Расчет автоклавного парка

 

       Расчет  автоклавного парка 

       Требуется определить число автоклавов, расход пара, расход воды для охлаждения консервов  в автоклаве, диаметр патрубков  для подачи воды и пара, толщину  изоляции автоклава, толщину стенок автоклава, если производительность консервного цеха q=11 банок №3 в минуту.

       Температура продукта до стерилизации 40 С. Консервы в автоклаве охлаждаются до 45 °С. Температура охлаждающей воды 15 С, температура воздуха в автоклавном цехе 25° С.

       Формула стерилизации:

         

       Технологический расчет 

         Определим производительность автоклава,  потребное количество автоклавов  и составим график работы автоклавного  цеха.

       Принимаем емкость автоклавной корзины  n₁=92 банки №3, тогда продолжительность загрузки одной корзины

       

       Согласно  действующим технологическим инструкциям герметизированные банки можно выдерживать до стерилизации не более 30 минут, поэтому выбираем четырёхкорзинный автоклав, который будет загружаться минут.

       Емкость автоклава:

       

       

       Продолжительность одного цикла работы автоклава

       

где -  продолжительность загрузки ( =5 минут);

       – продолжительность нагрева ( =15 минут по формуле стерилизации);

- продолжительность  стерилизации( =60 минут по формуле стерилизации);

— продолжительность  охлаждения и снижения давления в  автоклаве до нуля ( =20 минут по формуле стерилизации);

 — продолжительность  выгрузки ( =5 минут).

       

       Часовая производительность автоклава:

       

       

       Потребное количество автоклавов:

       

       

     Сменная производительность 11*60*8= 5280 банок.

     При ёмкости одного автоклава 368 банок число циклов в смену:

     

     Автоклавный цех должен начать работу в 8 часов, а закончить работать в 17 часов 40 минут. (Таблица 2.3.1)

     Таблица 2.3.1

 

     Тепловой  расчет. 

       В процессе стерилизации консервов  первый период тепло расходуется  на нагревание до температуры  стерилизации автоклава, корзин, банок, продукта, а также теряется в окружающую среду. Во второй период тепло расходуется только на компенсацию потерь в окружающую среду за время собственно стерилизации.

     Расход  тепла на нагрев автоклава по формуле:

     

     

,

где 420 — масса автоклава, кг

     Расход тепла на нагрев корзин:

     

= 200*0,482*(112—25) =8386,8 кДж,

где 200 — масса четырёх сеток, кг

     Расход  тепла на нагрев банок по формуле

     

=15*0,482*(112—40) =520,6 кДж,

где 15 — масса 368 банок №3, кг

     Расход  тепла на нагрев продукта по формуле

     

=92*3,56(112—40) =23581,4 кДж,

где 92 — масса продукта, кг

     Расход  тепла в окружающую среду по формуле

     

=0,001*6,4*900*12,2(50-25)=1756,8 кДж,

где 12,2 – суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²*град);

      900 - продолжительность цикла нагрева, сек.

       Общий расход тепла за первый период:

       

       Расход  пара за первый период по формуле:

       

где  630 - теплосодержание пара (в ккал/кг), полученное при условии, что абсолютное давление пара до редуктора 5 атм, степень сухости пара х=95, то есть i= +гх=504*0,95+151=630

       

       Часовой расход пара за первый период:

       

       Расход  тепла за второй период (собственно стерилизация) по формуле:

       

        =0,001*6,4*12,2*3600(50—25) =7027,2 кДж,

где 3600 - период стерилизации, сек;

       50 - температура наружной поверхности (с учетом теплоизоляции),

       Расход  пара за второй период по формуле:

       

       Часовой расход пара за второй период

       

       Общий расход пара за один цикл:

       D=D₁+D₂=22,5+3,2=25,7 кг

       Соответственно  расход пара на 4 цикла (за смену)

       D_см=4*25,7=102,8 кг

Тепловой  баланс автоклава:

       количество  тепла, поступающего в автоклав с  паром

       Q=Di=25,7*4,19*630

67840,3 кДж, то есть 100%;

       Расход тепла приведен в таблице 2.3.2

       Таблица 2.3.2- Расход тепла

 

       Толщину изоляции автоклава определяем по формуле:

       

где и - толщина слоёв стенок, м;

      и - коэффициент теплопроводности материала стенок,

       Для этого сначала определим коэффициент теплопередачи от пара к воздуху из формулы:

       

       

где 50 —  температура стенки автоклава, град;

      12,2 — суммарный коэффициент теплоотдачи от стенки автоклава к воздуху;

       112 — температура в автоклаве,

       Подставляя найденные значения в формулу, определяем толщину изоляции

       

где 6000 — коэффициент теплоотдачи от кипящей воды к стенке, Вт/(м^2*град);

      0,005 — толщина стенки автоклава, м;

       50 – коэффициент теплопроводности стали Вт/(м^2*град);

      0,1 – толщина теплоизоляции, м

       

       Расход  воды для охлаждения консервов в  автоклаве:

       

где - масса продукта ( =92 кг);

       - удельная теплоемкость продукта [ = 3,56 кДж/(кг *град)];

      - начальная температура продукта или температура стерилизации ;

       – конечная температура продукта =112 ;

       – начальная температура воды =15 ;