Методика расчета

Расчет производительности печи. Производительность печного агрегата G_x кг/ч, с люлечно-подиковым конвейером.

,

где n_л количество рабочих люлек конвейера (n_л = 36); n_ф – количество форм с хлебом на люльке (n_ф = 24); g_х – масса одной буханки хлеба, кг; τ – продолжительность выпечки, мин.

Суточная производительность хлебопекарной печи П_сут, кг/сутки,

,

где 23 – время работы печи в сутки, ч.

Расчет теплового баланса пекарной камеры. Уравнение теплового баланса пекарной камеры для непрерывноработающей печи имеет следующий вид:

,

где q₁^п.к - теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг хлеба (полезная теплота), кДж/кг; q₂^п.к - теплота на перегрев пара, подаваемого для увлажнения среды пекарной камеры и тестовых заготовок, кДж/кг; q₃^п.к - расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха, кДж/кг; q₄^п.к - расход теплоты на нагрев транспортных устройств, кДж/кг; q₅^п.к - потери теплоты в окружающую среду через ограждения пекарной камеры, кДж/кг; q₆^п.к - потери теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры, кДж/кг; q₇^п.к - потери теплоты излучением через посадочное окно пекарной камеры в окружающую среду, кДж/кг; q₈^п.к - расход теплоты на аккумуляцию, кДж/кг.

Теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг хлеба q₁^п.к

где W^’_исп = 8,1 %-упек относительно горячего хлеба (тогда массовая доля влаги, испарившейся на 1 кг хлеба, составит W^’_исп = 0,081 кг на 1 кг горячего хлеба); i_п.п – энтальпия перегретого пара при температуре t^’_п.к и атмосферном давлении р = 100 кПа (прил., табл. П-3.3), i_п.к = 2727 кДж/кг; i_в – энтальпия воды в тесте при температуре теста tm, °С, (прил., табл. П-3.4), t_в = 125 кДж/кг; g_к –содержание корки в 1 кг горячего изделия, g_к = 0,285 кг/кг; с_к –удельная теплоемкость корки, с_к = 1,47 кДж/(кг·К); t_k – средняя температура корки, °С, принимается равной среднеарифметической температур поверхности корки и подкорочного слоя, t_k =120 °С; t_m – температура теста, °С; g_с.м – содержание сухого вещества мякиша в 1 кг хлеба, кг/кг;

W_x – содержание влаги в 1 кг хлеба в момент выхода его из пекарной камеры, кг влаги на 1 кг горячего хлеба, W_x = 0,45 кг/кг; с_с.м – удельная теплоемкость сухого вещества мякиша хлеба, с_к = с_с.м = 1,47 кДж/(кг·К); с_в – удельная теплоемкость воды, с_в = 4,187 кД)/(кг·К); t_м – средняя температура мякиша горячего хлеба, t_м = 98°С.

Расчет теплоты на перегрев пара, подаваемого для увлажнения среды пекарной камеры и тестовых заготовок q₂^п.к ,

где i_н – энтальпия насыщенного пара при давлении перед пароув-лажнительным устройством p₁ = 120 кПа и степени сухости пара х = 0,9, по таблице водяного пара в состоянии насыщения (прил., табл. П-3.4) находим i = 439 кДж/кг; i_н вычисляем по формуле

,

i_п.п определяем при t'_п.к = 125 кПа и p = 100 кПа, i_п.п = 2727 кДж/кг; D_п – массовая доля насыщенного пара, поступающего в пекарную камеру на 1 кг горячего хлеба, D_п = 0,09 кг/кг.

Расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха q₃^п.к

,

где с_р - массовая удельная теплоемкость воздуха, с_р = 1,005 кДж/кг; d^’_п.к - влагосодержание горячего влажного воздуха в сечении посадочного окна на выходе из пекарной камеры, кг на 1 кг сухого воздуха, при φ^’_п.к = 40 % и t^’_п.к = 125 °С, d^’_п.к = 0,421 кг/кг (см. прил., табл. П-3.5); d_в - влагосодержание воздуха, при φ_в = 70 % и температуре t_в = 25 °С, d_в = 0,0142 кг на 1 кг сухого воздуха (см. прил., табл. П-3.5).

Расход теплоты на нагрев транспортных устройств q₄^п.к отсутствует, т. к. конвейер печи не выходит за пределы пекарной камеры. Потеря теплоты будет происходить только при охлаждении форм, выходящих из печи,

где g_м.ф - масса металла форм, приходящаяся на 1 кг хлеба, g_м.ф = 0,61 кг/кг; см - удельная теплоемкость стали, с_м = 0,462 кДж/(кг·К); t^”_ф - температура формы при выходе из печи, t^”_ф =166 °С; t^’_ф - температура формы при входе в пекарную камеру, t^’_ф = 30 °С.

Потери теплоты ограждениями пекарной камеры q₅^п.к

,

где G_x - производительность печи, кг/ч; Q_о.с - потеря теплоты ограждениями пекарной камеры в окружающую среду, Вт,

,

где C₀ = 5,67 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К), от поверхности стенок пекарной камеры в окружающую среду

При теплоотдаче от вертикальных стенок в качестве определяющего размера принимается высота h₁ боковых стенок (рис. 14).

Температура среды t_в является определяющей. Средняя температура поверхности ограждений t_п = 40 °С. Средняя температура стен помещения t_ст принимается равной температуре воздуха в помещении t_в.

При t_в для воздуха находим (прил., табл. П-3.6) следующие теплофизические характеристики: кинематическую вязкость v, м²/с; коэффициент теплопроводности λ₁, Вт/(м·К); число Прандтля Рr.

Коэффициент объемного расширения воздуха

Число Грасгофа

.

где

Вычислим произведение

.

Рисунок 1. Расчетная схема печи

При GrPr > 10⁹ (турбулентный режим)

.

Отсюда коэффициент теплоотдачи конвекцией α_к, Вт/(м²·К),

.

Для горизонтальной поверхности ограждения печи

.

Площадь вертикальных поверхностей ограждения, м², составляет (см. рис. 3.30): h₁ = 2,7 м; h₂ = 1,8 м; l₁ = 7,76 м; l₂ = 5,26 м; l₃ = 2,5 м; b₁ = 3,05 м,

,

где F₁ - площадь переднего вертикального ограждения пекарной камеры, м²,

,

F₂ – площадь заднего вертикального ограждения пекарной Камеры, м²,

,

F₃ – площадь вертикального ограждения боковой стенки пекарной камеры, м²,

.

Площадь верхнего горизонтального ограждения пекарной камеры, м²,

.

Потеря теплоты пекарной камеры вертикальными поверхностями, Вт,

.

Потеря теплоты пекарной камеры верхней горизонтальной поверхностью ограждения, Вт,

где ε_n = 0,9 – коэффициент теплового излучения наружной поверхности стенки.

Общая потеря теплоты ограждениями Q_о.с, Вт,

.

Определяем потерю теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры. Производим расчет участка стенки длиной l₄ = 4,41 м (см. рис. 3.30), в котором отсутствуют газоходы и другие тепловыделяющие устройства,

,

,

г де Q_н.с – потеря теплоты пекарной камеры через нижнюю стенку печи, Вт; λ₂ – коэффициент теплопроводности изоляционного материала (шлаковая вата), λ₂ = 0,086 Вт/(м·К); δ – толщина стенки, м; f_н.с – площадь поверхности нижней стенки, м², через которую теряется теплота пекарной камеры.

,

г

Рис.2. Номограмма для определения углового коэффициента излучения.

де t_ст – температура стенки со стороны передней камеры, принимаем равной температуре среды в нижней зоне печи, t_ст = 175 °С; t_пол – температура пола, t_пол = 20 °С.

Находим потери теплоты излучением через посадочное окно печи размерами h₃ = 0,23 м, b₂ = 2,3 м (см. рис. 14).

Площадь окна f, м²,

.

Тепловой поток через окно можно определить по формуле

,

где ε = 1 – коэффициент теплового излучения отверстия, φ – угловой коэффициент (рис. 15); Т_п.к – средняя температура пекарной камеры, К,

,

T_ст – температура стен в печном зале, принимается равной температуре воздуха t_в, К; t_п.к.1 – температура в нижней зоне печи, t_п.к.1 = 175°С.

Печь рассчитывается для непрерывной работы и при установившемся тепловом режиме, поэтому q₈^п.к = 0.

Тепловой поток от системы обогрева в пекарную камеру, Вт:

.

Технологический КПД пекарной камеры, %,

.

Таблица № 13 – Варианты индивидуальных заданий

Предпоследняя цифра зачетной книжки	gк, кг	τ, мин	W/исп, %	tm, °С	Последняя цифра зачетной книжки	t//ф, °С	t/пк, °С	δ, м	tв, °С
1	0,6	48	8,1	23	1	164	121	0,83	19
2	0,5	45	8,0	24	2	163	122	0,84	20
3	0,3	44	7,9	25	3	162	123	0,85	21
4	1,0	53	7,8	26	4	161	124	0,86	22
5	0,8	51	7,7	27	5	160	125	0,87	23
6	0,6	50	7,6	28	6	159	126	0,88	24
7	0,5	49	7,7	29	7	158	127	0,89	25
8	0,3	47	7,8	30	8	157	128	0,90	26
9	1,0	55	7,9	31	9	159	129	0,91	27
0	0,8	54	8,0	32	0	160	128	0,91	28

Задача № 4. Расчет обжарочной печи

Задание. Выполнить расчет обжарочной печи, если заданы: производительность печи G, кг/с; вид обрабатываемого продукта; способ нагрева масла; средняя температура активного слоя масла t, °С, масса продукта водной сетке G_пр, кг.