Проектування котла електричного харчоварильного типу КПЭСМ корисною місткістю 40 л
1. Технічні характеристики
харчоварильного котла КПЕСМ-40
Параметри
|
КПЕСМ-40
|
Корисна ємність у літрах
|
160
|
Тривалість разоріву в хв. Не більше
|
55
|
Споживана потужність кВт не більше розігрів
|
(30) 8,45
|
варіння
|
0,85
|
Робочий тиск в пароводяній сорочці МПа (кгс/см
кв.) не більше
|
0,05
|
Діаметр водопроводу в дюймах
|
1/2
|
Габаритні розміри в мм
|
|
Висота
|
1020
|
Ширина
|
800
|
Довжина
|
1050
|
Маса у кг.
|
112
|
Кількість води, яка заливається в
парогенератор
|
7 л
|
2. Розрахункова частина
.1 Вихідні данні
Рецептурний склад: "Юшка
волинська з рибами"
.2 Тепловий
розрахунок
Розрахунок теплового балансу котла
Необхідна кількість теплоти для
нестаціонарного та стаціонарного режимів роботи фритюрниці визначають за
формулами:
= Q1 + Q5 + Q6,' = Q'1 + Q'5,
де Q, Q' − загальна кількість
витраченої теплоти за нестаціонарного та стаціонарного режимів відповідно,
кДж;, Q'1 − корисно використовувана теплота за нестаціонарного та
стаціонарного режимів відповідно, кДж;, Q'5 − втрати теплоти зовнішніми
стінками апарата в навколишнє середовище за нестаціонарного та стаціонарного
режимів відповідно, кДж;− втрати теплоти на розігрів конструкції апарату
за нестаціонарного режиму, кДж. котел юшка тепловий розігрів
1. Визначення корисної теплоти
для стаціонарного режиму:
;
для нестаціонарного режиму:
;
де -
загальна кількість продуктів, що завантажено у варильну посудину котла, кг;
- середня питома
теплоємність завантажених продуктів, кДж/(кг·°С);
- кінцева
температура завантажених продуктів після закінчення варіння,°С;
- початкова середня
температура завантажених продуктів, °С;
- кількість рідкого
середовища, яке завантажується в котел, кг;
- питома
теплоємність рідкого середовища, кДж/(кг·°С);
- температура
кипіння рідкого середовища,°С;
- початкова
температура рідкого середовища,°С;
- кількість
вологи, що випаровується з поверхні однієї порції продукту;
- прихована
теплота пароутворення за атмосферного тиску, кДж/кг;
- кількість
порцій, шт.
Визначення загальної кількості
продуктів, що завантажуються в котел:
- кількість
продуктів на одну порцію, кг;
Середня питома теплоємність окремих
продуктів:
Питома теплоємність окремих
продуктів:
Де a - вологість продукту, %;
,19 - питома теплоємність води,
кДж/(кг·°С);- сухі речовини, що містяться в продукті, %;
,67 - середня питома теплоємність
сухих речовин, кДж/(кг·°С);
Визначення початкової температури
окремих продуктів, завантажених у котел, °С:
У відповідності з дослідними даними
можна прийняти, що в період розігріву вмісту варильного котла до кипіння з
однієї порції випаровується 10г вологи, тобто (об’єм
однієї порції ).
Загальна кількість вологи, що
випарувалась з однієї порції за весь період варка, складає:
Визначення кількості порцій:
де -
об’єм котла, л;
- коефіцієнт
заповнення котла;
- об’єм однієї
порції, л;
- кількість вологи,
яка випаровується з однієї порції протягом приготування страви, л.
З матеріального балансу процесу
варки визначаємо загальну кількість рідкого середовища, що завантажується в
котел:
де -
маса готової продукції, кг;
кг
Припустимо, що ,
,
,
Для нестаціонарного режиму:
Для стаціонарного режиму:
2. Втрати теплоти стінками апарата у
навколишнє середовище визначають наступним чином.
Втрати теплоти у навколишнє
середовище здійснюється через бокову поверхню кожуха, поверхню неізольованої
шийки котла, кришки, дна котла. Тепловтрати через дно та шийку незначні, тому
під час розрахунку не враховуються.
де -
коефіцієнт тепловіддачі в навколишнє середовище даним елементом зовнішнього
огородження апарата, відповідно, у нестаціонарному та стаціонарному режимах,
Вт/(м2 К);
- площа зовнішньої
поверхні даного елемента огородження, м2 ;
- температура
даного елемента огородження, відповідно, у нестаціонарному та стаціонарному
режимах, °С;
- температура
навколишнього середовища, відповідно, у нестаціонарному та стаціонарному
режимах, °С;
- тривалість,
відповідно, нестаціонарного режиму та процесу приготування страви в апараті, с.
Нехай ,
,
,
для стінки , для кришки ,
Коефіцієнт тепловіддачі складається
з двох складових та визначається для нестаціонарного та стаціонарного режимів з
рівнянь:
- Коефіцієнт
променистої тепловіддачі визначається, відповідно для нестаціонарного та
стаціонарного режимів, Вт/(м2 К);
- Коефіцієнт
конвективної тепловіддачі визначається, відповідно для нестаціонарного та
стаціонарного режимів, Вт/(м2 К).
Для нестаціонарного режиму:
- температура
стінки у початковий момент часу, °С;
- температура
стінки на початку нестаціонарного режиму, °С;
Коефіцієнт тепловіддачі
випромінюванням:
де ε
−
ступінь чорноти тепловіддаючої поверхні;
С0 − коефіцієнт випромінювання
абсолютно чорного тіла (С0 = 5,7 Вт/(м²·К4));
для стінки:
для кришки:
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією
для кожного елемента зовнішнього огородження визначається з критерію теплової
подібності Нусельта
де λ
−
коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К);− визначальний геометричний розмір
тепловіддаючої поверхні,м;, n − постійні, що залежать від режиму вільної
конвекції.
Для стінки:
Для кришки:
Приймаємо:
Для стінки: (при =29,5)
; ;
;
Для кришки: (при =37)
; ;
;
де β
- коефіцієнт об'ємного розширення повітря, 1/К;
Визначення критерію (рівняння
Міхеєва)
Для стінки:
= 0,135
n=1/3
Для кришки:
= 0,135
n=1/3
Для стінки:
Для кришки:
Для стінки:
Для кришки:
Для стінки:
Для стаціонарного режиму:
Для стінки:
для кришки:
Для стінки:
Для кришки:
Приймаємо:
Для стінки: (при =40)
; ;
;
Для кришки: (при =55)
; ;
;
Для стінки:
= 0,135
n=1/3
Для кришки:
Для стінки:
Для кришки:
. Визначення втрат теплоти на
розігрів конструкції апарата:
де _теплота,
що йде на нагрів металу, кДж;
- теплота, що йде
на нагрів ізоляції, кДж;
- теплота, що йде
на нагрів до кипіння води в парогенераторі, кДж;
- теплота, що йде
на пароутворення в пароенераторі, кДж;
Де ,,,-
маса металевої конструкції, ізоляції, води, пари в парогенераторі котла, кг;
,
,-
питома теплоємність даного елемента котла, кДж/(кг·°С);
- об’єм пароводяної
рубашки, ;
,,-
кінцева температура нагріву даного елементу апарата, °С;
,,-
початкова температура даного елементу котла, °С;
- ентальпія пари,
кДж/кг;
- густина пари кг/;
для нестаціонарного:
= 9568,62 + +
4858,23=200739,29кДж
для стаціонарного:
' = 3360,2 + =2691131кДж
. Потужність нагрівальних елементів:
при нестаціонарному режимі:
P = Q/τ,
де Q − загальна кількість
витраченої теплоти, кДж;
τ −
тривалість роботи апарата, с.
Вт;
при стаціонарному режимі:
Вт.
Потужність одного ТЕНу при груповій
роботі визначається за формулою
P1 = Р/n,
де Р - потужність апарата, Вт;-
кількість ТЕНів.
Вт ≈ 600 Вт
Вихідні дані: P1 = 600 Вт; U = 380 В;
матеріал оболонки ТЕНу - сталь 12Х18Н10Т; матеріал спиралі - ніхром Х20Н80
(питомий опір ρ = 1,1·10-6 Ом·мм²/м,
робоча температура - 1050 °С).
Для забезпечення рівномірного
підведення теплоти в робочій зоні камери визначимо зразкові довжину активної
частини, пасивних кінців і радіус вигину ТЕНу. Конструкція ТЕНів повинна
забезпечувати їхнє вільне видалення з робочої камери для санітарної обробки.
Довжина активної частини трубки ТЕНу
дорівнює:
Lа = мм.
- потужність одного нагрівального
елементу, Вт;
- зовнішній діаметр
труб нагрівального елементу, м;
- питоме
навантаження на поверхню трубки, Вт/см2
Питома потужність на поверхні трубки
тену Вт/см2
Діаметр трубки тену після
опресування приймають рівним D=13мм.
Повна довжина трубки опре совки буде
рівною
Де - довжина
контактного стержня тену, рівна 75 мм.
Довжина трубки тену до опресування
Де -
коефіцієнт подовження трубки тену в результаті опресування методом обсадки(=1,15)
Струм, що використовується одним
теном, буде дорівнювати
Електричний опір дроту тена
знаходять за формулою
До опре совки трубки тену
електричний опір дроту тена в середині трубки дорівнює
Де -
коефіцієнт зміни електричного опору дроту в результаті опре совки методом
осадки
Ніхромовий дріт для дротової спіралі
беруть діаметром d=0,8мм з питомим опором Ом*мм2/м
і визначають за формулою
Дротову спіраль навивають на
стержень діаметром 4 мм. На основі практичних даних встановлено, що при
навиванні на стержень середній діаметр витка збільшується приблизно на 7%. Тому
довжина одної спіралі в середньому дорівнює
Кількість витків спіралі може бути
визначена за формулою
Відстань між витками буде
дорівнювати
Щільність навивки спіралі
Крок витка спіралі
=kd=17,3*0,8=14 мм
Необхідна кількість дроту для одного
тену з урахуванням необхідної навивки на кінці контактного стержня з розрахунку
20 витків спіралі на кінець стержню буде дорівнювати
Визначають температуру нагрівання
спіралі
Характеристики сталі
Де
- товщина стінки
трубки після опре совки
Коефіцієнт теплопровідності для
периклазу дорівнює 0,022Вт/(смК)
Перепад температур в ізоляційному
шарі туну на одиницю теплового потоку
Питомий тепловий потік на одиницю
довжини тену
Перепад температур в ізоляційному
шарі
Робоча температура спіралі
Де -
температура поверхні тена(для киплячої води при тиску в паровій рубашці котла
150кВт дорівнює 126
Висновок
Темою курсового проекту було
завдання розробити котел електричний харчоварильного типу КПЭСМ корисною
місткістю 40 л.
Розроблений харчоварильний котел з
електрообігрівом відповідає вимогам технології приготування їжі; забезпечує
теплову обробку продуктів при мінімальній витраті енергії, оскільки у нього
немає тепла в результаті механічного і хімічного недопалення і з газами, що
йдуть, як у твердопаливних і газових харчоварильних котлів, питома витрата
тепла за рахунок відносно менших втрат його в довкілля і на розігрівання
конструкції; має високу міру надійності, створює оптимальні умови роботи для
обслуговуючого персоналу, полегшує їх працю; підвищує якість приготування їжі і
обслуговування відвідувачів; підвищує продуктивність і вимогам техніки безпеки
і виробничої санітарії, забезпечуючи безпеку обслуговуючого персоналу.
Список використовуваної літератури
1. Оборудование
предприятий общественного питания: В 3-х т. Т. 3: Беляев М.И. Тепловое
оборудование: Учеб. для технол. фак. торг. вузов.- М.: Экономика, 1990. - 559
с.
. Гуляев
В.А., Иваненко В.П., Исаев Н.И. и др. Оборудование предприятий торговли и
общественного питания. Полный курс: Учебник / проф. В.А. Гуляева. - М.: Т4ВФРА,
2004. - 543 с.
3. Золин
В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания. - М.:
14РПО, Академия, 2000. - 256 с.
4. Литвина
Л.С, Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания:
Учебник для мех. отделений техникумов. - 3-е изд, и доп. - М.: Экономика, 1980.
- 248 с.
5. Лунин
О.Г., Вельтищев В.Н., Калошин Ю.А. и др. Курсовое и дипломное проектирование. -
М.: Пищевая промышленность, 1990.
. Титова
А.П., Шляхтина А.М. Торгово-технологическое оборудование: Учебник для технол.
отделений техяикумов. - М.: Экономика, 1983.-296 с.
. Дейниченко
Г.В., Черево О.І., Власова Н.О. та ін. Дипломне проектування: Навчальний
посібник. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2004. - 256 с.