Применение теплоты в сельском хозяйстве: Тематика заданий и методические указания по выполнению контрольной работы

Федеральное агентство по сельскому хозяйству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский Государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»

УДК 631.37

Рецензенты: доктор технических наук, профессор Авдеев А.В. (ВИСХОМ им. В.П. Горячкина); кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Бегеулов М.Ш. (МСХА им. К.А. Тимирязева).

Н.И. Малин Малин Н.И.

Применение теплоты в сельском хозяйстве Тематика заданий и методические указания по выполнению контрольной работы Для студентов 5-го курса заочной формы обучения, специальностей 03.05.01 и 10.04.00

Применение теплоты в сельском хозяйстве. Тематика заданий и методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения, специальностей 03.05.01 и 10.04.00. – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2005. – 31 с.

В издании приведены основные сведения (в том числе справочного характера), достаточные для самостоятельного выполнения студентами заочной формы обучения контрольной работы по дисциплине «Применение теплоты в сельском хозяйстве». Для студентов специальностей 03.05.01 и 10.04.00.

© ФГОУ ВПО МГАУ, 2005

Москва 2005 2

1. Методические указания по выполнению контрольной работы 1.1. Рекомендуемая литература Основная 1. Тепло-и водоснабжение сельского хозяйства/Под ред. С.П. Рудобашты. Учебное пособие для с.х. вузов. – М.: Колос, 1997. – 510 с. 2. Драганов Б.Х., Кузнецов А.В., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Агропромиздат, 1990. – 463 с. 3. Амерханов Р.А., Бессараб А.С., Драганов Б.Г., Рудобашта С.П. и др. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства/Под ред. Б.Х. Драганова. – М.: Колос-Пресс, 2002. – 424 с. Дополнительная 4. Драганов Б.Х., Есин В.В., Зуев В.П. Применение теплоты в сельском хозяйстве/Под ред. Б.Х. Драганова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев, Вища школа, 1990. – 319 с. 5. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Колос, 1986. – 287 с. 6. Захаров А.А. Практикум по применению теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Агропромиздат, 1985. – 175 с. 7. Курсовое проектирование по теплотехнике и применению теплоты в сельском хозяйстве. Учебное пособие для вузов/Под ред. Б.Х. Драганова. – М.: Агропромиздат, 1991. – 176 с. 1.2. Общие указания В процессе изучения дисциплины «Применение теплоты в сельском хозяйстве», студентам заочной формы обучения необходимо внимательно ознакомиться с рекомендуемым для изучения материалом в соответствии с рабочей программой дисциплины. До приезда на сессию желательно поближе ознакомиться с основными технологическими процессами с использованием теплоты, по месту своей работы, либо на ближайшем к месту жительства сельскохозяйственном, или другом предприятии агропромышленного комплекса. 1.3. Указания по выполнению контрольной работы Завершающим этапом самостоятельного изучения студентами заочной формы обучения дисциплины «Применение теплоты в сельском хозяйстве», является выполнение ими контрольной работы. Варианты заданий по темам следует выбирать по двум последним цифрам шифра студента (согласно нижеприведенным таблицам по каждой теме). При написании контрольной работы студент может использовать дополнительные источники и фактические материалы, полученные из опыта своей практической работы, либо по данным предприятия. Контрольная работа может быть написана от руки (при этом она должна быть аккуратной по внешнему оформлению). Желательно выполнение контрольной работы в компьютерной верстке. В конце каждого раздела работы следует привести список фактически использованной литературы, с указанием фамилии автора (фамилий авторов), наименования книги, издательства, года издания и использованных для 3

выполнения работы страниц этого источника. 2. Основы расчета и контрольные задания по темам Задание 1 Подобрать калориферную установку для нагрева воздуха в объеме V с начальной температурой tн = tн.в до конечной tк = tв, при теплоносителе – воде, с температурой в подающей магистрали tг = 95 0С и в обратной tо = 70 0С. Расчет провести для климатического района с барометрическим давлением р, согласно нижеприведенным исходным данным. Последняя ПредпоследV, 0 цифра , С няя цифра tн.в, 0С р, кПа t в м3/ч шифра шифра 0 22000 13 0 - 10 93,2 1 13200 10 1 - 23 99,3 2 14000 12 2 - 25 95,2 3 20000 15 3 -5 97,3 4 12000 18 4 - 18 99,3 5 8000 14 5 - 11 101,3 6 10000 16 6 - 20 99,3 7 15000 20 7 - 10 99,3 8 18000 12 8 -8 99,3 9 12500 10 9 - 20 97,3 Общие сведения, основы расчета и методика подбора калориферов Для воздушного отопления и вентиляции теплиц, животноводческих и других производственных помещений (а также, как вариант, - в конвективных сушильных установках), применяются водяные, паровые и электрические калориферы. Во всех конструкциях калориферов сохраняется один принцип работы: воздух, нагнетаемый вентилятором, проходит через теплообменник, в котором нагревается за счет теплоты горячей воды, пара, или электронагревателя. В одноходовых калориферах теплоноситель движется в одном направлении сразу по всем трубкам (т.е. параллельно), в многоходовых – многократно изменяя направление движения (т.е. последовательно), что достигается устройством соответствующих перегородок в коллекторах. Одноходовые калориферы применяются при теплоносителе паре и воде, многоходовые – только при теплоносителе – воде. Калориферная установка обычно представляет собой пакеты из двух или четырех калориферов. Для нагревания значительных объемов воздуха при относительно небольшом перепаде температур применяется параллельная установка калориферов. Чтобы нагреть воздух до более высокой температуры, калориферы устанавливают последовательно. Присоединение калориферов к водяным сетям также осуществляется по параллельной или последовательной схеме, к паровым – только по па4

раллельной схеме. Калориферы всех типов и моделей делятся (см. табл. 1.1) на номера, отличающиеся площадью поверхности нагрева и присоединительными размерами. Водяные калориферы в обозначении начинаются с букв КВ, паровые - с КП; третья буква означает число рядов трубок: С – три, Б – четыре ряда. Тепловой поток (Вт), необходимый для нагрева воздуха, определяют по формуле: Ф = 0,278 ⋅ V ⋅ ρ В ⋅ с ⋅ (t К − t H ), (1.1) 3 где V - расход нагреваемого воздуха, м /ч; ρ В - плотность воздуха при температуре воздуха t К (0С) после калорифера и барометрическом давлении р (кПа), кг/м3; с – массовая изобарная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1 кДж/(кг⋅К); t Н - температура наружного воздуха на входе в калорифер, 0С. 1.1. Техническая характеристика некоторых типов пластинчатых калорифров Номер калорифера 6 7 8 9 10 11 12

Площадь поверхности нагрева, м2 КВС-П КПС-П КВБ-П КПБ-П 11,4 15,14 14,6 18,81 16,92 22,44 19,56 26,0 25,08 33,34 72,0 95,63 108,0 143,5

Площадь живого сечения, м2

По воздуху КВС-П КВБ-П 0,139 0,172 0,205 0,238 0,303 0,867 1,299

КПС-П КПБ-П 0,267 0,329 0,392 0,455 0,581 1,66 2,49

По теплоносителю КВС-П

КПС-П

КВБ-П

КПБ-П

0,00116 0,00116 0,00116 0,00116 0,00116 0,00232 0,00347

0,00523 0,00523 0,00523 0,00523 0,00523 0,0105 0,1568

0,00154 0,00154 0,00154 0,00154 0,00154 0,0031 0,0046

0,00697 0,00697 0,00697 0,00697 0,00697 0,01394 0,02091

Плотность воздуха (кг/м3) 273 р ρ в = 1,293 ⋅ ⋅ . (1.2) 273 + t к 101,325 2 Расчетная площадь живого сечения (м ) калорифера для прохода воздуха

fР =

V , 3600 ⋅ (υ ⋅ ρ )Р

(1.3)

где (υ ⋅ ρ ) Р - расчетная массовая скорость воздуха, кг/(с⋅м2); по экономическим соображениям, с целью недопущения перерасхода электроэнергии на 2 привод вентилятора, принимают (υ ⋅ ρ )Р = 4...12 кг / с ⋅ м . По таблицам конструктивных характеристик калориферов подбирают модель и номер калорифера с площадью живого сечения по воздуху, близкой к расчетной. При параллельной (по ходу воздуха) установке нескольких калориферов учитывают их суммарную площадь живого сечения.

(

)

Действительная массовая скорость воздуха в калорифере (υ ⋅ ρ ) = V . (1.4) 3600 ⋅ f Р

[

w=

Ф , 10 ⋅ ρ В ⋅ с В ⋅ (t Г − t О ) ⋅ f ТР

(1.5)

3

где Ф - тепловой поток, расходуемый на нагрев воздуха, Вт; ρ В - плотность воды; определяется по диаграмме (рис. 1) при средней температуре t ср/ = (tг + tо)/2, кг/м3; с В - теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг⋅К); f ТР - площадь живого сечения трубок калорифера по теплоносителю, м2; t Г и t О - температуры воды на входе в калорифер и на выходе из него, 0С. 1.2. Формулы для расчета коэффициента теплопередачи пластинчатых калориферов к, Вт/(м2⋅К), при теплоносителе

Марка калорифера КВС-П КВБ-П КПС-П КПБ-П

вода

пар

к = А ⋅ (υ ⋅ ρ ) ⋅ w m

к = А ⋅ (υ ⋅ ρ )

n

А 20,8 19,7 -

n 0,32 0,32 -

m 0,13 0,13 -

А 25,0 23,8

n

Сопротивление одного ряда калориферов, Па

р к = А(υ ⋅ ρ )

n 0,296 0,296

A 2,16 2,75 6,02 8,15

n

n 1,65 1.65 1,65 1,65

Когда калориферы присоединены к трубопроводам теплоносителя параллельно, расход теплоты на нагрев воздуха в каждом калорифере составляет Ф / n , где n - число калориферов; если соединение последовательное, в расчет берут общее количество теплоты, найденное по формуле (1.1). Фактический тепловой поток, передаваемый калориферной установкой нагреваемому воздуху, определяют по формуле / Ф К = к ⋅ F ⋅ t ср − t ср , (1.6)

(

)

где к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅К); F - площадь поверхности нагрева калорифера, м2 (значение F принимается для выбранной модели и номера калорифера; при последовательной установке нескольких калориферов учитывают их суммарную площадь поверхности нагрева); t ср - средняя температура нагреваемого воздуха tср = (tк + tн)/2, 0С; 0

пература теплоносителя, С. 5

)]

(

2 Определяют коэффициент теплопередачи к Вт / м ⋅ К для выбранной модели калорифера в зависимости от вида теплоносителя, его скорости (для воды) и массовой скорости нагреваемого воздуха. Расчетные формулы для определения коэффициента теплопередачи некоторых моделей пластинчатых калориферов приведены в табл. 1.2. Скорость воды (м/с) в трубках калорифера

6

t

/ ср

- средняя тем-

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Плотность воды ρв, кг/м3

1000 990 980 970 960 950

930 920 910 20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

Средняя температура воды в приборе, 0С Рис. 1.1. Диаграмма для определения плотности воды Если теплоносителем является насыщенный пар, с избыточным давлением р ≤ 29,4 кПа , то

t

/ ср

= 100 С , при р f 29,4 кПа 0

t

/ ср

= t S (температура

насыщения пара при соответствующем давлении). Теплоотдача Ф к должна быть на 15…20% больше расчетного расхода теплоты Ф , необходимой для нагревания воздуха. Если это условие не удовлетворяется, то принимают калорифер другого номера (а может быть, и другой модели) или несколько последовательно (или параллельно) установленных калориферов и повторяют расчет. Для определения давления, которое должен развивать вентилятор калориферной установки, требуется знать сопротивление калорифера проходу воздуха р к наряду с другими аэродинамическими сопротивлениями приточной вентиляционной системы. В табл. 1.2 приведены расчетные формулы для подсчета сопротивления р К одного ряда калориферов некоторых марок. При последовательной установке n одинаковых калориферов их сопротивление по воздуху равно ( n ⋅ р к ). Задание 2 Установить необходимые режимы вентилирования: удельный расход воздуха l, высоту насыпи h и продолжительность вентилирования τ зерновой насыпи, согласно нижеприведенным исходным данным. Последняя цифра Культура шифра 1 0 Рис-зерно 1 Рожь

Влажность, % 2

Предпоследняя цифра шифра

3 >18,0…19,0 >16,0…18,0

7

4 2 3 4 5 6 7 8 9

5 СВУ-1 СВУ-2 СВУ-1 СВУ-2 СВУ-1 СВУ-2 СВУ-1 СВУ-2

5 СВУ-1 СВУ-2

к конечного t з (0С), при одновременном повышении температуры воздуха от н к начального значения t в до конечного t в , т.е. при условии равенства: ∆Qз = ∆Qв, (2.1) н к к н ∆ t = (t зн − t зк ) = (t вк − t вн ) , t t t t или, при дополнительных условиях: з = в , з = в и соответственно: (2.2) Мзсз∆t = Vвρвcв∆t, где Мз и Vв – соответственно, масса зерна (кг) и объем воздуха (м3), нагнетаемого в зерновую массу; сз и св - соответственно, удельная теплоемкость зерна (с достаточной точностью определяемая из формулы смешения) и воздуха, кДж/(кг⋅К); при нормальных условиях (т.е. при температуре T = 273,15 К и барометрическом давлении В = 1,01325⋅105 Па) св = 1,004 кДж/(кг⋅К); ρв – плотность воздуха, кг/м3; при нормальных условиях ρв = 1,293 кг/м3. Преобразовав последнее выражение относительно Vв, получим с с М с ∆t Vв = з з = М з з = М з з/ , (2.3) ρ в с в ∆t ρ в св с где с/ - объемная теплоемкость воздуха, кДж/(м3⋅К); при нормальных условиях с/ = свρв = 1,004⋅1,293=1,298 кДж/(м3⋅К). Необходимый удельный расход воздуха V (м3/т), нагнетаемого в зерновую насыпь на вентилирование с целью понижения температуры 1т зерна до значения температуры воздуха, составит:

V = 1000

Тип установки 4

0 1

3 >9,0…10,0 >8,0…9,0 ≤16,0 >16,0…18,0 >18,0…20,0 ≤16,0 >18,0…20,0 >16,0…18,0

Основы расчета необходимого расхода воздуха и продолжительности вентилирования для снижения температуры зерна В основе расчета удельного расхода воздуха и продолжительности вентилирования лежит уравнение теплового баланса процесса, согласно которому, количество отбираемой от зерновой массы теплоты ∆Qз равно количеству теплоты ∆Qв, сообщаемой воздуху и выносимой им из зерновой нан сыпи, при понижении температуры зерна от начального значения t з (0С) до

940

10

2 Подсолнечник Клещевина Просо Гречиха Пшеница Ячмень Бобовые Овес

Vв с = 1000 з/ . Mз с

(2.4)

Пример. Вентилированию подлежит партия зерна пшеницы влажностью w=21%; параметры воздуха соответствуют нормальным условиям, т.е. ρв = 1,293 кг/м3 и с/ = 1,298 кДж/(м3⋅К). Удельная теплоемкость зерна с з ,

8

кДж/(кг⋅К), c учетом удельной теплоемкости сухого вещества зерна с с.в. и воды c w , согласно формуле смешения, составляет

с =с з

с .в .

100 − w w 100 − 21 21 + cw = 1,55 + 4,19 = 2,104 . 100 100 100 100

Отсюда, необходимый расход воздуха для понижения температуры 1т зерна до значения температуры воздуха, составит: 2,104 V = 1000 с/з = 1000 = 1621 м3/т. 1,298 с

В реальных условиях производства, в силу неравномерного распределения полей скоростей охлаждающего воздуха, и соответствующего наличия в зерновой массе так называемых застойных зон, охлаждение отдельных участков зерновой насыпи протекает с неодинаковой скоростью. Поэтому, для вентилирования всей насыпи, с учетом застойных зон, необходимый расход воздуха должен быть значительно больше теоретического, рассчитанного для идеальных условий. Исходя из этого условия, действующей Инструкцией по активному вентилированию зерна, для всех, используемых на предприятиях установок активного вентилирования, принята нормативная величина расхода воздуха V = 2000 м3/т. С учетом этой нормативной величины и фактического удельного расхода воздуха в единицу времени l, м3/(ч⋅т), обеспечиваемого той или иной установкой, необходимая продолжительность вентилирования τ (ч) с целью охлаждения зерна, определяется из отношения: τ = 2000/l. Величина фактического удельного расхода воздуха l является функцией следующих основных факторов: характеристик вентиляционной сети установки и вентилятора; толщины слоя, скважистости и соответствующего аэродинамического сопротивления зерновой насыпи. 2.1. Режимы вентилирования зерна различных культур в складах с целью снижения их температуры Влажность зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса, гречихи, бобовых, % ≤16,0 >16,0…18,0 >18,0…20,0 >20,0…22,0 >22,0…24,0

Удельный расход воздуха, м3/(ч⋅т) СВУ-1 40 50 80 120 210

СВУ-2 35 45 70 110 165

Высота насыпи, м пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса, гречихи бобовых Установки СВУ-1 СВУ-2 СВУ-1 СВУ-2 2,7 3,7 2,3 2,7 2,5 3,3 1,9 2,5 1,6 2,9 2,0 2,4 1,5 1,7 -

Продолжительность вентилирования, напрямую зависящая от величины l, должна отвечать условию сохранения качества зерна. Поэтому, с учетом того, что зерно повышенной влажности и температуры быстро самосо9

гревается, при вентилировании стремятся охладить его за возможно более короткое время. Сокращения времени вентилирования добиваются увеличением удельного расхода воздуха за счет уменьшения толщины подвергаемого охлаждению слоя зерна. Для достижения большего технологического эффекта охлаждение зерна рекомендуется проводить в ночное время, когда температура воздуха более низкая и нагрузка на электрическую сеть снижается вследствие сокращения объема других работ. 2.2. Режимы вентилирования семян подсолнечника и клещевины в складах с целью снижения их температуры

Влажность семян, %

≤8,0 >8,0…9,0 >9,0…10,0 >10,0…11,0 >11,0…12,0

Установка СВУ-1 Удельный Высота расход воздуха, насыпи, м 3 м /(ч⋅т) подподклещеклещесолсолвина вина нечник нечник 40 40 2,7 2,7 50 50 2,5 2,5 80 80 1,6 2,3 130 2,2 210 2,0

Установка СВУ-2 Удельный Высота расход воздуха, насыпи, м 3 м /(ч⋅т) подподклещеклещесолсолвина вина нечник нечник 35 35 3,7 3,7 45 45 3,3 3,3 70 70 2,9 2,9 110 110 2,4 2,4 165 2,0

2.3. Режимы вентилирования зерна риса в складах с целью снижения температуры Влажность зерна риса, % ≤15,0 >15,0…16,0 >16,0…17,0 >17,0…18,0 >18,0…19,0

Высота насыпи, м Установка СВУ-1 Установка СВУ-2 4,0 5,0 3,5 4,5 3,0 4,5 2,5 4,0 2,0 4,0

Удельный расход воздуха, м3/(ч⋅т) 30 35 40 45 60

Задание 3 Установить расчетом следующие параметры 1-й зоны сушки шахтной прямоточной зерносушилки: удельный расход агента сушки l1 (кг/кгисп.вл); удельный расход теплоты на сушку q1 (кДж/кгисп.вл); расход агента сушки L1 (кг/ч); расход теплоты Q1 (кДж/ч). При расчетах использовать нижеприведенные исходные данные (с обозначением параметров, принятым на рис. 3.1,а): производительность G, температура зерна θ, влажность зерна w, температура атмосферного воздуха t0 и агента сушки t1, влагосодержание атмосферного воздуха d0 и агента сушки d1. ПараПоследняя цифра шифра метры 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 G0, кг/ч 10000 14000 18000 22000 26000 G1, кг/ч 11432,0 15251,5 19047,6 22870,6 26697,7

10

5 6 7 8 18,50 18,00 20,00 19,50 14,50 14,00 16,00 15,50 Предпоследняя цифра шифра 3 4 5 6 15 20 0 5 50,0 45,0 45,0 50,0 15 20 0 5 140,00 130,00 130,00 140,00 4,50 5,00 2,20 3,00 5,18 5,75 2,53 3,45

9 19,00 15,00

Рис. 3.1. Схема процесса сушки зерна в зерносушилке: а - шахтной прямоточной; б – шахтной рециркуляционной; 1 – камера сгорания топки; 2 – смесительная камера; 3 – надсушильный бункер; 4, 13 –первая зона сушки; 5, 12 – вторая зона сушки; 6, 10 – зона охлаждения зерна; 7 – головка нории; 8 – бункер тепло-и влагообмена; 9 – третья зона сушки; 11 – башмак нории

1 2 3 4 w0, % 20,00 19,50 19,00 w1, % 16,00 15,50 15,00 Параметры 0 1 2 0 5 10 θ0 , 0 С 65,0 60,0 55,0 θ1 , 0 С t 0, 0С 0 5 10 t1, 0С 170,00 160,00 150,00 d0, г/кг 2,20 3,00 3,80 d1, г/кг 2,53 3,45 4,37

10 11 18,50 18,00 14,50 14,00

7 8 9 10 15 20 55,0 60,0 65,0 10 15 20 150,00 160,00 170,00 3,80 4,50 5,00 4,37 5,18 5,75

Основы расчета зерносушилки Расчет количества испаренной влаги и расхода агента сушки В основе расчета лежат материальные балансы. Баланс сухого вещества зерна - при его составлении исходят из условия, что в процессе сушки, из зерна, по мере изменения его влажности от w0 до w1,…,wn , уходит лишь влага, а масса сухого вещества Gс.в остается постоянной, т.е. 100 − w0 100 − wn 100 − w1 G с .в = G 0 = G1 = ... = G n = const. (3.1) 100 100 100 В данном выражении G0, G1,…, Gn - производительность, соответственно, по сырому зерну и после 1-й…n-й зон сушки, кг/ч. Используя приведенные в данном уравнении баланса соотношения, можно получать формулы расчета промежуточных (а также начальных и конечных) значений производительности зерносушилки и влажности зерна, рассчитывать количество испаренной в процессе сушки влаги. К примеру, 100 − w0 100 − w1 = G1 , 100 − wn 100 − wn G G wn = 100 − 0 (100 − w0 ) = 100 − 1 (100 − w1 ) ; Gn Gn Gn = G0

или

⎛ 100 − w1 ⎞ w − w1 ⎟⎟ = G 0 ⋅ 0 ; ⋅ ⎜⎜1 − 100 − w1 ⎝ 100 − w1 ⎠ ⎞ ⎛ 100 − w1 w − w1 100 − w1 . W1c = G 0 − G1 = G1 ⋅ − G1 = G1 ⋅ ⎜⎜ − 1⎟⎟ = G1 ⋅ 0 − w0 100 − w0 100 100 w − 0 ⎠ ⎝ W1c = G 0 − G1 = G 0 − G 0 ⋅

Или,

W1c = G 0

100 − w0 = G0 100 − w1

w0 G ⋅ w − G1 ⋅ w1 w . − G1 1 = 0 0 100 100 100

(3.2) (3.3) (3.4) (3.5)

где W1c - количество влаги, испаренной в 1-й зоне сушки, кг/ч.

11

12

для первой зоны сушки Qп1, кДж/ч. Баланс влаги - при его составлении исходят из того, что масса входяw щей в зону сушки влаги с сырым зерном (G 0 0 ) и свежим агентом сушки 100 d ( L 1 ) равна массе влаги, выходящей из этой же зоны сушки с просушен1000 w d/ ным зерном (G1 1 ) и отработанным агентом сушки ( L 1 ) , т.е. 100 1000 w0 d1 w1 d 1/ G0 ⋅ + L⋅ = G1 ⋅ + L⋅ , (3.6) 100 1000 100 1000

где L – массовый расход сухого агента сушки, кг/ч.; d1, d1/ - соответственно влагосодержание свежего и отработанного агента сушки, гводы/кгсух. в-ха. В данном выражении разность между (G 0

w0 w ) и (G1 1 ) представляет 100 100

собой массу W1с (кг/ч) испаренной в 1-й зоне сушки влаги, т.е. (G 0

w0 w ) − (G1 1 ) =W1с, 100 100

(3.7)

откуда, после преобразования, получим: ⎛ d / − d1 ⎞ 1000 ⎟ = W1c и L = W1c / L ⋅ ⎜⎜ 1 . ⎟ 1000 d ⎝ ⎠ 1 − d1

(3.8)

Обычно, для удобства расчетов, пользуются показателем «удельный расход сухого агента сушки на 1 кг испаренной влаги». Разделив левую и правую части последнего выражения на W, получим: 1000 L . =l= / (3.9) W1c d1 − d1 Расчет параметров зерна и агента сушки В основе расчета лежит тепловой баланс, составляемый по схеме материальных потоков, с учетом тепловых потерь. В сушилку вносится теплота: o с агентом сушки; например, для первой зоны сушки: L1·H1, кДж/ч; o с зерном (при производительности G и влажности w на выходе из зоны сушки); например, для первой зоны сушки: G1·с1·θ0, кДж/ч; o с влагой, удаляемой при сушке зерна; например, для первой зоны сушки: W1с⋅св⋅θ0, кДж/ч. Из сушилки выносится (с учетом потерь) теплота: o с отработанным агентом сушки; например, для первой зоны сушки: L1·H2, кДж/ч; o с просушенным зерном (при производительности, влажности и температуре θ на выходе из зоны сушки); например, для первой зоны сушки: G1·с1·θ1, кДж/ч; o в окружающую среду в результате потерь через ограждения; например, 13

Уравнение теплового баланса, например, для первой зоны сушки: (3.10) L1·H1 + G1·с1·θ0 + W1с⋅св⋅θ0 = L1· Н 1/ + G1·с1·θ1 + Qп1, где c1, св – соответственно, удельная теплоемкость зерна (на выходе из первой зоны сушки) и воды, кДж/кг; H1, Н 1/ – соответственно, энтальпия агента сушки на входе в 1-ю зону сушки и на выходе из нее, кДж/кг. Удельная теплоемкость зерна определяется, с учетом его влажности w (%), а также удельной теплоемкости воды [св = 4,19 кДж/(кг⋅К)] и сухого вещества зерна сс.в = 1,55 кДж/(кг⋅К)], по формуле: с = св

w 100 − w + c c .в . 100 100

(3.11)

Энтальпия агента сушки (и воздуха) определяется, с учетом его температуры t, влагосодержания d, а также удельной теплоемкости сухого воздуха сс.в=1,004 кДж/(кг⋅К) и перегретого пара сп = 1,842 кДж/(кг⋅К) из выражения: Н = 1,004 ⋅ t +

d (2500 + 1,842 ⋅ t ) . 1000

(3.12)

Преобразовав выражение (10) относительно расхода агента сушки, получим: (3.13) L1( Н 1/ - H1) = W1с⋅св⋅θ0 - G1·с1(θ1 - θ0) - Qп1. Разделив почленно все составляющие этого выражения на W1с, получим:

(

)

l1 H 1/ − H 1 = cв ⋅ θ 0 −

Q G1 c1 ⋅ (θ 1 − θ 0 ) − п1 = cв ⋅ θ 0 − q м1 − q п1 = ∆ , W1c W1c

(3.14)

где ∆ - разность сообщений и потерь теплоты (угловой коэффициент сушки); qм1 – удельные затраты теплоты на нагрев зерна в 1-й зоне сушки, кДж/кгисп.влаги; qп1 – удельные затраты теплоты в окружающую среду через ограждения 1-й зоны сушки, кДж/кгисп.влаги; при расчетах, проводимых в учебных целях, можно принять равными (0,02…0,05) qм1. Из (3.14) и условия уравнения (3.9) следует, что 1000

Н 1/ − Н 1 =∆. d 1/ − d 1

(3.15)

Откуда энтальпия отработанного агента сушки Н 1/ = Н 1 + ∆

d 1/ − d 1 . 1000

(3.16)

С другой стороны, согласно (3.12) Н 1/ = 1,004 ⋅ t1/ +

(

)

d1 2500 + 1,842 ⋅ t1/ , 1000

(3.17) 0

где t - температура отработанного агента сушки, С; определяется из эмпирического выражения: t1/ = 0,125(2t1 + θ 0 + θ 1 ) + 5 . Приравняв правые стороны уравнений (3.16) и (3.17), и проведя преобразования относительно d1/ , получим: / 1

14

d 1/ =

(

)

1000 1,004t1/ − H 1 + ∆ ⋅ d 1 . ∆ − 2500 + 1,842t1/

(

(3.18)

)

Далее, с учетом расчетного значения d1/ , по формуле (3.9) определяют величину удельного расхода агента сушки l1, а удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги (кДж/кг) – по формуле: q1c = l1 ( H 1/ − H 1 ) . (3.19) Расход агента сушки (кг/ч): L1с = l1W1c . (3.20) Расход теплоты (кДж/ч): Q1с = q1cW1c. (3.21) Задание 4 Установить расчетом для шахтной прямоточной зерносушилки (рис. 3.1,а): основные габариты (высоту и размеры шахт в плане), потребный расход натурального В и условного Ву топлива, объем топочного пространства Vт. При расчетах использовать нижеприведенные исходные данные: позонные значения температуры агента сушки t1, t2; позонный расход агента сушки L1c, L2c; позонный расход теплоты Q1c, Q2c; температуру t0 и расход охлаждающего воздуха L0; низшую теплоту сгорания натурального топлива Qнр ; КПД топки ηт. ПараПоследняя цифра шифра метры 0 1 2 3 4 5 6 7 t 0, 0C 0 5 10 15 20 0 5 10 t 1, 0C 150 140 130 120 110 110 120 130 t 2, 0C 170 160 150 140 130 130 140 150 Q1с, МДж/ч 3000 3500 4000 4500 5000 3000 3500 4000 Q2с, МДж/ч 2000 2500 3000 3500 4000 2000 2500 3000 ПараПредпоследняя цифра шифра метры 0 1 2 3 4 5 6 7 L0, кг/ч 25000 30000 35000 40000 45000 45000 40000 35000 L1c, кг/ч 30000 35000 40000 45000 50000 50000 45000 40000 L2c, кг/ч 20000 25000 30000 35000 40000 40000 35000 30000

Qнр , кДж/кг ηт

8 15 140 160 4500 3500

9 20 150 170 5000 4000

8 9 30000 25000 35000 30000 25000 20000

42650 42360 42990 33890 34020 34270 34520 33780 34150 34900 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95

Методика расчета габаритов рабочей зоны зерносушилки и расхода топлива на сушку Определяется отношение объема влажного воздуха к массе сухой его части для каждой зоны сушки (при относительной влажности ϕ = 0% ) и охлаждения (при относительной влажности ϕ = 100% ): υ о , υ о , … , υ о , м3/кг (справоч1

ные данные – табл. 4.1).

15

2

n

Производится позонный расчет (при нормальных условиях, т.е. при температуре 20 0 С ) объемов влажного агента сушки и воздуха: V1c ,..., Vnc ; Vохл (м3/ч); к примеру, ⎛ 293 ⎞ ⎟⎟ . V1c = L1 ⋅ υ 01 ⋅ ⎜⎜ (4.1) ⎝ 273 + t1 ⎠ 4.1. Отношение объема влажного воздуха к массе сухой его части υ о , м3/кг t 0, 0C -5 0 5 10

Охлаждающий воздух t 0, 0C ϕ=100% ϕ=100% 0,7780 15 0,8472 0,7941 20 0,8675 0,8108 25 0,8899 0,8284 30 0,9151

t, 0C 100 110 120 130

Агент сушки t, 0C ϕ=0% 1,0783 140 1,1072 150 1,1361 160 1,1650 170

ϕ=0% 1,1940 1,2228 1,2517 1,2806

Определяется суммарное число подводящих и отводящих коробов в каждой зоне сушки и охлаждения, для чего предварительно следует задаться площадью поперечного сечения одного короба и скоростью агента сушки, или воздуха на выходе из короба (в расчете на нормальные условия); например, площадь поперечного сечения короба в сушилках типа ДСП составляет f = 0,00925 м2, а допустимая скорость на выходе из короба составляет υ = 5,5 м / с .; к примеру, число подводящих и отводящих коробов, которые следует установить в 1-й зоне сушки для того, чтобы обеспечить возможность подвода к зерну необходимого объема агента сушки V1с и необходимого количества теплоты Q1с, составит (шт): n1c =

2 ⋅ V1c . f ⋅ υ ⋅ 3600

(4.2)

Определяется рабочая высота шахт (камер) каждой зоны сушки и охлаждения, для чего предварительно необходимо задаться шагом рядов коробов по высоте и числом коробов в одном ряду; например, в сушилках типа ДСП число коробов в одном ряду составляет а = 16 шт., а их шаг по высоте составляет hв = 0,2м; к примеру, рабочая высота 1-й зоны сушки при числе параллельно расположенных шахт к (шт.), составит (м): n ⋅h Н 1с = 1c в . (4.3) а⋅к Большинство шахтных прямоточных зерносушилок состоит из двух параллельно расположенных шахт, т.е. для них к = 2. При двух зонах сушки и одной зоне охлаждения, общая высота рабочей зоны зерносушилки составит (м): Нраб = Н1с + Н2с + Нохл. (4.4) Далее устанавливают рабочую ширину Вш (м) одной шахты (по существу, ширину рабочей части зерносушилки), для чего предварительно задаются шагом коробов по горизонтали hг, м; к примеру, в шахтной прямоточной зерносушилке типа ДСП hг = 0,2 м : В = hг ⋅ а . (4.5) Далее устанавливают рабочую длину шахты (короба) L Ш (м), для чего

16

предварительно следует задаться оптимальной скоростью фильтрации υ Ф агента сушки или воздуха в слое зерна (например, в сушилках типа ДСП υ Ф =0,3…0,4 м/с), а также, с учетом принятых габаритов короба, установить ширину b (м) его нижней открытой части, через которую агента сушки или воздух проходит в слой зерна (например, в сушилках типа ДСП b = 0,1 м): f ⋅υ . (4.6) LШ =

υ

Ф

⋅b

При наличии в зерносушилке двух параллельно расположенных шахт с напорной (промежуточной) камерой между ними (ширина которой, для удобства обслуживания, принимается равной Lн.к = 1 м), общая длина рабочей зоны зерносушилки составит (м): Lраб = 2Lш + Lн.к. (4.7) Расход потребного количества топлива В (кг/ч) устанавливают из отношения: Q ⋅ 10 3 В= р , (4.8) Qн ⋅ ηТ где Q - суммарный расход теплоты на сушку, МДж/ч; для зерносушилки с двумя зонами сушки Q = Q1c + Q2c; Qнр - низшая теплота сгорания натурального топлива, кДж/кг; ηт - КПД топки. Из-за большой разницы Qнр у многих видов топлива усложняется проведение сравнительных расчетов. В связи с этим введено понятие «условное» топливо (Qнр усл = 29330 кДж / кг ). Для перевода действительного (натурального) топлива в условное применяют тепловой эквивалент К =

Qнр натур 29330

.

Расход потребного количества условного топлива Bу (кг/ч) составляет: Q ⋅ 10 3 Q ⋅ 10 3 Ву = К ⋅ р = . (4.9) Qн ⋅ ηТ 29330 ⋅ ηТ 3 Объем (м ) топочного пространства VТ =

BQнр , 3,6q о.пηТ

(4.10)

где qо.п – допускаемая объемная плотность тепловыделения, Вт/м3; для жидкого и газообразного топлива qо.п = 500⋅103 Вт/м3. Задание 5 Установить расчетом следующие параметры 1-й … 3-й зон сушки и зоны охлаждения шахтной рециркуляционной зерносушилки (рис. 3.1,б): промежуточные значения зерна по производительности (Gсм, Gсм1 , G1, Gрец, Gсм 2 , G2, G3), по влажности (wсм, w1, wрец, w2) и по температуре (θсм, θсм1, θ1, θсм2, θ2, θ3). При расчетах использовать нижеприведенные исходные данные: произ-

17

водительность G0; температура зерна θ0 и θрец; влажность зерна w0 и w3; температура охлаждающего воздуха t0. Параметры G0, кг/ч w0, % w3, % Параметры θ0 , 0 С θпред, 0С t 0, 0С

Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 20,00 20,50 21,00 21,50 22,00 22,50 23,00 24,50 25,50 25,00 14,00 14,50 13,5,00 14,50 14,00 14,00 14,50 13,50 14,50 14,00 Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20

Основы и последовательность расчета Вначале рассчитывается количество испаряемой из зерна влаги (кг/ч): w − w3 W = G0 0 . (5.1) 100 − w3 Затем задается количество влаги, испаряемой из зерна в различных зонах зерносушилки. При этом исходят из того, что если все количество испаряемой в сушилке влаги W принять за 100%, то позонную величину влагосъема рекомендуется принимать: - в 1-й зоне сушки рециркуляционной шахты шахтной рециркуляционной зерносушилки (ШРС), равной ∆W1c = 0,20 ⋅ W ; - во 2-й зоне сушки рециркуляционной шахты шахтной рециркуляционной зерносушилки (ШРС), равной ∆W2c = 0,40 ⋅ W ; - в камере окончательного охлаждения шахтных прямоточных и рецир∆Wохл = (0,075...0,150) ⋅ W ; большим знакуляционных зерносушилок, равной чениям ∆Wохл соответствуют более высоким значениям температуры зерна, поступающего на охлаждение, а также тем случаям, когда охлаждению предшествует отлежка. Для упрощенных расчетов, для шахтных прямоточных и рециркуляционных зерносушилок, при отсутствии зоны отлежки зерна перед охлаждением (вариант, соответствующий схеме работы рассматриваемой зерносушилки) можно использовать следующее выражение: 2 ∆Wохл = 0,00014 ⋅ w0 ⋅ W . (5.2) Затем рассчитываются позонные значения производительности и влажности зерна. Расчет рекомендуется вести с конца, либо с начала процесса сушки. К примеру, производительность сушилки (кг/ч) на входе в зону окончательного охлаждения G 2 = G3 + ∆Wохл , (5.3) где производительность G3 по просушенному зерну (выходящему из зоны охлаждения) составляет (кг/ч):

(

)

18

G3 = G 0

100 − w0 . 100 − w3

(5.4)

Соответственно, влажность зерна (%) на входе в зону охлаждения w2 = 100 −

G3 (100 − w3 ) . G2

(5.5)

Производительность сушилки (кг/ч) на входе в 3-ю зону сушки // Gсм = G2 + ∆W3с . (5.6) Количество влаги, испаряемой из зерна в 3-й зоне сушки составляет (кг/ч):

(5.7) W3c = W – (∆W1c + ∆W2c + ∆Wохл). Влажность (%) смеси зерна (на входе в 1-ю и 3-ю зоны сушки) состав-

ляет: G2 (100 − w2 ) . (5.8) // Gсм При расчете остальных позонных значений влажности зерна необходимо учитывать, что в отдельные зоны рециркуляционных зерносушилок может поступать смесь зерна сырого и рециркулируемого. Влажность (%) рециркулируемого зерна (на выходе из 2-й зоны сушки) рекомендуется принимать равной wрец = w3 + (0,3…0,5%). Откуда коэффициент циркуляции w0 − w рец N= . (5.9) wсм − w рец wсм = 100 −

Производительность зерносушилки по смеси сырого и рециркулируемого зерна (кг/ч) определяется из выражения: Gсм = G0 ⋅ N . (5.10) В свою очередь, производительность (кг/ч) по рециркулируемому зерну (на выходе из 2-й зоны сушки) (5.11) Gрец = Gо⋅(N –1). Производительность (кг/ч) по части смеси сырого и рециркулируемого зерна, входящей в 1-ю зону сушки / // Gсм = Gсм − Gсм . (5.12) Производительность (кг/ч) по зерну, входящему во 2-ю зону сушки / G1 = Gсм − ∆W1с . (5.13) Влажность зерна (%), входящего во 2-ю зону сушки w1 = 100 −

/ Gсм (100 − wсм1 ) . G1

(5.14)

Далее устанавливаются позонные значения температуры зерна. Начальная температура зерна (при подаче на сушку) принимается равной температуре окружающей среды, т.е. θ0 = t0, 0 C . Предельное значение температуры нагрева зерна θ ПРЕД устанавлива-

(

)

ется в соответствии с рекомендуемыми (Инструкцией по сушке) режимами, с

19

учетом типа сушилки, рода зерновой культуры, ее назначения и начальной влажности. В шахтных рециркуляционных зерносушилках рекомендуются следующие позонные значения температуры зерна: - на выходе из 1-й зоны сушки - θ 1 = θ ПРЕД − (5...7 ) ; - на выходе из 2-й зоны сушки (фактически - из зоны рециркуляции) θ рец = θ ПРЕД ; - на выходе из 3-й зоны сушки - θ 2 = θ ПРЕД .

Температура смеси сырого и рециркулируемого зерна (0С) определяется из выражения: θ 0 + (N − 1) ⋅ wРЕЦ θ см = . (5.15) N Температуру охлажденного зерна (0С) рекомендуется определять из эмпирического выражения: (5.16) θ 3 = θ 2 − (1 − 0,003 ⋅θ 2 )⋅ (θ 2 − t О ) . Задание 6 Определить паспортную и эксплуатационную вместимость, а также основные размеры помещений одноэтажного холодильника по нижеприведенным исходным данным: Последняя цифра шифра

Число камер хранения продукции мороохлажженой денной

охлажденная

Предпоследняя цифра шифра

Условная вместимость камеры хранения Е, т

огурцы

0

50

груши

1

75

томаты

2

100

виноград

3

125

огурцы

4

150

Продукция мороженая говядина; птица свинина; говядина баранина; рыба рыба; птица птица; масло сливочное

0

1; 1

1

1

2; 2

1

2

5; 3

2

3

6; 7

2

4

4; 1

5

5

1

2; 2

говядина

яблоки; морковь

5

175

6

2; 2

1

говядина; баранина

виноград

6

200

7

225

8

250

9

275

7

2

3; 3

свинина

8

2

4; 4

рыба

9

1

2; 2

баранина

томаты; огурцы виноград; цитрусовые томаты; морковь

20

Общие сведения, основы расчета вместимости и основных размеров холодильника Паспортную вместимость холодильников принято выражать в кубических метрах грузового объема камер хранения (то есть объема, занимаемого самим грузом) или в тоннах хранящегося в камерах хранения груза. При расчете паспортной вместимости не учитывается вместимость камер термообработки (охлаждения и замораживания). Поскольку в различных камерах одного и того же холодильника могут храниться различные виды продукции, введено понятие их условной вместимости, которую устанавливают в тоннах- нетто, исходя из условия загрузки 0,35 т продукции на 1 м3 грузового объема камеры хранения (а в некоторых случаях – исходя из норм загрузки 1 м2 их грузовой площади). Это позволяет, при наличии коэффициентов пересчета (табл. 6.1), производить перерасчет условной вместимости в фактическую (эксплуатационную) для любого вида сельскохозяйственной продукции. 6.1. Нормы загрузки некоторых видов продукции и коэффициенты пересчета условной вместимости в фактическую Продукция Мясо мороженое (при хранении в штабеле): говядина свинина баранина Мясо охлажденное (говядина, свинина, баранина) при хранении на подвеске Птица мороженая в деревянных ящиках Масло сливочное в картонных ящиках Яблоки, груши в деревянных ящиках Цитрусовые в деревянных (картонных) ящиках Бананы в картонных ящиках Виноград на деревянных лотках Томаты в деревянных ящиках Огурцы свежие в деревянных ящиках Морковь в деревянных ящиках в контейнерах Капуста белокочанная в деревянных ящиках в контейнерах Картофель в деревянных ящиках в контейнерах

Загрузка грузового объема, т/м3 норма mV пределы

Коэффициент пересчета к П

0,30…0,40 0,40…0,48 0,25…0,30

0,35 0,45 0,28

1,00 1,28 0,80

0,35…0,45 0,35…0,50 0,33…0,37

0,125 0,40 0,40 0,35

0,36 1,15 1,15 1,00

0,30…0,40 0,17…0,22 0,14…0,24 -

0,32 0,19 0,16 0,49 0,52

0,90 0,55 0,45 1,40 1,50

0,35…0,41 0,48…0,56

0,39 0,52

1,10 1,50

0,16…0,26 0,29…0,47

0,21 0,39

0,60 1,10

0,48…0,56 0,61…0,71

0,52 0,67

1,50 1,90

21

Фактическая вместимость камеры хранения М К (т) при хранении конкретного вида продукции определяется из выражения М К = Е ⋅ кП , (6.1) где Е - условная (паспортная) вместимость камеры хранения, т; к П - коэффициент пересчета условной вместимости в фактическую эксплуатационную (табл. 6.1). Фактический грузовой объем V Г (м3) камеры хранения вместимостью М К (т) определяется из отношения: V Г = М К / mV . (6.2) 2 Площадь камеры хранения FГ (м ), занятая грузом, уложенным в штабель высотой h (м), определяется из отношения: FГ = V Г / h . (6.3) Нагрузка на 1 м2 грузовой площади камеры хранения m F (т/м2) определяется, исходя из нормы загрузки продукцией грузового объема mV (т/м3) и высоты h (м) штабеля продукции, из произведения: m F = mV ⋅ h . (6.4) Значения m F для одноэтажных холодильников не должны превышать 4000 кг/м2, для многоэтажных – 2000 кг/м2. Высота штабеля определяется строительной высотой камер хранения (равной расстоянию от пола до потолка), с учетом отступов (минимум 0,2…0,3 м) от балок, потолочных приборов охлаждения, воздуховодов. Высоту помещений одноэтажных холодильников условной вместимостью до 125 т принимают равной 3,6 м, свыше 125 до 1500 т – 4,8 м и свыше 1500 т – не менее 6,0 м. Высоту камер многоэтажных холодильников принимают равной 4,8 м (реже 6,0 м, с соответствующим повышением расчетной нагрузки на перекрытие до 2500 кг/м2). Размеры зданий, а также отдельных основных и вспомогательных помещений холодильников в плане привязывают к сетке колонн, которая для одноэтажных холодильников принята равной 6х12 м, а для многоэтажных 6х6 м. Строительную площадь FС (м2) камеры хранения холодильника для продукции, уложенной в штабель, определяют из отношения: FС = FГ / β , (6.5) где β - коэффициент, учитывающий долю площади, занятой колоннами, приборами охлаждения, проходами, отступами от стен и охлаждающих приборов для циркуляции воздуха, возможности наблюдения за состоянием продукции и удобства проведения погрузочно-разгрузочных работ; для камер площадью FГ до 20 м2 β = 0,5…0,6, свыше 20 до 100 м2 β = 0,65, свыше 100 до 400 м2 β = 0,7, свыше 400 м2 β = 0,8.

22

Задание 7 Определить расход холода (Вт): а) на компенсацию теплопритока от замораживаемой продукции (и тары) в морозильной камере; б) на компенсацию теплопритока от охлаждаемой продукции и тары в камере хранения; в) на компенсацию дополнительного теплопритока в камере хранения при охлаждении и хранении дышащей продукции. При расчетах использовать нижеприведенные исходные данные (и табл. 6.1): Замораживание продукции предпосл. темп-ра цифра продукции, длит. посл. цифра 0 шифра и С цикла шифра и фактич. обраб. вид вместим. продукции t2 τ, ч t1 камеры Мпр, т говядина 0 8 -18 20 0 5 навалом свинина 1 4 -18 20 1 10 навалом баранина 2 4 -20 20 2 15 навалом птица в 3 4 -18 16 3 20 дер. таре масло сл. 4 2 -12 24 4 25 в карт. уп. говядина 5 35 -18 24 5 30 навалом свинина 6 8 -18 22 6 35 навалом баранина 7 8 -18 18 7 40 навалом птица в 8 4 -18 24 8 45 дер. таре масло сл. 9 10 -8 24 9 50 в карт. уп.

Охлаждение и хранение продукции темп-ра предпосл. посл. цифра продукции цифра 0 шифра и вид С шифра и продукции в условн. деревянной вместим. t1 t2 таре камеры Е, т

приток при вентиляции охлаждаемого помещения Ф3 , Вт; теплоприток, связанный с эксплуатацией охлаждаемого помещения Ф4 , Вт. Уравнение теплового баланса имеет вид Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 , (7.1) Теплоприток через ограждающие конструкции Ф1 складывается из теплопритоков, обусловленных разностью температур наружного воздуха и воздуха охлаждаемого помещения Ф1/ и солнечной радиацией Ф1// Ф1 = Ф1/ + Ф1// . (7.2) При расчете Ф1/ температуру наружного воздуха t Н (0С) определяют по формуле t Н = 0,4 ⋅ t ср. мес + 0,6 ⋅ t аб. max , где t ср. мес и t аб . max - соответственно средняя максимальная и абсолютная максимальная температура воздуха наиболее теплого месяца года, 0С. Теплоприток от солнечной радиации Ф1// определяют как сумму теплопритоков через поверхность одной из стен, в наибольшей мере подвергающейся солнечному излучению, и через поверхность кровли. Теплоприток при холодильной обработке продуктов Ф2 . В общем виде, для любого вида холодильной обработки, количество теплоты q (кДж/кг), отводимой от груза массой 1 кг, определяется как разность ∆h его энтальпий h1 (до) и h2 (после обработки):

0 огурцы

15

7

0

100

1

томаты

15

1

1

150

2

яблоки

15

0

2

200

3

груши

15

0

3

250

4

виноград

6

0

4

300

q = h1 − h2 = ∆h.

5

цитрусовые

8

0

5

350

Теплоприток при охлаждении (и домораживании) продуктов в камерах хранения Ф2ПР. хр (Вт) определяют по формуле

6

цитрусовые

15

2

6

400

7

морковь

15

1

7

450

8

огурцы

15

10

8

500

9

томаты

8

1

9

600

Общие сведения и основы расчета холодильной мощности Производительность холодильной установки должна быть достаточной для обеспечения необходимого температурного режима в охлаждаемом помещении холодильника, которое, в зависимости от назначения и оснащения может использоваться либо для охлаждения, либо для замораживания, либо для хранения охлажденной или замороженной продукции. Возможен вариант комбинированного использования – для охлаждения (дозамораживания) и хранения. Расход холода в охлаждаемом помещении Ф (Вт) должен компенсировать все поступающие в него тепловые потоки (теплопритоки), а именно: теплоприток через ограждающие конструкции охлаждаемого помещения Ф1 , Вт; теплоприток от продуктов при их холодильной обработке Ф2 , Вт; тепло23

Ф2ПР. хр =

М ПР ⋅ 1000 ⋅ ∆h М ⋅ ( h − h2 ) , = 0,278 ПР 1 3600 ⋅ 24 24

(7.3)

где М ПР - масса поступающих на хранение продуктов, кг/сут; принимается равной 8% от вместимости для камер хранения вместимостью до 200 т включительно и 6% - для камер вместимостью свыше 200 т; h1 , h2 - энтальпия при начальной t1 и конечной температуре t 2 продуктов (табл. 7.1), кДж/кг; при типовом проектировании холодильников для хранения плодов и овощей, начальную температуру продуктов t1 принимают равной среднемесячной температуре наружного воздуха месяца уборки, а продуктов, поступающих в авторефрижераторах, равной 6…8 0С; для остальных продуктов температуру t1 принимают равной температуре t 2 (то есть после камеры предварительного охлаждения или замораживания). Теплоприток при охлаждении тары Ф2Т (Вт) определяют по формуле Ф2Т = 0,278 ⋅

М Т ⋅ сТ ⋅ (t1 − t 2 ) , 24

(7.4)

где М Т - масса поступающей с продуктами тары, кг/сут; для деревянной и металлической тары составляет 20% от суточного поступления продукта, для картонной – 10%, для стеклянной – 100%; сТ - удельная теплоемкость

24

тары (табл. 7.2), кДж/(кг⋅К). Теплоприток при охлаждении и замораживании продуктов в камерах охлаждения и замораживания (при понижении температуры продуктов до температуры хранения) Ф2ПР.охл (Вт) определяют по формуле Ф2ПР.охл = 0,278 ⋅

М ПР.охл ⋅ (h1 − h2 )

, (7.5) τ где М ПР.охл - вместимость камеры холодильной обработки, кг; τ - длительность цикла холодильной обработки, ч. Дополнительный теплоприток при охлаждении и хранении дышащих продуктов Ф2/ (Вт) определяют по формуле Ф2/ = q / ⋅ M ПР + q // ⋅ ( М К − M ПР ), (7.6) / // где q , q - тепловыделения в результате дыхания плодов и овощей при температуре охлаждения (определяемой как полусумма начальной и конечной температуры продукта) и во время хранения, Вт/т; М ПР - масса поступающих на хранение продуктов, т/сут; М К - фактическая (эксплуатационная) вместимость камеры хранения, т. Величину тепловыделения q (Вт/т) в результате дыхания можно определить по формуле: q = q o ⋅ e bt , (7.7) где q o - удельная теплота дыхания при 0С, Вт/т; b - температурный коэффициент скорости дыхания, 0С-1; t - температура хранения продукции, 0С; (средние значения q o и b для некоторых видов плодоовощной продукции приведены в табл. 7.3).

7.1. Удельная энтальпия некоторых продуктов (по разным источникам), кДж/кг Продукты Говядина Свинина Баранина Птица Рыба Масло сливочное Яблоки Груши Виноград Цитрусовые Огурцы Томаты Морковь

20 296,8 272,6 286,7 296,0 336,2 171,4 415,3 417,4 437,5 428,3 476,4 456,3 450,1

15 280,5 257,1 271,2 280,0 318,6 147,0 396,5 398,1 425,0 413,0 455,9 437,1 430,8

10 264,6 242,0 255,3 264,0 301,0 126,4 377,5 378,9 413,0 385,2 435,8 417,0 411,1

Температура, 0С 5 0 -5 248,3 232,4 57,4 226,8 211,9 54,4 241,2 224,0 55,5 246,5 232,0 57,3 283,4 265,9 64,1 108,4 93,0 36,8 358,7 340,8 145,2 360,5 341,2 149,8 401,5 366,3 118,0 370,0 353,3 101,0 419,5 394,8 104,2 396,9 376,8 103,8 391,4 372,2 98,5

25

-10 30,2 28,9 29,8 30,2 33,5 22,6 92,5 90,4 98,3 83,3 69,9 72,0 79,5

-15 13,0 12,1 12,6 13,0 14,2 10,9 66,5 69,9 75,3 60,2 54,8 53,5 58,1

-20 0 0 0 0 0 0 50,6 48,1 55,2 43,9 42,7 39,7 43,1

7.2. Удельная теплоемкость тары сТ , кДж/(кг⋅К) Тара Деревянная Металлическая

сТ , кДж/(кг⋅К)

Тара Картонная Стеклянная

2,50 1,16

сТ , кДж/(кг⋅К) 1,45 0,835

7.3. Средняя интенсивность тепловыделения некоторых плодов и овощей Продукт Яблоки Груши Виноград Цитрусовые Морковь Огурцы Томаты

Удельная теплота дыхания при 0 0С qо, Вт/т 12,1 9,5 13,8 10,6 13,5 19,7 11,0

Температурный коэффициент скорости дыхания b, 0С-1 0,0932 0,1675 0,1277 0,0733 0,1319 0,1187 0,1144

Теплоприток при вентиляции охлаждаемого помещения Ф3 (Вт). В соответствии с санитарными нормами в охлаждаемые помещения холодильников, где работают люди, необходимо подавать воздух в количестве 20 м3/ч на одного работающего, а в камеры хранения дышащих продуктов – исходя из необходимости обеспечения кратности воздухообмена в пределах 3…4-х объемов в сутки. Теплоприток Ф3/ с воздухом, подаваемым в охлаждаемое помещение, где работают люди, определяют по формуле Ф3/ = 0,278 ⋅ 20 ⋅ n ⋅ ρ К ⋅ (hН − hК ), (7.8) где n - число людей, одновременно работающих в охлаждаемом помещении; ρ К - плотность воздуха в охлаждаемом помещении, кг/м3; h Н , h К - энтальпия наружного воздуха и воздуха помещения, кДж/кг. Теплоприток Ф3// с воздухом, подаваемым в помещения с дышащими продуктами, определяют по формуле V ⋅ α ⋅ ρ К ⋅ ( h Н − hК ) , Ф3// = 0,278 ⋅ (7.9) 24

где V - строительный объем вентилируемого помещения, м3; α - кратность воздухообмена, сут-1. Эксплуатационный теплоприток Ф4 (Вт) определяют как сумму теплопритоков от освещения Ф4/ , от работающих электродвигателей Ф4// , от людей Ф4/// и при открывании дверей Ф4/ Y : Ф4 = Ф4/ + Ф4// + Ф4/// + Ф4/ Y . (7.10)

26

Тематика заданий и методические указания по выполнению контрольной работы Для студентов 5-го курса заочной формы обучения, специальностей 03.05.01 и 10.04.00

Н.И. Малин

Применение теплоты в сельском хозяйстве

Редактор План Подписано к печати Формат 60 × 84/16 Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс» Печать офсетная. Уч.- изд. л. Тираж Заказ № Цена Федеральное государственное образовтельное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии ФГОУ ВПО МГАУ 127550, Москва, Тимирязевская ул., д. 58 27