Расчет процесса периодического запаривания картофеля

Особенность процесса запаривания картофеля состоит в том, что пар, проходя в порах между клубнями, конденсируется на их поверхности и скорость его продвижения уменьшается. Таким образом, клубень, находящийся возле парораспределителя, начинает нагреваться сразу после пуска пара в чан, а находящийся в отдаленной точке чана — по прошествии определенного времени. При этом скорость распространения пара зависит от типа парового насадка (точечный, линейный или плоскостной), расхода пара и начальной температуры клубней. Продолжительность нагревания клубней зависит от их теплофизических характеристик, начальной и конечной температур клубня.

Продолжительность распространения пара на расстояние h при пуске из плоскостного насадка (фронт распространения пара — плоскость)

Продолжительность нагревания клубней от начальной t₀ до заданной t_r температуры

где F — поперечное сечение чана, м²; h = H — длина (высота) запарочное чана при

расположении парового насадка в его нижней части, м;
ρ — насыпная плотность корнеклубнеплодов, кг/м³;
с — теплоемкость картофеля (3,8…2,1)·10³ Дж/кг·град;
t_п — температура пара, °С;
G — расход пара, кг/с;
R — средний эквивалентный по объему радиус клубня, м;
α - коэффициент температуропроводности клубня картофеля (0,10…0,12)·10^-6 м² /с;
t_г — температура готовности клубней, обычно равна 94…98 °С;
0,75 — поправочный коэффициент, учитывающий неправильную форму клубня.

Естественно, что готовность массы картофеля определяется по готовности самого удаленного от места пуска пара клубня. Тогда общая продолжительность запаривания
τ₁ = τ' + τ"
Продолжительность загрузки картофеля в чан зависит от производительности вертикального загрузочного шнека Q₂

где V = F·H — вместимость запарочного чана, м³.
Производительность вертикального шнека

где Д − диаметр шнека, м;
d − диаметр вала, м;
k₃ − коэффициент заполнения шнека (0,3…0,4);
v_оср − средняя скорость материала вдоль оси шнека, по экспер. данным Куцына Л.М.

где S — шаг шнека, м;
n — частота вращения шнека, мин^-1;
m — опытный коэффициент, при S/D = 0,5…0,6 и n = 200…300 мин^-1, m = 1,5…1,8. Большим значениям S и n соответствуют меньшие значения m.
Продолжительность выгрузки запаренного картофеля

где Q₃ — производительность

где φ - коэффициент наполнения поперечного сечения шнека, при выгрузке запаренного

картофеля из чана φ=1.

Производительность картофелезапарочного агрегата периодического действия

где φ_r — коэффициент заполнения запарочного чана, φ_r = 0,9…0,95.

Эту формулу можно записать представить в таком виде:

где Q₁ — производительность процесса запаривания

Как видно из формулы, общую производительность агрегата можно увеличить, увеличивая производительность отдельных процессов.

Производительность процесса запаривания можно увеличить только за счет сокращения времени заполнения паром чана τ', что возможно за счет увеличения производительности парообразователя, поскольку τ" зависит только от свойств клубней и температуры насыщенного пара.

Производительность загрузочного и выгрузного шнеков можно увеличить только за счет частоты их вращения. Конструктивные параметры можно изменять лишь при разработке нового агрегата.

При разработке новых картофелезапарочных агрегатов необходимо стремиться, чтобы удельная поверхность чана, отнесенная к единице объема, была минимальной. При этом будут и минимальные потери тепла через стенки чана. Этому условию удовлетворяет сфера. Однако в конструктивном выполнении это не самое удачное решение. Поэтому чан изготавливают цилиндрическим, стараясь выполнить соотношение Н: Д = 1.

Формулу производительности агрегата можно представить в таком виде:

или

Если в общем случае принять Н = Д, то

Общее количество тепла на запаривание

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄

Количество тепла на нагрев продукта до температуры готовности
W₁ = Vρφ_rc(t_r - t₀) Дж.

Количество тепла на нагрев стенок чана

W₂ = M_rc_r(t_r - t_0r) Дж,

где M_r — масса нагреваемой части чана;

с_r — теплоемкость материала, из которого сделан чан для стали с_r = 460 Дж/кг. град.;

t_r — температура нагрева чана;

t_r — температура, до которой успеет охладиться чан за время загрузки и выгрузки

очередной порции продукта, если происходит разовое запаривание, то t_or = t₀.

Количество потерь тепла через стенки чана:

W₃ = F_rα(t_rcp - t_b)(τ₁ + τ₂ + τ₃) Дж,

где F_r — наружная поверхность чана, м;

t_rср — средняя температура поверхности чана за время полного цикла запаривания;

t_в — температура окружающего воздуха;

α - коэффициент теплоотдачи от поверхности чана к окружающему воздуху, в закрытом помещении α = 10…60 Вт/м²·град.

Количество тепла, уходящее с конденсатом:

W₄ = Vρτ_rU_удc_b(t_k - t_b) Дж,

где c_в — теплоемкость конденсата (воды), 4,19 КДж/кг;

U_уд — удельный расход пара на запаривание, для существующих

картофелезапарочных агрегатов U_уд = 0,17…0,22 кг/кг.

t_в — температура воды, поступающей в парообразователь;

t_к — средняя температура конденсата, в начале запаривания t_к = t₀ , в конце запаривания t_к = t_г;

Расчетным путем удельный расход пара определяется по формуле:

где i — теплосодержание пара, Дж/кг.

Коэффициент полезного действия использования тепла запарником

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: