Совершенствование технологических процессов

,                                                                      (4)

             

                           

Определяем размеры наружного  котла, установив предварительно его  диаметр,  который должен быть больше диаметра варочного сосуда на 0,1 м. Это  необходимо  для  того,  чтобы  между   варочным  сосудом  и   наружным   котлом образовалось пространство, представляющее собой рубашку для промежуточного теплоносителя (см. таблицу 3).

               

,                                                                        (5)

 

,                                                                                                  (6)

Таблица  3– Исходные данные для расчета

Показатели	Обозначение	Величина	Примечание
Давление в варочном сосуде, кПа			Котел работает без избыточного давления
Коэффициент заполнения варочного сосуда		0,82	Для того, чтобы вода расширившись при нагревании, не переливалась через кромку варочного сосуда, заполняют содержимым на 80 – 90 %. В расчет принимаем  =0,82
Максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения, кг		205
Варочный сосуд цилиндрической формы с вогнутым дном
		0,8	Варочный сосуд выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной =2 мм
		0,05

   

 

 

Продолжение таблицы 3

Показатели	Обозначение	Величина	Примечание
Зазор между стенками варочного сосуда и наружного котла, м		0,05	По конструктивным соображениям
Крышка варочного сосуда одинарная сферическая выпуклая, мм		2	Крышка выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной 2 мм
Наружный котел цилиндрический, мм		3	Выполнен из углеродистой стали
Кожух		0,5	Выполнен из листовой углеродистой стали, покрытой светлой эмалью с толщиной листа 0,5 мм
Температура наружной поверхности котла, °С		60	Согласно требованиям  ГОСТ 16997-77
Избыточное давление пара в пароводяной рубашке, кПа		40 (0,4)	Согласно требованиям  ГОСТ 16997-77
Степень сухости пара		0,9
Количество воды, испарившейся при стационарном режиме, кг		2,05
Температура воздуха  в помещении,  °С		18
Время работы котла при  стационарном режиме, ч		1,0
Время разогрева котла, мин		55
Температура на крышке котла  при стационарном режиме работы, °С		95
Размеры парогенератора:			По аналогии с серийно  выпускаемыми аппаратами
длина, мм		400
ширина, мм		200
высота, мм		200
Каркас и арматура котла, кг		250	% от массы варочного  сосуда
Постамент, кг		400	% от массы варочного  сосуда
Начальная температура воды, °С		12
Температура кипения воды в варочном сосуде, °С		100

 

 

Устанавливаем толщину изоляции стенок наружного котла, для чего предварительно определяем удельные потери теплоты теплоизолированным котлом и коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности котла воздуха

соответственно по формулам и для  тонкой стенки; температуру изолированной стенки = 60°С по таблице, температуру стенки наружного котла‚ принимаем равной температуре пара (при заданном избыточном давлении 40 кПа =109,3°С).

          

                                                        (7)

                                                                    (8)

 

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²ּ°С;

          q – потери теплоты, Вт/м²;

t - температура внутренней поверхности изоляции, °С;

t - температура воздуха, °С.

 Находим коэффициент теплопроводности  мятой (гофрированной) альфоли:

 

                                                        (9)

        

                                                                                  (10)

 

 

Толщина изоляции определяется из формулы:

 

                                                                             (11)

 

Диаметр защитного кожуха D , будет равен

       

                                                                                             (12)

Учитывая, что для удобства обслуживания общая высота котла  не должна превышать Н м и принимая сферическую крышку м, определяем высоту постамента

 

                                                             (13)

 

          3.1.2 Расчет  теплового баланса котла

 

Тепловой баланс электрического котла  рассчитывается для нестационарного и стационарного режимов работы.

Для нестационарного режима тепловой баланс выражается формулой:

 

                                                                                         (14)

 

 

 

Для стационарного режима тепловой баланс выражается формулой:

 

                                                                                            (15)

 

Как указано в таблице, полезная теплота при расчете пищеварочных котлов определяется из условия нагревания и кипячения воды.

Полезная теплота для нестационарного режима определяется по формуле

 

                                                                              (16)

,

 

                                                                                          (17)                                                     

 

где - плотность воды.

Полезная теплота для  стационарного режима определяется по формуле:

 

                                                              (18)

 

где r при атмосферном давлении,

 

                                                                                     (19)

 

Конечная температура воды равна температуре кипения воды при атмосферном   давлении   и составляет  .   Потери   теплоты

 

ограждениями котла в окружающую среду определяются для нестационарного и стационарного  режимов работы по формулам (20) и (21) соответственно:

 

                                                                          (20)

,                                                                     (21)                                                      

 

где - соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь и

температура I-того элемента поверхности аппарата, Вт/(м² ּ°С), м², °С;

- время работы аппарата, с.

Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндра по выражению

 

                                                                         (22)

 

Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяется приблизительно как площадь круга

 

                                                                           (23)

 

Начальная температура ограждений принимается равной температуре  воздуха в помещении

                                            

Коэффициент теплоотдачи  может быть рассчитан соответственно для стационарного и нестационарного  режимов, при этом средняя температура    i-того элемента ограждения за период разогрева определяется как среднеарифметическая начальной и конечной :

 

 

;

 

;

 

 

 

По формулам (20) и (21) находим  и :

 

 

 

где

 

         

где 

 

 

Потери теплоты дном котла незначительны, и ими можно пренебречь. Потери на разогрев конструкции определяется по формуле (24), используя данные таблицы 4:

                                                                                   (24)

Таблица 4 – Вспомогательные величины для расчета

Основные элементы	Формула для определения объема	Объем	Материал	Плотность , кг/ м³	Масса кг	Конечная температура , °С	Теплоемкость материала , Дж/(кг°С)
Варочный сосуд			Сталь нержавеющая	7800	27,92		462
Крышка и горизонтальная боковая поверхность			То же	7800	9,27		462
Наружн-ый котел с парогенератором электри-ческого котла			Сталь углеродистая	7800	70,44		462
Теплоизоляционная конструкция			Альфоль	20	0,28		92
Кожух котла			Сталь углеродистая	7800	12,78		462
Вода в парогенераторе			Вода	1000	16,00		4187
Каркас и арматура	Таблица	–	Сталь углеродистая	7800	69,8		462

 

 

 

По формуле (24) определяем

 

 

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

 

3.1.3. Расчет минимальной поверхности  нагрева варочного котла.

Для определения минимальной поверхности нагрева варочного котла следует определить количество теплоты, которое должно быть передано через поверхность нагрева за время

 

 

Коэффициент теплоотдачи для случая передачи теплоты от паровоздушной смеси к воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(м²ּ˚С).

Время разогрева 

Среднеарифметическая разность температур определяется по формуле:

 

 

Количество теплоты, переданное через  поверхность нагрева, равно

         (25)

 

 

 

 

Необходимая площадь нагрева:

                                                                              (26)

 

Фактическая поверхность нагрева:

 

                                                          (27)

т. е. больше необходимой.

Расход теплоты на нестационарный режим работы котла равен, см. формулу (14):

 

 

Расход теплоты на стационарный режим работы котла равен, см. формулу (15):

 

Коэффициент полезного действия котла  при нестационарном режиме работы по формуле (25):

 

                                                                 (28)

 

Удельные металлоемкость и расход теплоты, определяемые по формулам соответственно равны:

                                                                  (29)

 

Мощность нагревательных элементов  при нестационарном и стационарном режимах работы электрического котла  соответственно составит, см. формулы (30) и (31):

 

                                                                               (30)

                                                                               (31)

 

Соотношение мощности электрического котла при нестационарном и стационарном режимах равно