- •2014 Г. Содержание
- •Раздел 1. Введение
- •Раздел 2. Краткий аналитический обзор существующих аппаратов, сходных по технологическому назначению
- •Раздел 3. Конструктивный расчет
- •Раздел 4. Тепловой расчет сковороды
- •Раздел 5. Выбор электрических нагревательных элементов
- •Раздел 6. Описание конструкции проектируемого аппарата. Система управления, контроля и защиты
- •Раздел 7. Правила эксплуатации и техники безопасности
- •Раздел 8. Заключение и выводы
- •Список использованных источников и литературы:
Раздел 3. Конструктивный расчет
Конструктивный расчет позволяет определить размеры основных конструктивных элементов аппарата – рабочей камеры, теплогенерирующего и теплопередающего устройства, теплоизоляции, общие габариты аппарата.
Форма рабочей камеры определяет качество готового продукта и удобство его приготовления.
Теплопередающие устройства в аппаратах с косвенным обогревом предназначены для передачи энергии от источника к продукту посредством промежуточного теплоносителя.
3.1. Масса единовременной загрузки, кг
11,1 кг.
3.2. Общая масса загружаемых продуктов M, кг
3.3. Объем рабочей камеры Vрк, м3
3.4. Диаметр рабочей камеры Dрк, м
3.5. Высота рабочей камеры Hрк, м
м
3.6. Площадь основания рабочей камеры Fрк, м2
м2
3.7. Диаметр масляной рубашки Dр, м
Dp=Dpk+2Sp+2S2=0,56+2*0,02+2*0,002= 0,604 м
3.8 Высота масляной рубашки Hp, м
Hp=Hpk+Sp+S2=0,08+0,02+0,002=0,102 м
3.9. Объем промежуточного теплоносителя Vпт, м3
вапор: Vпт=0,007 м3
3.10. Поверхность теплопередачи теплоты к продукту Fтп, м2
0,25*0,8=0,2 м2
3.11. Коэффициент теплоотдачи αi (i = 3;4), Вт/м2∙К
Для нестационарного режима:
- для вертикальной поверхности:
α4=9,74+0,07(t4-tв)=9,74+0,07(308-293)=10,79 Вт/м2∙К
- для гориз. поверхности:
α3=1,3[9,74+0,07(t3-tв)]=1,3[9,74+0,07(308-293)]=14,027 Вт/м2∙К
Для стационарного режима:
- для верт. поверхности:
α4=9,74+0,07(t4-tв)=9,74+0,07(323-293)=11,84 Вт/м2∙К
- для гориз. поверхности:
α3=1,3[9,74+0,07(t3-tв)]=1,3[9,74+0,07(323-293)]=15,39 Вт/м2∙К
Температура ti:
- для нестационарного режима
- для стационарного режима
50
3.12. Толщина теплоизоляции S5, м
3.13 Наружный диаметр аппарата D, м
D=Dpk+2(Sp+S5+S2+S4)=0,56+2*(0,02+0,03+0,002+0,001)=0,67 м
3.14. Высота аппарата H, м
0,08+0,02+0,03+0,002+0,001+0,02==0,153 м
3.15. Длина аппарата L, м
0,56+2(0,02+0,03+0,002+0,001)=0,67 м
3.16. Ширина аппарата B, м
0,67м
3.17. Площадь поверхности теплоотдачи в окружающую среду Fi, м2
- боковая поверхность: =3,14*0,67*0,153=0,32 м2
- крышка: 3,14*0,672/4=0,35м2
Таблица 4
Расчетный параметр |
Значение |
Высота рабочей камеры НРК, м |
0,08 |
Диаметр рабочей камеры DРК, м |
0,56 |
Толщина теплоизоляции S5, м |
0,03 |
Высота аппарата H, м |
0,153 |
Длина аппарата L, м |
0,67 |
Ширина аппарата В, м |
0,67 |
Толщины рубашки S2, м |
0,002 |
Раздел 4. Тепловой расчет сковороды
Целью теплового расчета является:
расчет составляющих уравнения теплового баланса;
определение мощности нагревательных элементов;
определение коэффициента полезного действия аппарата.
Общий вид уравнения теплового баланса:
где Qзатр – общее количество энергии, затраченной при работе теплового аппарата, Вт;
Qпол – полезная энергия, энергия, затраченная на нагрев продукта, Вт;
Qпот – потери энергии, т.е. затраты энергии, не связанные с тепловой обработкой продукта, Вт.
Тепловой баланс составляется для двух периодов работы аппарата: нестационарного (периода выхода на заданный режим) и стационарного (период тепловой обработки продуктов).
Уравнения теплового баланса для сковороды:
- режим нестационарный:
- режим стационарный:
где Q11 – затраты энергии на нагрев продуктов, кВт;
Q12 – затраты энергии на испарение влаги из продукта, кВт;
Q2 – потери энергии на нагрев аппарата, кВт;
Q3 – потери энергии в окружающее пространство, кВт;
Q41 – потери энергии на нагрев промежуточного теплоносителя аппарата, кВт;
4.1. Q1 - полезные затраты энергии, кВт
2,73+3,1+0,22=6,05 кВт
Нагрев продукта Q11
11,1*3,2*(100-10)/21*60+1,23*2,14*(100-10)/21*60=2,73 кВт
Испарение влаги из продукта Q12
0,01*16*11,1*2200(1/*1260)=3,1кВт
Образование корочки продукта Q13, кВт
=0,01*15*11,1*1,67*(120-20)/60*21=0,22 кВт
4.2. Q2 – нагрев конструктивных элементов, кВт
=5,2+1,28+2,28+0,13+0,12=9,01 кВт
Масса отдельного элемента конструкции:
4.2.1. Рабочая камера:
кВт
4.2.2. Рубашка:
=3,14*0,3022+2*3,14*0,302*0,102=0,479 м2
4.2.3. Крышка:
4.2.4. Кожух:
4.2.5. Теплоизоляция:
4.3. Q3 – потери в окружающее пространство, кВт
4.3.1. Q31 – потери конвекцией, кВт (i = 3;4)
-для горизонтальной поверхности (нестационарный режим):
кВт
-для горизонтальной поверхности (стационарный режим):
кВт
-для вертикальной поверхности (нестационарный режим):
кВт
- для вертикальной поверхности (стационарный режим):
кВт
4.3.2. Q32– потери излучением, кВт (i = 3;4)
-для горизонтальной поверхности (нестационарный режим):
0,02 кВт
-для горизонтальной поверхности (стационарный режим):
0,05 кВт
-для вертикальной поверхности (нестационарный режим):
0,02 кВт
- для вертикальной поверхности (стационарный режим):
0,05 кВт
=0,3 кВт
= 0,23 кВт
4.4. Q41 – нагрев промежуточного теплоносителя, кВт:
5,09 кВт
Энергозатраты нестационарного режима:
=9,01+0,16+5,09=14,26 кВт
Энергозатраты стационарного режима:
=2,73+3,1+0,22+0,37=6,42 кВт
Коэффициент полезного действия аппарата:
29,3%
Расчетные данные затрат тепла на нагрев конструктивных элементов представлены в таблице 5.
Таблица 5
Расчет затрат тепла на нагрев конструктивных элементов
i |
Элемент конструкции |
Fi, м2 |
Si, м |
Vi, м3 |
ρi, кг/м3 |
Gi, кг |
Ci, кДж/кг∙℃ |
tiк, ℃ |
tiн, ℃ |
Q2i, кВт |
1 |
Рабочая камера |
0,39 |
0,01 |
0,0039 |
7900 |
30,81 |
0,462 |
240 |
20 |
5,2 |
2 |
Рубашка |
0,479 |
0,002 |
0,00096 |
7900 |
7,58 |
0,462 |
240 |
20 |
1,28 |
3 |
Крышка |
0,35 |
0,02 |
0,007 |
1200 |
8,4 |
1,3 |
50 |
20 |
2,28 |
4 |
Кожух |
0,73 |
0,001 |
0,00073 |
7900 |
5,77 |
0,462 |
50 |
20 |
0,13 |
5 |
Теплоизоляция |
0,73 |
0,03 |
0,02 |
30 |
0,6 |
0,92 |
145 |
20 |
0,12 |
Итого |
G=53,16 |
Q2=9,01 |
Расчетные данные расхода тепла энергии котла сведены в таблицу 6.
Расход энергии теплового аппарата
Таблица 6
Составляющие теплового баланса |
Режим работы | |||
Нестационарный |
Стационарный | |||
1 |
2 |
3 | ||
Q1 |
Q11 |
Нагрев продукта, кВт |
- |
2,73 |
Q12 |
Испарение влаги, кВт |
- |
3,1 | |
Q13 |
Образование корки, кВт |
- |
0,22 | |
Q2 |
Нагрев конструкционных элементов, кВт |
9,01 |
- | |
Q3 |
Потери в окружающее пространство, кВт |
0,169 |
0,37 | |
Q4 |
Q41 |
Нагрев промежуточного теплоносителя, кВт |
5,09 |
- |
Итого, Qзатр кВт |
14,26 |
6,42 | ||
КПД режима |
42,4 |
93,7 | ||
КПД |
29,3 |