Расчет сушильной установки

     ,                                   (2.4.4)

    где - температура кости на входе в жироотделитель, ^˚С ; =40⁰С; - температура внутри кости, ^˚С ; - критерий Фурье; - критерий Био. [4 с.43]

     ,                                                (2.4.5)

    где а_к – коэффициент температуропроводности, м²/с, а_к = 2*10^-6; [3 с.57]

     - время нагревания кости,  =660 с; l – линейный размер кости, м; l=0,006м. [6]

    Рассчитаем  Fo через каждые 60 с нагрева кости:

    

    

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

    Найдем  критерий Био:

     ,                                           (2.4.6)

    где - коэффициент теплопроводности кости, Вт/мК;

     = 0,217 Вт/мК; [1]

    

    Правая  часть уравнения безразмерного температурного напора (см. выше) является сложной функцией критериев Фурье и Био. Для расчета его представим кубик кости как три друг к другу прилегающие пластины. В этом случае температура тела будет являться функцией только одной координаты, т.е. толщины пластины. При этом сток теплоты через торцы пластины не будет искажать профиль температуры в поперечном направлении. Также будем считать, что в процессе нагревания температура среды остается неизменной. Тогда

     ,                    (2.4.7)

    т.к  Fo>0,2, то можно ограничится первым членом ряда, тогда

    

    и безразмерная температура внутри пластины равна

     , где при Bi=3,9, N=1,229; =1,2646. [4 с.41]

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

                             ,

    Для кости имеющей форму куба решением уравнения безразмерного температурного напора будет служить произведение

                                (2.4.8)

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

                               ,

    Найдем  температуру в центре кости ,⁰С в зависимости от времени нагрева.

                                     (2.4.9)

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С,

                         ⁰С

    По  данным расчета составим расчетную таблицу 2.4.1 , в которую запишем распределение температуры внутри кости, безразмерную температуру и критерий Fo в зависимости от времени нагрева сырья.

    Таблица 2.4.1

    3. Расчёт центрифуги 

    3.1 Определение коэффициента теплопередачи со стороны греющего пара к продукту.

    Определим коэффициент теплопередачи от острого  пара ( Р = 0,39 МПа ) к продукту, Вт/(м² К) по формуле

                                              

,                                                 (3.1.1)

    где α_б – коэффициент теплоотдачи бульона, Вт/(м² К);

    α_п -  коэффициент теплоотдачи пара,  Вт/(м² К), возьмем из расчета жироотделителя, α_п = 20122,34 Вт/(м² К). 

    Коэффициент теплоотдачи бульона к кости  α_б , Вт/(м² К) найдём по формуле

     ,                                                  (3.1.2)

    где Nu_б – критерий Нуссельта;

    λ_б – коэффициент теплопроводности бульона при t = 75ºС,Вт/(м К); [3 с.58]

    λ_б =0,469 Вт/(м К);     

    R– внутренний радиус ротора, м; l = 0,4 м. [7 с.5]

    Критерий  Нуссельта для бульона определим в зависимости от числа Re.

    если  Re<5*10⁵ то

     ;                           (3.1.3)

    если  Re>5*10⁵ то

     ,                         (3.1.4)

    где Re – критерий Рейнольдса;

    Pr – критерий Прандтля;

     - данное отношение примем  равное единице. 

    Найдем  критерий Прандтля для бульона при  t=80ºС.

     ,                                                    (3.1.5)

    где с_б – удельная теплоёмкость бульона при 75ºС, Дж/(кг К);

    с_б = 0,389 *10³ Дж/(кг К); [1 с.28]

    μ_б   - динамический коэффициент вязкости бульона при 75ºС, Па с;

    μ_б = 3,44*10^-3 Па с; [3 с.58]

    λ_б – коэффициент теплопроводности бульона, Вт/(м К); λ_б = 0,469 Вт/(м К);

    

 

    Рассчитаем  критерий Рейнольдса

     ,                                               (3.1.6)

    где U_ос  - скорость осаждения частиц жира при турбулентном режиме движения, м/с;

    d –  внутренний диаметр ротора, м; d = 0,8 м;

    ρ_б   - плотность бульона, кг/м³; ρ_б  = 923 кг/м³

    μ_б  - динамический коэффициент вязкости жиромассы при 75ºС, Па с;                                      μ_б = 3,44*10^-3 Па с.

    Скорость  движения жиромассы определим исходя из уравнения баланса сил, действующих  на частицу, осаждающуюся в центрифуге

      ^,                                                             (3.1.7)

    где d – диаметр частицы жира, м; d = 0,004 м;

    ρ_к – плотность кости, кг/м³; ρ_к = 1681 кг/м³; [1 с.28]

    ρ_б – плотность бульона, кг/м³; ρ_б = 923 кг/м³;

    ξ – коэффициент гидравлического  сопротивления; ξ = 0,44 при турбулентном режиме;

    К_р – фактор разделения;

     ,                                             (3.1.8)

    где w – окружная скорость вращения ротора, рад/с; w=126,2 3рад/с;

    g –  ускорение свободного падения,  м²/c ; g = 9,81 м²/c;

    

 

    Тогда

    

    С учетом значений найденных по формулам (3.1.7) и (3.1.8) определим число Re

    

;

    Т.к. получившееся значение критерия Re соответствует турбулентному режиму, тогда

    

=0,66 *213577^0,5 *2,85^0,33 = 430,94.

    Тогда, коэффициент теплоотдачи со стороны  бульона к кости 

    

 Вт/(м² К);

    Получаем, что коэффициент теплопередачи  со стороны греющего острого пара к продукту будет равен

    

 Вт/(м² К) 
 

    3.2 Расчет температуры в центре продукта

    Найдем  величину безразмерного температурного напора. Исходя из уравнения нестационарной теплопроводности (при постоянстве теплофизических характеристик нагреваемого тела) и с учетом начальных и граничных условий 3-го рода имеем

     ,                                       (3.2.1)