Пищеварочные котлы: техническая характеристика

а' = 9,74 + 0,07 * (I _ку- - 1_в03), (Вт/м^2оС) — для стационарного режима,

     

Q₅ = [12,36 * 0,594 * (57,5 - 20) +11, 14 * (40-20) * 3,28]*3900 = 3,924 * 10⁶

0'₅= [14,99 * 0,594 * (95-20) + 12,54 * 3,28 * (40-20)]*3600 - 8,327 * 10⁶ (Дж) 

     Потери тепла дном котла незначительны, и ими можно пренебречь.

     Потери на разогрев конструкции определяются по выражению^

     

       

     Потери тепла на разогрев варочного сосуда котла определяем по формуле:

     

     где - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура варочного сосуда котла. 

       

     Объем варочного сосуда определяют по формуле:

     Плотность материала, кг/м - 7800.

     Масса варочного сосуда, кг – 

       

     М _вн = 0,0036 * 7800 = 28,08кг.  

     Конечная температура, X _ш = 100°С.

     Теплоемкость материала элемента, Дж/(кг°С) — 462. 

     Q^вн₆ = 462 * 28,08 * (100 - 20) = 1037,8 * 10³ Дж 

     Потери котла на разогрев крышки определяем по формуле:

     

     

     

     Где Скр, Мкр, t ккр - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура крышки котла.

     Крышка котла изготовлена из нержавеющей стали.

     Теплоемкость нержавеющей стали С_ср = 462 Дж/(кг°С).

Плотность материала, кг/м³ - 7800. Конечная температура, °С X ккр = 95.

     Вычислим объем крышки по формуле 

     

     

     

       

     Потери котла на разогрев наружного котла с парогенератором определяем по формуле: 

       

     где С_н, М_н, 1кн - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура наружного котла с парогенератором. Наружный котел изготовлен из стали углеродистой. 
 

     Теплоемкость стали углеродистой С_н = 462 Дж /(кг°С).

      Плотность материала, кг/м³ — 7800.

     Конечная температура, 1_н = 109,3 ~ ^

     Вычислим объем наружного котла с парогенератором по формуле:

     

       

     где С_из, М_из, I киз - соответственно теплоемкость материала, масса,

     конечная температура теплоизоляционной конструкции.

     Материал элемента — асфоль.

     Теплоемкость асфоли С_из - 92 Дж/(кг°С).

     Плотность асфоли, кг/м³ 20

     Конечная температура: 

       

     Вычислим объем теплоизоляционной конструкции по формуле: 

     

     V= 0,008 * [3,14 * (0,594 + 0,043) * (0,853 + 0,008)] = 0,0138 м³. 

     Масса теплоизоляционной конструкции, кг  

     

     -М_из = 0,0138 * 20 = 0,276 кг.

     (Q^И3₆ = 92 * 0,276 * (84,65 - 20) = 1,64 * 10³ Дж 
 

     Потери тепла на разогрев кожуха котла определяем по формуле:

     

     

     Где С_к, М_к, 1кк - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура кожуха котла.

     Материал кожуха котла - сталь углеродистая. Теплоемкость материала - 462 Дж/(кг°С). Плотность материала - 7800 г/м³.

     Конечная температура: t_кк=60°С.

     Вычислим объем кожуха котла по формуле:

     

     

     Потери тепла на воду в парогенераторе определяем по формуле:

     

     где С_в, М_в, 1кв - соответственно теплоемкость воды, масса, конечная температура воды в парогенераторе. Материал: вода.

     Теплоемкость воды, С_в = 4187 Дж/(кг°С).

     Плотность воды - 1000 кг/м³.

     Конечная температура: (₃ = 109,3 °С.) 
 
 
 

     Вычислим объем воды в парогенераторе по формуле: 

     

     

     _Vв= 0,2* 0,2* 0,4 = 0,016м³ 

     Масса воды в парогенераторе, кг - М_в = У_в *р_в  

     М_в= 0,016 * 1000 = 16кг 

     Потери тепла на разогрев воды в парогенераторе:  

     ^Qв₆ = 4187 * 16 * (109,3 - 20) = 5982,38 * 10³ Дж. 

     Потери тепла на разогрев каркаса и арматуры котла определяем по формуле: 

       

     где С_Кар,М_кар, (ккар - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура каркаса и арматуры котла.

     Материал элемента - сталь углеродистая.

     Плотность материала - 7800 кг/м³.

     Масса элемента: 250% от массы варочного сосуда,  

     то есть m = 28,08 * 250/ 100 = 70,2кг

     Конечная температура: t _кар= ( t_s +t_k)/2 = (109,3 + 60) / 2 = 84,65 °С  

     Теплоемкость материала - 462 Дж/(кг°С).  

     Q^кар₆ = 462 * 70,2 * (84,65 - 20) = 2096,75 * 10³ Дж

     Потери на разогрев конструкции составляют: 

     

     Q₆=1037,8*10³+324,3*10³+2429,6*10³+1,64*10³+230,63*10³+5982,38 * 10³ + 2096,75 * 10³ = 12103,1 * 10³ Дж 

     Потери тепла на разогрев постамента не учитываются из-за незначительной величины.

     Расход тепла на нестационарный и стационарный режим работы котла соответственно равен: 

     

     Q _зат= 68,67 * 10⁶ + 3,924 * 10⁶ + 12,10 * 10⁶ = 84,694 * 10^б Дж

     

     Q^/_зат =4,63 * 10⁶ + 8,327 * 10⁶ = 12,957 * 10⁶ Дж 

     Расчет поверхности нагрева пищеварочного котла.

     Расчет необходимой площади нагрева пищеварочного котла определяется по формуле:

     

     где Q – количество тепла, которое надо передать через поверхность нагрева в единицу времени, Вт/(Дж/с);

     к - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к нагреваемой среде, Вт/(м^2оС); 
 

     

       

     Δt^срлог - среднелогарифмическая разность температур, определяется по формуле: 

       

     где ^Δtб, ^Δtм - соответственно наибольшая и наименьшая разности между температурой теплоносителя и нагреваемой средой, °С.

     Количество тепла, переданное через поверхность нагрева, равно: 

       

     ГдеQ-полезно-используемоетепло,Дж;

     Q^ВН6 - потери тепла на разогрев варочного сосуда, Дж;

     Q^ВН6 - потери тепла на разогрев крышки котла, Дж;

     Q^ВН6 - потери тепла кожухом котла в окружающую среду, Дж.

     Потери тепла кожухом котла в окружающую среду определяют по формуле: 

       

     где а_к, Р_к, *кк - соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь поверхности кожуха котла, конечная температура поверхности кожуха котла.  

     Q^к₅ = 11,14 * 3,28 * (40 - 20) * 3900 = 2850 * 10³ Дж. 

     Количество тепла, переданное через поверхность нагрева, равна:

Q = 68,67 * 10⁶ + 1037,8 * 10³ + 324,3 * 10³ +2850,0 * 10³ = 72,88 * 10⁶ Дж.

 

     Среднелогарифмическая разность температур равна: 

     Δt^cp_лог = (109,3 - 20) - (109,3 - 100))/ 2,31g* ((109,3 - 20) /(109,3 - 100)) = 35°С. 

     Коэффициент теплопередачи для случая передачи тепла от конденсирующихся водяных паров к воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(м2°С).

     Необходимая поверхность нагрева будет равна: 

     F = 72,88 * 10⁶/ (2900 * 3900 * 35) = 0,184м²  

     Фактическая поверхность нагрева рассчитывается о формуле: 

     

     F = 3,14 * 0,743 * 0,594+ 3,14 * 0,743² / 4 = 1,819 м²,  

     то есть значительно больше необходимой.

     Расход тепла на нестационарный и стационарный режимы работы котла соответственно равен:

     Q₃a_T = 84,694 * 10⁶ Дж,

     Q'₃a_T =12,957 * 10⁶ Дж.

     Коэффициент полезного действия котла при нестационарном режиме работы равен:

     

     

     

     η = 68,67 * 10^б/ 84,694 * 10⁶ = 0,81 или81% 

     Удельные металлоемкости и расход тепла определяем по формулам

     

     где, М_м - масса металлоконструкции аппарата, кг

     где Мп - масса готового продукта или полуфабриката

     

     Найдем массу постамента: она составляет 400% от массы варочного сосуда:

     М_посг = 28,08 * 400 / 100 = 112,32 кг

     М_м= 28,08 + 9,36 + 58,89 + 0,276 + 12,48 + 70,2 + 112,32 = 291,61кг.