= 71
- 19=52°С
c) интенсивность теплопотерь:
- по длине аппарата:
qдл = K
· tср,(19)
где К - коэффициент теплопередачи (для всех стен
аппарата), К ≈ 0,7
qдл = 0,7 ·
85,6=59,92 · 4190/3600=69,74Дж/(м2·с),
с торцов аппарата:
q´т
= K · t´ср(20)
q´т
= ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с)
q´т
= 0,7
· 131=91,7
· 4190/3600=106,7287 Дж/(м2·с)
q´´т
= K · t´´ср(21)
q´´т
= ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с)
q´´т
= 0,7 · 52=36,4 · 4190/3600=42,3656 Дж/(м2·с)
d) теплопотери в окружающую среду:
qос = (qв · fв + qпот · fпот + qпол · fпол) · 
, Дж/кг,
(22)
где qв,
qпот, qпол
- это интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые отдельно для
вертикальных стен аппарата, потолка и пола;
fв, fпот,
fпол
- поверхности вертикальных стен, потолка и пола, определяемые, исходя из
геометрических размеров аппарата;
fв = Н · D
- для цилиндрических аппаратов, м2;(23)
fв = Н · Нш - для
теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева, [м2], (24)
где Н - высота, м; Нш - ширина, м] D
- диаметр аппарата, м
fв = 0,033 ·
0,033=0,001м2;
fпот = рR2
- для цилиндрических аппаратов, м2,(25)
где R
- радиус аппарата.
fпот = l
· Нш - для теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева, м2, (26)
где l
-длина, Нш - ширина
fпот = 3,14 ·
0,00027=0,00085 м2,
В данном расчете соблюдается следующее равенство
fпол
= fпот , м2, причем
интенсивность теплопотерь в окружающую среду определяется также в определенных единицах
измерения последовательно:
qв = qдл
=ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·ч);
qпот = q´т
= ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·ч);
qпол = q´´т
= ккал/(м2·ч) = кДж/(м2·ч) = Дж/(м2·с);
W - масса влаги,
кг/ч
qос = (69,74
· 0,001 + 106,7287 ·0,00085 + 42,3656 · 0,00085) · 
=
=1403,3571 Дж/кг,
2. Теплопотери на нагрев материала:
= 
, Дж/кг, (27)
где с´м -
теплоемкость сырого материала, определяется следующим образом:
с´м = см + (1 - см) · 
,
Дж/(кг·град), (28)
где см = сп - теплоемкость продукта,
определяется по формуле:
сп = 41,87 · [0,3 + (100 - а)],
Дж/(кг·град),(29)
где а - начальная влажность продукта
Хн , %;
сп = 41,87 · [0,3 + (100 -
40)]=2524,761 Дж/(кг·град),
с´м = 2524,761+ (1 -2524,761) ·
,
Дж/(кг·град),
с´´м = см + (1
- см) · 
,(30)
где с// м - теплоемкость продукта
после тепловой обработки, Дж/(кг·град)
с´´м =
2524,761+ (1 - 2524,761) · 
,Дж/(кг·град).
н - средняя температура материала,
подвергаемого температурной обработке, определяется следующим образом:
н = 
, °С;(31)
н = 
, °С;
Хк - конечная влажность продукта, %;
G2 = Gк - масса
продукта после тепловой обработки, кг/ч;
G1 = Gн -
первоначальная закладка продукта, кг/ч.
= 
, Дж/кг,
3. Сумма теплопотерь на 1 кг испаренной влаги:
Уq = + qос,
Дж/кг(32)
Уq = 302,3391
+ 1403,3571 =1705,6962 Дж/кг
.2 Технологический расчет
Расчет калорифера
На первом этапе определяем плотность
воздуха, проходящего через калорифер:
с = с0 · 
, кг/м3,
(33)
где с0 - стандартное значение
плотности воздуха при нормальных условиях, [кг/м3]:
с0 = 
, (34)
где Мвозд - молекулярная масса
воздуха, г/моль
с0 = 
Т0 - температура воздуха при
нормальных условиях, 273 К
Т - температура окружающего воздуха,
К: Т = t0 + 273
Т = 19 + 273=292К
р0 - парциальное давление воздуха
при нормальных условиях; 760 мм рт.ст.
р - парциальное давление окружающего
воздуха, 735 мм рт. ст.
с = 1,2946· 
, кг/м3,
Далее рассчитываем потери тепла в
окружающую среду через калорифер:
Qп = Fбок · (tст - t0) · б,
Дж/с, (35)
где Fбок -
боковая поверхность барабана калорифера, м2;
tст -
температура стенки барабана калорифера с внешней стороны, tст = t4 , °С
t0 -
температура окружающей среды, °С;
Поэтапно потери тепла определяются
следующим образом:
1) Определить и охарактеризовать режим
движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана
калорифера (по критерию Рейнольдса):
Re = 
, (36)
где l - высота
аппарата, l = H , м
св - плотность воздуха при
температуре 20 град, св = с0 · 
, кг/м3;
где с0 - стандартное значение
плотности воздуха при нормальных условиях, кг/м3, определяется по формуле (34)
,
Т0 - температура воздуха при
нормальных условиях, 273 К; Т - температура окружающего воздуха,К:
Т = t0 + 273=292;
св = 1,2946 · 
кг/м3;
м - вязкость воздуха при температуре
t0 , 
,
µ = 0,018·10-3 ;
щв - относительная скорость движения
воздуха:
щв = 
, м/с,(37)
где dнар -
наружный диаметр калорифера, м;
n - число
барабанов калорифера, n = 1.
щв = 
, м/с,
Re = 
,
2) Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана
калорифера в окружающую среду за счет вынужденной конвекции:
бк = 
, 
, (38)
где Nu -
коэффициент Нуссельта, Nu = 0,018 · Re0,8 · еi ,
Nu = 0,018 ·
8,87630,8 · 0,4125=0,0426 ,
где еi -
коэффициент геометрических размеров, еi = 
;
еi = 
;
л - теплопроводность воздуха, л =
0,0261 
;
l = H - высота
аппарата, м
бк = 
,
3) Коэффициент теплоотдачи излучением:
бл = 
, ,(39)
где е - степень черноты для поверхности барабана
калорифера, е = 0,95;
с0 - коэффициент лучеиспускания абсолютно
черного тела,
с0 = 5,7 
;
Тст - температура стенки аппарата,
Тст = t2 + 273, К;
Тст = 71 + 273=344 К;
Т0 - температура окружающего
воздуха, Т0 = t0 + 273, К;
Т0 = 19 + 273=292 К;
tст = t2=71 °С,
бл = 
, ,
4) Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана
калорифера в окружающую среду:
б = бк + бл, (40)
б = 0,0337 + 5,3887=5,4224
5) Необходимая толщина слоя изоляции с
теплопроводностью изолирующего материала:
л2 = лм = 0,076
Поверх изоляции толщиной д2 имеется
кожух из листового железа. Толщина этого кожуха д3 = 1 мм = 1 · 10-3 м,
д1 - стандартная толщина изоляции
вместе с кожухом,
д1 = 12 мм = 0,012 м.
Температура внутренней и наружной
сторон стенок барабана имеет значение t1 и t2:
t1 = t2 ≈ 60
град;
t3 = t4 ≈ 35
град - температура стенок защитного кожуха.
a) Определяем удельный тепловой поток:
qe = р · dнар · qнар = р · dнар · б · (t4 - t0), 
(41)
qe = 3,14 ·
0,08 · 5,4224 · (35 - 19)=21,7937
b) Далее по
упрощенной формуле определяем толщину изоляции д2:
д2= д1 - д3;
д2=0,012 - 1·10-3=0,011 м;
6) Необходимо уточнить величину наружного
диаметра барабана калорифера:
dн = dнар+
2·д1 + 2·д2 + 2·д3, м(42)
dн = 0,08+ 2·0,012 +
2·0,011 + 2·1·10-3=0,128, м
7)Затем определяется наружная поверхность
барабана:
Fбок = р · dн
· l, м2, (43)
где l
- высота аппарата
Fбок = 3,14 · 0,128
· 0,033=0,0133, м2
8)Теплопотери в окружающую среду за счет
калорифера определяются по формуле (35):
Qп
= б · Fбок
· (t4 - t0)(44)
Qп
= ·5,4224
0,0133 · (35
- 19)=1,1539
Вт
После произведенных расчетов по значениям
наружной поверхности барабана калорифера подбираем модель калорифера
(приложение В):
Модель и номер калорифера - КФБ - 1.
Заключение
В ходе курсовой работы были изучены
классификация и характеристика основных процессов пищевой технологии и
теплового оборудования, описана конструкция и принципы действия аэрогриля,
произведены теплофизические расчеты теплообменной установки и по значениям
наружной поверхности барабана калорифера подобрана модель пекарного шкафа с
калорифером КФБ - 1.
Список использованных источников и литературы
1. Хлебников В.И. Технология товаров
(продовольственных) М.: Издательский Дом “Дашков ИКо” 2000.
. Ратушный А.С., Баранов Б.А.,
Ковалёв Н.И. Технология продукции общественного питания (1 и 2 тома) М.: Мирс
2007.
. Гуляев В.А. Оборудования
предприятий торговли и общественного питания -М.:2002.
. Белобородов В.В., Гордон Л.И.
Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Учеб. Пособие для
технол. фаг. торг. вузов. - М.: Экономика, 1983.
. Инструкция по эксплуатации шкафа
пекарского.
Приложение А
Номограмма для определения теплоемкости
жидкостей
Приложение Б
Таблица калориферов стальных модели
|
Модель
и номер калорифера
|
Поверхность
нагрева, м2
|
Модель
и номер калорифера
|
Поверхность
нагрева, м2
|
|
КФС
- 1
|
0,0725
|
КФБ
- 1
|
0,093
|
|
КФС
- 2
|
0,099
|
КФБ
- 2
|
0,127
|
|
КФС
- 3
|
0,132
|
КФБ
- 3
|
0,169
|
|
КФС
- 4
|
0,167
|
КФБ
- 4
|
0,214
|
|
КФС
- 5
|
0,209
|
КФБ
- 5
|
0,268
|
|
КФС
- 6
|
0,253
|
КФБ
- 6
|
0,324
|
|
КФС
- 7
|
0,304
|
КФБ
- 7
|
0,389
|
|
КФС
- 8
|
0,357
|
КФБ
- 8
|
0,457
|
|
КФС
- 9
|
0,416
|
КФБ
- 9
|
0,533
|
|
КФС
- 10
|
0,478
|
КФБ
- 10
|
0,612
|
|
КФС
- 11
|
0,546
|
КФБ
- 11
|
0,699
|
|
КФС
- 12
|
0,616
|
КФБ
- 12
|
0,790
|
|
КФС
- 13
|
0,693
|
КФБ
- 13
|
0,888
|
|
КФС
- 14
|
0,773
|
КФБ
- 14
|
0,990
Похожие работы на - Расчет аэтогриля производительностью 4 кг/ч
|