Технологическая линия производства печенья с разработкой печи

q4 - расход теплоты  на нагрев транспортных устройств,  кДж/кг;

q5 - расход теплоты  наружными поверхностями стенок  пекарной камеры, кДж/кг;

q6 - расход теплоты  через нижнюю стенку пекарной  камеры, кДж/кг;

q7 - расход теплоты  излучением через посадочные  и разгрузочные отверстия, кДж/кг;

q8 - расход теплоты  на аккумуляцию элементами печного  агрегата, кДж/кг.

Теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг продукции, кДж/кг:

 

q1=Wисп(iп-iв)+cкgк(tк-tм)+(gсмcк+Wxcв)(tм-tм),[кДж/кг](7)

 

q1 = 0,06(2790-125,5)+0,15*1,68(150-30)+(0,425*1,68+0,425*4,187)*(98-30)=371 кДж/кг

где Wисп - количество испаренной влаги из тестовой заготовки  во время выпечки - упек, отнесенной к массе горячего печенья 0,06 кг/кг;

iв - энтальпия  воды при температуре теста  125,5кДж/кг;

iп – энтальпия  перегретого пара при температуре  камерной смеси в пределах 180...250°С  и атм. давлении;

gк - содержание  корки в 1 кг горячего печенья, кг/кг;

cк и cx - удельная  теплоемкость сухого вещества  и соответственно корки и печенья  = 1,47 кДж/(кг×К);

tк и tт - соответственно  средняя температура массы корки  горячего печенья и теста 150,30 °С;

gсм - содержание  сухого вещества в печенье  0,425 кг/кг;

Wx - содержание влаги  в 1 кг горячего печенья в момент его выхода из пекарной камеры 0,425кг/кг;

cв - удельная  теплоемкость воды при температуре  теста 4,187 кДж/(кг×К);

tм - средняя температура  мякиша печенья 98°С.

Расход теплоты  на испарение воды и перегрев пара, поступающих в пекарную камеру на увлажнение тестовых заготовок и  среды, кДж/кг:

q2 = Dn(iпп - iн)   , [ кДж/кг]                                                     (8)

где Dn - массовая доля насыщенного пара, поступившего в  пекарную камеру на увлажнение  0,150кг/кг;

iн - энтальпия  насыщенного пара перед пароувлажнительным  устройством 2360 кДж/кг;

iп – энтальпия  перегретого пара при температуре  камерной смеси в пределах 180...250°С  и атм. давлении 2970 кДж/кг;

Расход теплоты  на нагрев вентиляционного воздуха, кДж/кг:

q3 =  cp (Wисп + Dn/ dпк - dв) (tпк – tк), [ кДж/кг]                (9)

q3 = 1(0,06+0,15/ 0,270-0,012)(250-25) = 184,кДж/кг

где cp - удельная теплоемкость воздуха 1 кДж/кг;

dпк - влагосодержание  горячего влажного воздуха в  сечении посадочного окна на  выходе из пекарной камеры 0,270 кг/кг;

dв - влагосодержание  воздуха 0,012 кг/кг;

tпк – температура  пекарной камеры 250 °С.

Расход теплоты  на нагрев транспортных устройств, кДж/кг

q4 = gмфcм(tф’’ - tф’) , [кДж/кг]                                              (10)

q4= 1,11*0,46(140-30) = 56,2, кДж/кг

где gмф - масса металла  форм, приходящаяся на 1 кгзатяжного печенья, кг/кг;

cм - удельная  теплоемкость стали, кДж/(кг×К);

tф’’ - температура  формы при выходе из печи, °С;

tф’ - температура  формы при входе в пекарную  камеру, °С;

 

Расход теплоты  наружными поверхностями стенок пекарной камеры, кДж/кг:

q5 = 3,6*Qос / П ,  [кДж/кг]                                                          (11)

q5= 3,6*5,3/34 = 56,кДж/кг

где Qос - потеря теплоты  в окружающую среду, кВт;

П - производительность печи, кг/ч;

Qос=αк*fп (tп-tв)+c0*εn*fп[(0.01tп)^4-(0.01tв)^4] ,[ кВт]         (12)

Qос= 2,6*6(40-25)+5,67*0,9(0,01*40)4-(0,01*25)4 = 5,3 кВт

где αк - коэффициент  теплоотдачи от наружной поверхности  к воздуху,

fп - площадь поверхности  наружных стенок пекарной камеры, м2;

tп - температура  наружной поверхности стенки, К; 

tв - температура  окружающего воздуха в цехе, К; 

c0 - коэффициент  излучения абсолютно черного  тела 5,67 кВт/(м2×К4);

εn - коэффициент  теплового излучения наружных поверхностей стен (εn = 0,9);

αк = Nu × λв / h, [Вт/( м2 /°С)]                                                     (13)

αк = 225*0,0269/2,3=2,6,Вт/( м2 /°С)

  Nu = C(Gr*Pr)n                                                     (14)

Nu= 0,135(4,65*109)0,33 = 225

где Nu - число Нуссельта;

λв - коэффициент  теплопроводности воздуха, Вт/(м×К);

h - высота боковой  стенки пекарной камеры, м; 

П = 60nлnфgx / τ           (15)

П= 60*1*7*4*0,5/25=34

где nл - количество рабочих тележек;

nф - количество  противней с печеньем на тележке; 

nз – количество  тестовых заготовок, укладываемых по ширине противня;

gx - масса одного печенья, кг;

τ - продолжительность  выпечки, мин;

Расход теплоты  через нижнюю стенку пекарной камеры, кДж/кг:

q6 = 3,6Qнс / П ,[ кДж/кг]                                     (16)

q6= 3,6*7,17/34 = 2,75, кДж/кг

 

где Qнс - потеря теплоты  пекарной камеры через нижнюю стенку печи, кВт;

Qнс = (λи / δ)fнс(tст - tпол) ,[ кВт]                     (17)

Qнс = (0,046/0,6)2,36(80-40) = 7,17,кВт

где λи - коэффициент  теплопроводности изоляционного материала 0.046 кВт/(м×К);

δ - толщина стенки, м;

fнс - площадь поверхности  нижней стенки 2,36 м2;

tст - температура  стенки со стороны передней  камеры 80 К; 

tпол - температура  пола40 К; 

q7=c0*ε0*f0*φ[(0,01*tпк)^4-(0,01*tст)^4]/П, [ кДж/кг]  (18)

q7= 5,67*1*1,05*1(0,01*200)4-(0,01*25)4/34 = 44,79,кДж/кг

где ε0 = 1 - коэффициент  теплового излучения отверстия;

f0 - площадь посадочного  или выгрузочного отверстия 1,05 м2;

φ - угловой коэффициент;

tпк - температура  пекарной камеры (излучающей среды)200 К; 

tст - температура  стен в печном зале 25(равна  температуре воздуха), К; 

τ - время, в течение  которого открыты посадочные и выгрузочные  отверстия 60 с;

q8 = 0,

Установленная мощность печи Pуст (кВт) определяется по величине расхода теплоты Qпк с учетом коэффициента запаса мощности К.

Pуст = QпкK ,[кВт]                    (19)

Pуст = 7,6*1,4=12,6,кВт

где Qпк - расход тепла  пекарной камеры, кВт; К - коэффициент  запаса прочности печи (K = 1,3...1,6)

 

 

Энергетический расчет

Количество ТЕНов  в пекарной камере nн зависит от установленной мощности печи, выбранной  мощности одного ТЭНа и определяется соотношением:

nн= Pуст / Pн ,[ кВт]                                     (1)

nн = 16,6/2,5 = 7,кВт

где Pн - мощность одного нагревателя 2,5 кВт.

Рабочая температура  нагревателя:

tн =tкон+100°С,[ °С]                                      (2)

tн =800+100=900,°С

По справочнику [1] выбираем сплав нихром Х15Н60, для  которого рекомендуемая рабочая  температура = 950°С.

В проектируемой  печи может быть использован ленточный  электронагреватель.По номограмме в  справочнике [1] согласно формуле (160)удельная  поверхностная мощность реального  нагревателя: 

W=α*Wид ,[кВт/м2],                                        (3)

W = 0,51*30,5=15,5 , кВт/м2

где  α-поправочный  коэффициент(табл. 42) в справочнике [1].

Поскольку питание  печи производится трехфазным током  с линейным напряжением Uс=380 В, то мощность, приходящаяся на одну фазу составит:

Рф=Р∑/3,[кВт]

Рф=12,6/3=4, кВт

По номограммев  справочнике

Находим, что этим исходным параметрам удовлетворяет ленточный нагреватель с сечением ленты d=2*5×25, длиной l=58м.

 

 

 

 

Определение необходимой мощности привода.

1. Площадь поперечного  сечения барабана аппарата, занятая  материалом, м2, определяется по формуле:

[м2]                                         (1)

где D – внутренний диаметр футеровки;

 – коэффициент заполнения  барабана.

.                       (2)

2. Масса материала,  находящаяся внутри барабана  аппарата, кг, определяется по формуле:

[кг]                                              (3)

где длина барабана, м;

 насыпная масса материала,  кг/м3.

кг                       (4)

3. Момент трения  качения бандажей по роликам  и от трения в подшипниках  качения, Н∙м, определяется по  формуле:

[Н/м]             (5)

где масса корпуса аппарата с закрепленными на нем деталями, кг;

наружный диаметр бандажа, м;

 диаметр опорного ролика, м;  ;

 коэффициент трения между  бандажом и роликами; ;

 коэффициент трения в подшипниках  качения;  ;

 диаметр цапфы оси опорного  ролика, м,  ;

угол между вертикальной осью сечения  барабана и осью опорного ролика; .

4. Момент от действия  силы тяжести материала, находящегося  в барабане аппарата, Н∙м, определяется  по формуле:

[Н*м]                                                                 (6)

где отношение заданной насыпной массы материала кг/м3к ;

.                                                          (7)

момент от действия силы тяжести  материала, приходящегося на 1 метр длинны барабана при насыпной массе материала , определяется по номограмме

На рисунке 16; ;

Рис.16 Номограмма для определения момента от действия силы тяжести материала

отношение заданной длины барабана в метрах к 1 метру, определяется:

          С  ,[м];                                                    (8)

,

5. Суммарный момент, Н∙м, определяется по формуле:

[Н/м]                                                                (9)

.

6. Расчетная мощность  привода, кВт, определяется по формуле:

,[кВт]                                                            (10)

где угловая скорость барабана, рад/с;

коэффициент учитывающий перекосы при монтаже, неточности сборки и  т. п., принимается  ;

коэффициент полезного действия привода, принимается  .

.                                               (11)

7.Установочная мощность  привода,кВт,определяется по формуле:

Nуст [кВт]                                                                  (12)

где коэффициент снижения мощности электродвигателя;

;                                                                        (13)

коэффициент, учитывающий конструктивное исполнение электродвигателя, выбираем по таблице 5.1, для электродвигателя в исполнении защищенном;

 коэффициент, учитывающий температуру  окружающей среды; при температуре  400С  .

.

Nуст .

Таблица 4. Угловая скорость вала

 

Угловая скорость вала электрдвигателя, рад/с, (об/мин)	Для электродвигателя в исполнении
	В1 защищенном	В1 закрытом
157 (1500)	1,0	1,1
105 (1000)	1,0	1,15
78,5 (750)	1,05	1,2

 

Расчет  элементов на прочность.

1. Изгибающий момент  барабанов с бандажами, Н∙м,  определяется по формуле:

Мизг ,                                               (1)

где длина барабана;

нагрузка, Н:

,[Н]                                     (2)

где масса материала.

;

Мизг .

2. Возникающее в  стенках барабана напряжение, Н/м2, определяется по формуле:

[Н/м2]                          (3)

где изгибающий момент барабана с бандажами, Н∙м;

 толщина стенки барабан, м,  определяется по формуле:

                                      (4)

м;

.