Šildymas chemijos ir susijusiose pramonės šakose naudojamas cheminėms reakcijoms paspartinti, taip pat daugeliui hidrodinaminių, šiluminių ir masės pernešimo procesų vykdyti bei suintensyvinti.

Atsižvelgiant į temperatūrą ir kitas proceso sąlygas kiekvienam iš jų, parenkamas technologiniu ir ekonominiu požiūriu labiausiai pagrįstas šildymo būdas.

Plačiausiai naudojami šie šildymo būdai: garas ir karštas vanduo, dūmų dujos, aukštos temperatūros šilumnešiai ir elektros srovė.

1. Šildymas garais ir karštu vandeniu

Šildymui naudojami daugiausia sotieji garai, kurių pagrindiniai privalumai yra šie:

– didelė kondensacijos šiluma, skaičiais lygi garavimo šilumai;

– didelis šilumos perdavimo koeficientas nuo kondensuojančių garų į šilumos perdavimo paviršių;

- šildymo vienodumas, nes garai kondensuojasi esant pastoviai temperatūrai;

– galimybė perduoti dideliais atstumais be transportavimo įrenginių.

Pagrindinis vandens garų trūkumas yra spartus slėgio padidėjimas, kylant temperatūrai, dėl ko padidėja įrangos kaina, nes reikia padidinti jos stiprumą. Todėl temperatūros, iki kurių galima šildyti pramoninėmis sąlygomis, paprastai neviršija 180–190 С, o tai atitinka 1,0–1,5 MPa garų slėgį.

8.1 pav. - Skysčio šildymo "karštais" garais prietaisas: 1 - bakas; 2 - garo vamzdis; 3 - uždarymo vožtuvas; 4 - atbulinis vožtuvas; 5 - išvalymo vožtuvas

Šildymas karštais garais. Paprasčiausias šildymo būdas – garų įvedimas tiesiai į šildomą terpę (skystį). Tokiu atveju garai kondensuojasi ir atiduoda šilumą įkaitintai terpei, o susidaręs kondensatas su ja susimaišo. Toks garas vadinamas „ūmiu“. Paprasčiausias aparatas skysčiui šildyti „karštu“ garu parodytas fig. 8.1.

8.2 pav. – Garų burbuliatorius: 1 – rezervuaras; 2 - burbuliatorius; 3 - garo vamzdynas; 4 - uždarymo vožtuvas

Norint vienu metu šildyti ir maišyti skystį, garai įvedami per burbuliatorių - vamzdį su daugybe mažų skylių. Burbuliatorius dedamas bako apačioje spiralės (8.2 pav.) arba žiedų pavidalu.

Ant garo vamzdžio sumontuoti atbuliniai vožtuvai (8.1 pav.), kurie leidžia garus į aparatą, tačiau sulaiko iš aparato kylantį skystį, kai slėgis garo vamzdyne mažesnis už slėgį aparate. Kad į šildomą skystį nepatektų per daug vandens, ant garo vamzdžio įrengiami prapūtimo vožtuvai, per kuriuos prieš kaitinant pašalinamas vamzdyje susikaupęs kondensatas.

Kaitinamas „karštais“ garais, šildomas skystis neišvengiamai praskiedžiamas kondensatu - vandeniu. Paprastai šis metodas naudojamas vandens ir vandeninių tirpalų šildymui.

„Aštrų“ garų suvartojimas D nustatoma pagal šilumos balansą:

kur
,(8.1)

kur G, c, t n - srautas, savitoji šiluminė talpa ir šildomo skysčio pradinė temperatūra; t k – galutinė įkaitinto skysčio ir kondensato mišinio temperatūra, λ – garų entalpija; c k – savitoji kondensato šiluminė talpa.

Šildymas "kurčiaisiais" garais. Jei dėl technologinių priežasčių „karštų“ garų naudojimas yra nepriimtinas, naudojamas šildymas „kurčiaisiais“ garais. Šiuo atveju skystis kaitinamas garais per juos skiriančią sienelę.

Šildymo „kurtieji“ garai yra visiškai kondensuojami ir kondensato pavidalu pašalinami iš šilumokaičio garų erdvės. Kondensato temperatūra pakankamai tiksliai gali būti lygi sočiųjų šildymo garų temperatūrai. Remiantis šia prielaida, šilumos perdavimas vyksta esant pastoviai vieno iš šilumnešių temperatūrai, o skysčio ir garų judėjimo abipusė kryptis neturi reikšmės. Tačiau dažniausiai garai į šilumokaitį tiekiami iš viršaus, kad kondensatas galėtų laisvai tekėti iš viršaus į apačią ir būtų pašalintas iš aparato.

„Kurčiųjų“ garų suvartojimas nustatomas pagal šilumos balansą:

, (8.2)

kur t kondensato temperatūra.

Normalioms vandens garais šildomų šilumokaičių veikimo sąlygoms būtina nuolat šalinti iš jų kondensatą. Tokiu atveju neturi būti leidžiama prarasti nesusikondensuotų garų, kai kondensatas išeina iš aparato.

Kondensato ir nesikondensuojančių dujų nutekėjimas gaminamas specialių prietaisų pagalba - garų gaudyklės. Jų darbas pagrįstas garų ir kondensato tankių skirtumo panaudojimu.

Uždarytos plūduriuojančios garų gaudyklės(8.3 pav., bet) naudojamas esant didesniam nei 1 MPa garų slėgiui. Kai kondensatas patenka į korpusą 3, plūdė 2 iškyla ir atidaro vožtuvą 1, kad pašalintų kondensatą. Išleidus kondensatą, plūdė nukrenta ir vožtuvas uždaro išleidimo angą.

Esant nuolatiniam kondensato srautui, vožtuvas atidaromas pagal pastovų srautą. Vertikali plūdės padėtis su vožtuvu fiksuojama strypu 4 ir kreipiamuoju puodeliu 5.

8.3 pav. Garų gaudyklės: bet- su uždara plūde; b- su atvira plūde; 1 - vožtuvas; 2 - plūdė; 3 - korpusas; 4 - strypas; 5 - kreipiamasis puodelis

Atidarykite „Float Steam Traps“.(8.3 pav., b) periodinis veiksmas. Kondensatas patenka į korpusą ir užpildo jį. Tokiu atveju stiklo pavidalo plūdė iškyla ir vožtuvo pagalba uždaro išleidimo angą. Vožtuvas pritvirtintas prie stiklo strypu. Toliau įtekėjus kondensatui, jis pradeda pilti per plūdės kraštus ir jį užpildo. Tam tikru būdu pripildžius plūdę kondensatu, ji nusileidžia ir vožtuvas atidaro angą, per kurią išleidžiamas kondensatas.

Esant pastoviam garo srauto greičiui ir, atitinkamai, esant pastoviam kondensato šalinimo greičiui, naudojami paprastesni garų gaudyklių dizainai. Toks garų gaudyklė yra laikančioji poveržlė, tai yra diskas su viena ar keliomis skylutėmis, kurių skersmuo iki 5-6 mm. Prieš diską sumontuota papildoma poveržlė su didesne anga arba tinklelis, kad poveržlės anga neužsikimštų smėliu, apnašomis ir pan. Skalbyklės veikimas pagrįstas tuo, kad esant žemam slėgiui iki 0,7 MPa, pro ją praeina nežymus garas, lyginant su kondensato srautu.

Atraminis filtras veikia kaip laikančioji poveržlė. Čia ritulio vaidmenį atlieka smėlio arba žvyro sluoksnis, pilamas ant grotelių. Atsižvelgiant į filtro sluoksnio dalelių dydį, jo aukštis parenkamas taip, kad efektyvumas griežtai atitiktų pašalinto kondensato kiekį.

8.4 pav. - Garų gaudyklės įrengimo schema: 1 - šilumokaitis; 2 - išpūtimo vožtuvas; 3 - kondensato nutekėjimas; 4, 5, 6 - uždarymo vožtuvai; 7 - aplinkkelio linija

Garo gaudyklės įrengiamos ne mažiau kaip 0,5 m žemiau vietos, kur kondensatas išleidžiamas iš šilumokaičio erdvės. Siekiant užtikrinti nenutrūkstamą aparatų veikimą garo gaudyklių remonto ir patikros metu, juose yra įrengta aplinkkelio linija (8.4 pav.).

Kaitinant „kurčiaisiais“ garais, šilumokaičio garų erdvėje kaupiasi nesikondensuojančios dujos, daugiausia į aparatą kartu su garais patenka oras. Dėl garų erdvėje esančių dujų šilumos perdavimo koeficientas garų kondensacijos metu smarkiai sumažėja, todėl dujos periodiškai pašalinamos prapūtimu per jungiamąją jungtį su tam tikslui aparate numatytu vožtuvu.

Šildymas karštu vandeniu naudojamas daug rečiau nei garais, nes turi mažesnį šilumos perdavimo koeficientą, žemesnę temperatūrą esant žemam slėgiui, o perduodant šilumą (netolygiai kaitinant) atvėsta. Jis naudojamas šildyti iki žemesnės nei 100°C temperatūros. Paprastai šiam tikslui tarnauja nuotekos arba garų kondensatas.

10 PASKAITA

ŠILDYMAS, GARINIMAS, VĖSINIMAS IR KONDENSATAVIMAS

10.1. ŠILDYMAS

šildymas Medžiagų temperatūros didinimo procesas tiekiant joms šilumą vadinamas. Maisto technologijoje paplitę šildymo būdai yra šildymas karštu vandeniu ar kitais šilumos perdavimo skysčiais, sočiais garais, dūmų dujomis ir elektros srove.

Šiems tikslams naudojami įvairių konstrukcijų šilumokaičiai.

Šildymas vandeniu naudojamas temperatūrai pakelti ir maisto produktams pasterizuoti žemesnėje nei 100 0C temperatūroje. Šildymui iki aukštesnės nei 100 ° C temperatūros naudojamas perkaitintas vanduo, esant pertekliniam slėgiui. Vanduo yra prieinamas ir pigus, nerūdijantis aušinimo skystis, turintis didelę šilumos talpą ir šilumos perdavimo koeficientą. Paprastai kaitinimas vandeniu vykdomas per aparato sienelę, skiriančią šilumnešį ir gaminį.

Kaitinant vandeniu ar kitais skysčiais, pavyzdžiui, aliejumi, organiniais šilumnešiais, dažnai naudojamas cirkuliacinis šildymo būdas. Pagal šį metodą tarp šildytuvo ir šilumokaičio cirkuliuoja karštas vanduo (ar kitas aušinimo skystis), kuriame jis atiduoda šilumą. Cirkuliacija gali būti natūrali arba priverstinė. Natūrali cirkuliacija atsiranda dėl karštų ir šaltų aušinimo skysčių tankio skirtumo.

Veiksmingesnis yra šildymo būdas priverstine cirkuliacija, kuris atliekamas naudojant siurblį.

Šiltnamiams šildyti auginant agurkus, pomidorus ir kitas daržoves naudojamas karštas vanduo, kuris yra gamyklos šilumą naudojančių įrenginių atliekos.

Kitas kaitinimo karštais skysčiais būdas yra kaitinimas kaitinimo voniomis, kurios yra apvalkaliniai aparatai. Striukė šildoma dūmų dujomis, elektriniu šildymu arba aukšto slėgio prisotintais garais, tiekiamais į gyvatuką.

Iš aukštos temperatūros organinių skysčių aukštai temperatūrai sukurti naudojamos mineralinės alyvos (iki 250 ... 300 ° C), tetrachlorbifenilas (iki 300 ° C), glicerinas, organiniai silicio junginiai ir kt. Difenilo mišinys, naudojamas šildymui cirkuliaciniu būdu, taip pat šildymo vonių užpildymui. Skysto difenilo mišinio šilumos perdavimo koeficientas natūralios cirkuliacijos sąlygomis yra 200...350 W/(m2*K). Difenilo mišinys užtikrina kaitinimą iki 260...400 °C.

Vandens ar kito aušinimo skysčio suvartojimas šildymui nustatomas pagal šilumos balansą

čia: Gw ir Gp yra atitinkamai vandens ir produkto masės srautai, kg/h; sv ir cn yra atitinkamai vandens ir produkto šiluminės talpos, kJ/(kg*K) ir https://pandia.ru/text/78/268/images/image004_33.gif" width="142" height= "54"> (10.2)

Šildymas sočiųjų vandens garais paplito, o tai paaiškinama šiais privalumais: didelis šilumos kiekis, išsiskiriantis kondensuojantis vandens garams (2024 ... 2264 kJ 1 kg kondensacinio garo, esant atitinkamai 0,1 ... 1,0 MPa absoliučiam slėgiui) ; didelis šilumos perdavimo koeficientas iš kondensuojančių garų į sieną - apie kJ/(m2*h*K); šildymo vienodumas.

Kaitinant sočiųjų vandens garų, naudojami du būdai: kaitinimas „kurčiaisiais“ prisotintais garais ir „karštais“ garais.

Kaitinant „kurčiais“ garais, šiluma iš kondensuojančių sočiųjų vandens garų į įkaitusią aušinimo skystį perduodama per juos skiriančią sienelę. Kaitinamasis „negyvas“ garas kondensuojasi ir pašalinamas iš šilumokaičio garų erdvės kondensato pavidalu. Šiuo atveju kondensato temperatūra laikoma lygi sočiųjų kaitinimo garų temperatūrai.

Garo masės srautas (kg/h) kaitinant skystį nustatomas pagal šilumos balansą

https://pandia.ru/text/78/268/images/image006_22.gif" width="133" height="40"> (10.4)

čia: D – garo masės srautas, kg/h; G – skysčio masės srautas, kg/h; c – savitoji skysčio šiluminė talpa, kJ/(kg*K); tн ir tк yra pradinė ir galutinė skysčio temperatūra, atitinkamai, 0С; - kaitinimo garo ir kondensato savitosios entalpijos, kJ/h.

Tam, kad šilumokaičio garo erdvėje garai visiškai kondensuotųsi, ant kondensato išleidimo linijos įrengiamos įvairios konstrukcijos garo gaudyklės (10.1 pav.). Garų gaudyklė leidžia praleisti kondensatą, bet nepraleidžia garo, todėl garai visiškai kondensuojasi šilumokaičio garų erdvėje, o tai leidžia žymiai sutaupyti.

Ryžiai. 10.1. Garų gaudyklės montavimo schema:

1 - šilumokaitis; 2 - prapūtimo vožtuvas; 3 - kondensato nutekėjimas; 4 - vožtuvai; 5 - išleidimo linija

Kaitinant „karštais“ garais, vandens garai patenka tiesiai į įkaitintą skystį. Garai kondensuojasi ir atiduoda šilumą įkaitintam skysčiui, o kondensatas susimaišo su skysčiu. Garai įvedami per burbuliatorių, kuris daugeliu atvejų yra vamzdis su skylutėmis, išlenktas Archimedo spirale arba apskritimu. Garų įleidimas per burbuliatorių kartu su skysčio kaitinimu užtikrina jo sumaišymą su garais.

„Karšto“ garo suvartojimas nustatomas pagal šilumos balansą

https://pandia.ru/text/78/268/images/image010_16.gif" width="112" height="55 src="> (10.6)

Šildymas „karštais“ garais naudojamas tais atvejais, kai įkaitintą terpę leidžiama skiesti vandeniu. Šis metodas dažnai naudojamas vandeniui ir vandeniniams tirpalams šildyti.

Dūmų dujinis šildymas, susidaręs degant kietajam, skystajam ar dujiniam kurui specialiose krosnyse, naudojamas, pavyzdžiui, džiovykloms šildyti.

Šildymo dūmų dujomis trūkumai: mažas šilumos perdavimo koeficientas, lygus 60...120 kJ/(m2*h*K), dideli temperatūrų skirtumai ir netolygus šildymas; temperatūros reguliavimo sudėtingumas; aparato sienelių oksidacija, taip pat kenksmingų degimo produktų buvimas, todėl nepriimtina naudoti dūmų dujas su jais tiesiogiai besiliečiantiems maisto produktams šildyti.

Be išmetamųjų dujų, gaunamų specialioje krosnyje, taip pat naudojamos 300 ... 500 ° C temperatūros krosnių, katilų ir tt išmetamosios dujos. Išmetamųjų dujų naudojimas nereikalauja papildomų kuro sąnaudų, todėl jų naudojimas šildymui yra labai racionalus.

Elektrinis šildymas atliekami tiesioginio ir netiesioginio veikimo elektrinės varžos krosnyse.

Tiesioginio veikimo krosnyse kūnas įkaista, kai per jį praeina elektros srovė.

Šildymas aukšto dažnio srovėmis pagrįstas tuo, kad dielektrikui veikiant kintamą elektros srovę, dielektriko molekulės pradeda svyruoti, o dalis energijos išleidžiama trintis tarp dielektriko molekulių ir įveikti. virsta šiluma, kaitindama kūną. Išleidžiamos šilumos kiekis yra proporcingas įtampos ir srovės dažnio kvadratui. Paprastai naudojamas 1 * 106 Hz srovės dažnis.

Norint gauti aukšto dažnio sroves, naudojami įvairių konstrukcijų generatoriai.

Dielektrinio šildymo privalumai: tiesioginis šilumos išsiskyrimas šildomame korpuse; vienodas greitas visos medžiagos masės pašildymas iki reikiamos temperatūros; proceso valdymo paprastumas.

Netiesioginėse krosnyse šiluma išsiskiria, kai per šildymo elementus teka elektros srovė. Šiame procese išsiskirianti šiluma medžiagai perduodama šiluminės spinduliuotės, šilumos laidumo ir konvekcijos būdu.

Šilumos kiekis, kuris turi būti tiekiamas kaitinant elektros srove, nustatomas pagal šilumos balansą

https://pandia.ru/text/78/268/images/image012_16.gif" width="20" height="24">- šilumos kiekis, išsiskiriantis šildymo elektros prietaise praeinant elektros srovei, kJ /h; G yra šildomame aparate apdoroto produkto kiekis, kg/h; c yra apdorojamo produkto savitoji šiluminė talpa, kJ/(kg*K); ir atitinkamai pradinė ir galutinė apdorojamas produktas, 0C;- šilumos nuostoliai į aplinką, kJ/val.

Iš (10.7) lygties

(10.8)

Šildymo elemento galia (kW)

10.2. GARAVIMAS

Garavimas- skysčio pavertimo garais procesas, veikiant jį šiluma. Veiksmingiausiai skysčiai išgaruoja verdant. Garinimas maisto technologijoje naudojamas vandeniui vėsinti ir gėlinti, tirpalams, pavyzdžiui, cukrui, koncentruoti, skystiems mišiniams atskirti. Garinimas vyksta garintuvuose.

Vandens gėlinimui naudojami įrenginiai vadinami gėlintuvais, tirpalų koncentracijai didinti - garintuvais.

Šilumos suvartojimas garavimui (kJ)

Q = Wr ( 10.10)

čia: W – išgaravusio skysčio masė, kg; r yra garavimo šiluma, kJ/kg.

Pavyzdžiui, norint išgarinti 1 kg vandens esant atmosferos slėgiui, reikėtų sunaudoti 2264 kJ.

10.3. KONDENSATAS

Kondensatas- medžiagos perėjimas iš garų ar dujinės būsenos į skystą, pašalinant iš jos šilumą. Kondensatoriuose susidaro kondensatas.

Kondensacijos procesai plačiai naudojami maisto technologijoje įvairioms medžiagoms suskystinti.

Kondensacija gali būti atliekama šalinant šilumą iš kondensuotų medžiagų sienele atskirto aušinimo skysčio pagalba arba tiesiogiai sumaišius kondensuotus garus su aušinimo aušinimo skysčiu – vandeniu. Pirmuoju atveju vyksta paviršiaus kondensacija, antruoju - kondensacija maišant.

Kondensacijos metu išsiskiriantis šilumos kiekis nustatomas pagal formulę Q=Dr, kur D – kondensuojančių garų masė, kg; g - kondensacijos šiluma, kJ/kg. Pavyzdžiui, esant atmosferos slėgiui kondensuojantis 1 kg vandens garų, išsiskiria 2264 kJ.

Paviršiaus kondensacija atliekami šilumokaičiuose, vadinamuose paviršiniais kondensatoriais.

Apsvarstykite perkaitintų garų kondensavimosi su vandeniu procesą. Proceso šilumos balansas

čia: D į kondensatorių patenkančio garo masės srautas, kg/h; i– savitoji garo entalpija, kJ/kg; sv, sk – atitinkamai vandens ir kondensato savitosios šiluminės talpos, kJ/(kg*K); ,https://pandia.ru/text/78/268/images/image021_9.gif" width="27" height="31 src="> – šilumos nuostoliai į aplinką, kJ/val.

Iš čia randame aušinimo vandens masės srautą (kg / h)

( 10.12)

Įeinančio perkaitinto garo savitoji entalpija (kJ/kg)

čia: - perkaitinto garo savitoji šiluminė talpa, kJ/(kg*K); - įeinančių perkaitintų garų temperatūra, 0C; https://pandia.ru/text/78/268/images/image027_8.gif" width="12" height="23">Kondensatoriaus šilumos perdavimo paviršiaus plotas apskaičiuojamas atskirai trims zonoms: perkaitintam garui aušinimo zona F1, kondensacijos zona F2 ir kondensato aušinimo zonos F3: Ftot=F1 +F2+F3 Kiekvienos zonos paviršiaus plotas nustatomas pagal pagrindinę šilumos perdavimo lygtį (10.1).

Kondensatas maišant aušinimo skysčius atliekami šlapiuose ir sausuose kondensatoriuose.

Šlapiuose kondensatoriuose aušinimo vanduo, kondensatas ir nesikondensuojančios dujos, pvz., oras, pašalinami iš kondensatoriaus dugno naudojant drėgno oro siurblį.

Sausuose kondensatoriuose aušinimo vanduo kartu su kondensatu išleidžiamas iš apatinės dalies, o oras vakuuminiu siurbliu išsiurbiamas iš viršutinės kondensatoriaus dalies.

Drėgni ir sausi kondensatoriai skirstomi į tiesioginio srauto ir priešpriešinio srauto.

10.4. VĖSINIMAS IKI ĮprastOS TEMPERATŪROS

Aušinimas- medžiagų temperatūros mažinimo procesas, pašalinant iš jų šilumą.

Vanduo ir oras maisto technologijoje naudojami dujoms, garams ir skysčiams aušinti iki 15...20 °C. Produktams atvėsinti iki žemos temperatūros naudojami žemos temperatūros šaltnešiai – šaldymo sūrymai, freonai (freonai), amoniakas, anglies dioksidas ir kt.

Šiame skyriuje aptariame aušinimą iki įprastos temperatūros.

Vandens aušinimas atliekama šilumokaičiuose, kuriuose šilumnešiai yra atskirti sienele arba keičiasi šiluma susimaišius. Pavyzdžiui, dujos aušinamos į jas purškiant vandenį.

Aušinimui naudojamas paprastas vanduo, kurio temperatūra yra 15 ... 25 ° C, arba artezinis vanduo, kurio temperatūra yra 8 ... 12 0 C. Siekiant sutaupyti gėlo vandens, aušinimui dažnai naudojamas cirkuliacinis vanduo, vėsinamas jį išgaruojant aušinimo bokštuose. Vasarą cirkuliuojančio vandens temperatūra siekia 30 °C.

Aušinimo vandens masės srautas W (kg/h) nustatomas pagal šilumos balansą

(10.14)

( 10.15)

čia: G – atšaldyto aušinimo skysčio masės srautas, kg/h; s, sv – atitinkamai aušinimo skysčio ir vandens savitosios šiluminės talpos, kJ/(kg*K); tн, tк - atitinkamai pradinė ir galutinė aušinimo skysčio temperatūra, 0С; , - atitinkamai pradinė ir galutinė aušinimo vandens temperatūra, 0С; Qp – šilumos nuostoliai į aplinką, kJ/val.

Ledo aušinimas naudojamas kai kuriems produktams, pavyzdžiui, ledams, atvėsinti iki artimos nuliui temperatūros. Ledas, išskirdamas šilumą, įkaista iki 0 °C ir tirpsta, atimdamas šilumą nuo atvėsusio produkto. Aušinimo trukmei nustatyti naudojami eksperimentiniai duomenys.

Tiesiogiai aušinant (pavyzdžiui, skysčiai su ledu), šaltis įvedamas su ledu

čia: L – ledo masė, kg; r yra ledo tirpimo šiluma, (kJ/kg); priimti r atsižvelgiant į jo peršalimą 1 ... 3 0С lygiu 335 kJ / kg.

Šiluma įvedama tokiu kiekiu atvėsusio skysčio

Qzh \u003d Gctn (10.17)

čia: G – atvėsinto skysčio masė, kg; c – savitoji skysčio šiluminė talpa, kJ/(kg*K); tn – pradinė skysčio temperatūra, 0С.

Paimkime galutinę atvėsusio skysčio ir vandens temperatūrą, susidariusią tirpstant ledui, tk. Tada šilumos balansą galima parašyti taip:

čia: sv – savitoji vandens šiluminė talpa, kJ / (kg * K).

Taigi ledo vartojimas

Oro aušinimas atliekami natūraliais ir dirbtiniais būdais. Esant natūraliam vėsinimui, karštas produktas vėsinamas dėl šilumos nuostolių į aplinkinę erdvę. Natūralus vėsinimas efektyviausias žiemą, kai oro temperatūra žema.

Vandeniui aušinti aušinimo bokštuose naudojamas dirbtinis oro aušinimas, kuriame aušinamas vanduo teka iš viršaus į apačią iš apačios tiekiamo oro link. Šiuo atveju aušinimas vyksta ne tik dėl šilumos perdavimo, bet ir didžiąja dalimi dėl dalies skysčio išgaravimo.

10.5. VĖSINIMAS IKI TEMPERATŪROS, MAŽESNĖS TEMPERATŪROS

APLINKA

Šaldytuvai naudojami maisto produktams vėsinti, užšaldyti ir laikyti žemesnėje nei aplinkos temperatūroje (nuo +4 iki -40 °C). Aušinimą šaldytuvuose atlieka šaldymo mašinos.

Šalčiui gauti šaldymo mašinose naudojamas atvirkštinis apskritas termodinaminis ciklas, susidedantis iš dujų suspaudimo, kondensacijos ir garavimo procesų.

Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, vėsinimas iki žemesnės nei aplinkos temperatūros, kuris yra susijęs su šilumos perkėlimu iš žemesnės temperatūros lygio į aukštesnį, galimas tik sunaudojant energiją. Toks šilumos perdavimas atliekamas pagal atvirkštinį Carnot ciklą.

Tiesioginio Carnot ciklo energijos balansas išreiškiamas lygtimi

pagal kurią šilumai pereinant iš aukštesnės temperatūros lygio T iki žemesnio temperatūros lygio T 0 atlikta darbų L o šiluma Q0 išsaugoma esant žemai temperatūrai.

Ryžiai. 10.2 Atvirkštinis Carnot ciklas:

plotas L skaičiais lygus sunaudotam darbui; Q0 – aušinimo talpa

Apsvarstykite atvirkštinį Karlo ciklą (10.2 pav.). Dujinis darbinis skystis, kurio temperatūra T0, su darbo sąnaudomis adiabatiškai suspaudžiamas, kaitinant iki temperatūros T. Šis procesas pavaizduotas vertikalia linija 1 - 2. Po suspaudimo dujos izotermiškai kondensuojamos esant T temperatūrai (linija). 2 - 3), išskirdamas šilumą Q, o tada susidaręs skystis adiabatiškai plečiasi. Plečiantis, skystis atšaldomas iki temperatūros T0 (eilutė 3 - 4), atliekant naudingą darbą, po to išgaruoja esant T0 temperatūrai (eilutė 4 - 1), esant sumažintam slėgiui, paimdama šilumą Q0 iš atvėsusio objekto.

Naudingas dujų darbas pagal (10.20) lygtį

https://pandia.ru/text/78/268/images/image035_3.gif" width="197" height="24 src=">(10.22)

Pakeitę Q ir Q0 reikšmes į ankstesnę išraišką, gauname

https://pandia.ru/text/78/268/images/image037_3.gif" width="156" height="38 src="> (10.24)

rodo, kiek šilumos Q0 gali būti perduota nuo žemiausio temperatūros lygio T0 iki didžiausio T dėl sunaudoto darbo vieneto L. Šiluma Q0 vadinama šaldymo mašinos aušinimo galia.

Ant pav. 10.3 parodytos oro būklės koordinatėse T - s diagramos. Skysčio ir garų linijos susilieja taške Tcr, kuris yra kritinė temperatūra. Srityje b - Tcr - a, esančioje kairėje nuo kreivės, yra skystis. Sritis b-Tcr-c, esanti po kreive, yra garų ir skysčio sambūvio sritis, o sritis bet– T kr - s aukščiau ir į dešinę nuo kreivės atitinka dujų arba perkaitinto garo būseną.

Ryžiai. 10.3. T- S - diagrama orui

10.6. PROCESAI ŠALDYMO MAŠINOSE

Dirbtiniam dujų aušinimui naudojamos šios šaldymo mašinos: garo ir dujų suspaudimo, sugerties, garo-vandens, ežektorinis ir termoelektrinis.

Šaldymo mašinose produktai gali būti aušinami tiesiogiai šaltnešiu arba naudojant tarpinius šaltnešius, kurie pašalina šilumą nuo šaldymo objektų, esančių už šaldymo mašinos, ir atiduoda ją šaltnešiui.

Naudojant šaltnešius, šaldymo mašinos garintuvas dedamas į indą, pripildytą šaltnešio – sūrymo. Išgaravus šaltnešiui, sūrymas atšaldomas iki iš anksto nustatytos temperatūros ir pumpuojamas į bendrą vamzdyną, iš kurio siurblys paskirstomas į šaldytuvo aušinimo elementus. Panaudotas sūrymas surenkamas į bendrą vamzdyną ir vėl patenka į konteinerį atvėsti.

Atvėsinimui iki ne žemesnės kaip -15 °C temperatūros naudojamas natrio chlorido tirpalas.

IN garų-dujų suspaudimo šaldymo mašinos naudoti amoniaką, freonus (freonus), anglies dioksidą. Šių mašinų veikimo principas pagrįstas šaltnešio suspaudimu kompresoriumi ir suslėgtų dujų kondensavimu.

Šaldymo mašinose, dirbančiose su amoniaku ir freonais, nereikia sukurti didelio slėgio. Skirtingai nuo amoniako, freonai neturi nosiaryklės dirginančio kvapo ir yra atsparūs sprogimui. Tokios mašinos naudojamos vėsinimui iki -80 °C.

Garų suspaudimo mašinos schema parodyta fig. 10.4. Jį sudaro kompresorius km, kondensatorius, išsiplėtimo vožtuvas B, garintuvas IR. Mašinoje cirkuliuojantis šaltnešis (10.5 pav.) kompresoriumi suspaudžiamas iki darbinio slėgio išilgai adiabatinės 1 -2 iki prisotinimo būsenos ir kondensuojasi esant temperatūrai T kondensatoriuje (eil 2-3), kuris aušinamas vandeniu. Tuo pačiu metu vanduo pašalina šilumą iš šaltnešio) gautas skystis patenka į droselio vožtuvą, kur jis drosuojamas išilgai izoentalpos 3 -4 (arba 3"-4, jei nėra peršalimo) ir po to išgaruoja garintuve temperatūroje To (eilutė 4-1) dėl šilumos , pašalintas iš atvėsusio objekto. Šaldymo agento peršalimas padidina šilumos išsiskyrimą .

Ryžiai. 10.4. Garų suspaudimo šaldymo mašinos schema:

km- kompresorius; KAM- kondensatorius; B - droselio vožtuvas; IR- garintuvas (šaltnešio būsena taškuose 1...4 parodyta pav. 10.5 ir 10.6)

Ryžiai. 10.5. Garų suspaudimo šaldymo ciklas su drėgnų dujų suspaudimu kompresoriuje

Procesas su drėgnų garų suspaudimu kompresoriuje aprašytas aukščiau, tačiau dažniausiai šaldymo mašinos veikia su sausų garų suspaudimu (10.6 pav.). Adiabatinio garo suspaudimo kompresoriuje procesą atspindi linija 1 - 2. Po to perkaitinti garai atšaldomi iki prisotinimo išilgai izobaro 2 - 2", kondensacija esant T temperatūrai pagal izotermą 2 " - 3" , hipotermija 3" - 3, isenthalpe droselis 3 - 4 ir izoterminis garinimas 4 - 1.

Palyginus aukščiau išvardintus garų suspaudimo mašinų veikimo ciklus, matyti, kad termodinaminis ciklas su šlapiais garais yra artimesnis Karno ciklui ir jo veikimo koeficientas yra didesnis. Tačiau, kai kompresoriuje suspaudžiami drėgni garai, kyla vandens plaktuko pavojus ir sumažėja kompresoriaus srautas, todėl ciklas yra mažiau naudingas nei sausų garų suspaudimo ciklas. Kompresoriaus srautas priklauso nuo suspaudimo laipsnio p/p0, nustatyta remiantis eksperimentiniais duomenimis.

S

Ryžiai. 10.6. Garų suspaudimo aušintuvo ciklas su sausų garų suspaudimu

Konkrečią aušinimo galią (kJ/kg) galima nustatyti pagal pav. 10.6

ir šaldymo mašinoje cirkuliuojančio aušalo masės srautas (kg/s) – pagal formulę

Aušinimo koeficientas

(10.27)

Dujų kompresinėse šaldymo mašinose(10.7 pav.) aušinimo skystis yra oras. Mašinos darbo cikle (10.8 pav.) oras nesikondensuoja ir neišgaruoja. Oras įsiurbiamas turbokompresoriaus ir suspaudžiamas adiabatiškai 1 -2. Tada jis atšaldomas vandeniu šaldytuve nuo temperatūros T2 prieš T3 išilgai 2-3 izobarų atvėsęs oras plėtiklyje adiabatiškai plečiasi, o jo temperatūra nukrenta iki T4. Iš plėtiklio oras patenka į šilumokaitį, kuriame atima šilumą žemiausioje temperatūros lygyje esant pastoviam slėgiui išilgai izobaro 4-1. Šioms mašinoms būdingas padidėjęs energijos suvartojimas ir jos naudojamos tik žemesnei nei -100 °C temperatūrai sukurti.

Ryžiai. 10.7. Dujų suspaudimo šaldymo mašinos schema:

km- kompresorius; T- šilumokaitis; X- šaldytuvas; D - plėtiklis (plėstuvas); taškų 1...4 atitinka diagramos taškus T-S (10.8 pav.)

Ryžiai. 10.8. Dujų suspaudimo aušintuvo ciklas

IN absorbciniai aušintuvai(10.9 pav.) šaltnešis yra vandens-amoniako tirpalas. Šios mašinos naudojamos vėsinimui iki -60 °C.

Ryžiai. 10.9. Absorbcinio aušintuvo diagrama:

1 - boileris; 2 - kondensatorius; 3, 8 - droseliniai vožtuvai; 4 - garintuvas; 5 - absorberis; 6 - siurblys; 7 - šilumokaitis

Mašina susideda iš katilo 1 kuris šildomas garais, kondensatoriumi 2 , aušinamas vandeniu, droselis 3 , garintuvas 4, sugėriklis 5 , šilumokaitis 7 ir siurblys 6 (žr. 10.9 pav.). Katile kaitinant iš vandeninio amoniako tirpalo išsiskiria didžioji dalis dujinio amoniako, kuris esant pertekliniam slėgiui patenka į kondensatorių, kur aušinamas vandeniu ir aukštoje temperatūroje kondensuojasi. T. Kondensuodamas amoniakas išskiria šilumą DIV_ADBLOCK84">

Mašinoje cirkuliuojančio amoniako-vandens tirpalo kiekį galima nustatyti pagal termokompresoriaus medžiagų balanso lygtis:

čia: OK, Oa - atitinkamai į katilą ir absorberį patenkančio tirpalo masės srautai, kg/h; hk,Ha- tirpalo, patenkančio į katilą ir absorberį, koncentracija atitinkamai masės %; https://pandia.ru/text/78/268/images/image054_1.gif" width="225" height="25">

IN garo vandens ežektorių šaldymo mašinosšaltnešis suspaudžiamas garų ežektoriuje, o garai kondensuojami vandenį maišančiuose kondensatoriuose arba paviršiniuose kondensatoriuose. Aušinimo skystis čia yra sūrymas arba grynas vanduo. Sūrymų pagalba pasiekiamas aušinimas iki -15 °C, o vandens pagalba - iki +5 °C.

Garo-vandens ežektorinio šaldymo mašinos schema parodyta fig. 10.10. Aukšto slėgio vandens garai, patenkantys į ežektorių 2 siurbia garus iš garintuvo 1. Dėl to slėgis garintuve sumažinamas iki 25 Pa, o cirkuliuojantis sūrymas atšaldomas iki -10...+ 15 °C. Atvėsintas sūrymas išpumpuojamas siurbliu 5 ir siunčiamas objektams atvėsti. Vandens garai iš ežektoriaus patenka į maišymo kondensatorių 3, kur jis kondensuojasi ir išleidžiamas kaip kondensatorius drėgno oro siurbliu 4.

Ryžiai. 10.10. Garo vandens ežektorių šaldymo mašinos schema:

1 - garintuvas; 2 - ežektoriumi; 3 - maišymo kondensatorius; 4, 5 - siurbliai.

Vandenyje veikiančios garo-vandens ežektorių šaldymo mašinos pasižymi dideliu našumo koeficientu dėl nedidelio temperatūros lygių skirtumo. Tokios mašinos yra paprastos, patikimos, kompaktiškos ir lengvai naudojamos.

10.7. ŠILUMOS MAITINĖS ĮRANGOS PRIETAISAS

Maisto gamyboje naudojami šilumą naudojantys įrenginiai šilumos mainų procesams atlikti vadinami šilumokaičiais. Šilumokaičiai pasižymi konstrukcijų įvairove, kuri paaiškinama skirtinga aparato paskirtimi ir procesų vykdymo sąlygomis.

Pagal veikimo principą šilumokaičiai skirstomi į rekuperacinius, regeneracinius ir maišomuosius (aušinimo bokštai, skruberiai, maišymo kondensatoriai ir kt.).

Rekuperaciniuose šilumokaičiuose šilumnešiai yra atskirti sienele ir per juos skiriančią sienelę šiluma perduodama iš vieno šilumnešio į kitą.

Regeneraciniuose šilumokaičiuose tas pats šilumos mainų paviršius pakaitomis plaunamas karštais ir šaltais šilumnešiais. Plaunant karštu aušinimo skysčiu, paviršius įkaista nuo jo karščio, plaunant šaltu aušinimo skysčiu – vėsta, išskirdamas šilumą. Taigi šilumos mainų paviršius sukaupia karšto aušinimo skysčio šilumą, o tada perduoda ją šaltam aušinimo skysčiui.

Maišytuvuose šilumos perdavimas vyksta tiesiogiai sąveikaujant šilumnešiams.

Rekuperaciniai šilumokaičiai Priklausomai nuo konstrukcijos, jie skirstomi į korpuso ir vamzdžio, "vamzdžio vamzdyje", ritinio, sluoksninius, spiralinius, drėkinimo ir apvalkalinius įrenginius. Vamzdžių garintuvai sudaro specialią grupę.

Korpusiniai ir vamzdiniai šilumokaičiai yra plačiausiai naudojami maisto pramonėje.

Korpuso ir vamzdelio vertikalus vientakis šilumokaitis su fiksuotais vamzdžių lakštais (10.11 pav., a) susideda iš cilindrinio korpuso, kurį iš abiejų pusių riboja prie jo privirinti vamzdžių lakštai su juose pritvirtintais šildymo vamzdžiais. Vamzdžių pluoštas padalija visą šilumokaičio korpuso tūrį į vamzdžio erdvę, uždarą šildymo vamzdžių viduje, ir žiedinę erdvę.

Ryžiai. 10.11 Vertikalaus vieno praėjimo korpuso ir vamzdžio šilumokaičio su fiksuotais vamzdžių lakštais ir vamzdžių išdėstymo vamzdžio lakšte schema:

1 - kūnas; 2 - vamzdžio lakštas; 3 - šildymo vamzdis; 4 - šakos vamzdis; 5 - dugnai; 6 - atraminė letena; 7 - varžtas; 8 - tarpiklis; 9 - apvalkalas

Dvi dugnai yra pritvirtinti prie korpuso varžtinėmis jungtimis. Šilumnešių įvadui ir išėjimui korpusas ir dugnai turi atšakas. Vienas aušinimo skysčio srautas, pavyzdžiui, skystis, nukreipiamas į vamzdžio erdvę, praeina per vamzdžius ir išeina iš šilumokaičio per atšaką viršutiniame dugne. Kitas aušinimo skysčio srautas, pavyzdžiui, garai, patenka į šilumokaičio žiedinę erdvę, išplauna šildymo vamzdžius iš išorės ir atšakančiu vamzdžiu išleidžiamas iš šilumokaičio korpuso.

Šilumos mainai tarp šilumnešių atliekami per vamzdžių sieneles.

Šildymo vamzdžiai su vamzdžio lakštu sujungiami suvirinant arba išplečiami jame (žr. mazgą B 10.11 pav., a). Šildymo vamzdžiai gaminami iš plieno, vario arba žalvario.

Šildymo vamzdžiai į vamzdžių lakštus dedami keliais būdais: išilgai taisyklingų šešiakampių šonų ir viršūnių (šachmatais), išilgai kvadratų šonų ir viršūnių (koridoriaus) ir išilgai koncentrinių apskritimų. Tokie išdėstymai užtikrina kompaktišką šilumokaičio dizainą. Vamzdžių atstumas priklauso nuo išorinio vamzdžio skersmens. Plečiant vamzdžius vamzdžio lakšte, žingsnis nustatomas pagal formulę t=(l,3...1,5)dn.

Šilumokaičio korpuso skersmuo

D= (1,3...1,5)( b-1)dн+4dн, (10.30)

kur b- vamzdžių, esančių įstrižai didžiausio šešiakampio, skaičius; b\u003d 2a-1 (čia a yra vamzdžių, esančių didžiausio šešiakampio šone, skaičius);

dn yra išorinis vamzdžio skersmuo.

Bendras vamzdžių skaičius šilumokaityje

n = 3a(a-1) + 1 (10,31)

Žinomo skersmens vamzdžių ilgis apskaičiuojamas atsižvelgiant į šilumos mainų paviršiaus plotą

Siekiant sustiprinti šilumos perdavimą korpuso ir vamzdžio šilumokaičiuose, vamzdžių pluoštas yra padalintas į dalis, t. Vamzdžiai suskaidomi į daugybę praėjimų, naudojant pertvaras viršutiniame ir apatiniame dugne.

Ant pav. 10.12 parodytas toks kelių pralaidų šilumokaitis, kuriame aušinimo skystis per vamzdžio erdvę praeina keturiais praėjimais. Taip pasiekiamas aušinimo skysčio greičio padidėjimas, dėl kurio padidėja šilumos perdavimo koeficientas vamzdžio erdvėje. Patartina padidinti vieno iš aušinimo skysčio, kuris turi didesnę šiluminę varžą, greitį.

Žiedinė erdvė taip pat gali būti padalinta įrengiant kreipiamąsias pertvaras (10.13 pav.).

Pavaizduota pav. 10.11 korpuso ir vamzdžio šilumokaičiai veikia patikimai esant 25...30°C temperatūrų skirtumams tarp korpuso ir vamzdžių. Esant didesniems temperatūrų skirtumams tarp korpuso ir vamzdžių, atsiranda dideli šiluminiai įtempiai, dėl kurių gali sugesti šilumokaitis. Todėl, esant dideliems temperatūrų skirtumams, naudojamos šilumokaičio konstrukcijos, kurios kompensuoja šiluminį pailgėjimą.

Paprasčiausias šiluminių pailgėjimų kompensavimo įtaisas yra lęšio kompensatorius (10.14 pav., a), kuris montuojamas šilumokaičio korpuse ir kompensuoja šilumines deformacijas ašiniu suspaudimu arba plėtimu.

Šilumokaičiai su U formos šildymo vamzdžiais (10.14 pav., b) turi vieną vamzdžio lakštą, kuriame tvirtinami abu U formos vamzdžių galai. Kiekvienas vamzdis šildomas gali pailgėti nepriklausomai nuo kitų ir taip kompensuoti šiluminį įtempį.

Ryžiai. 10.12. Daugiatakio šilumokaičio schema (vamzdžio erdvėje):

1 - kūnas; 2 - šildymo vamzdis; 3 - dugnas; 4 - pertvaros

Ryžiai. 10.13. Daugiatakio šilumokaičio schema (išilgai žiedinės erdvės):

1 - kūnas; 2 - pertvaros; 3 - šildymo vamzdis; 4 - apačioje

Korpuso ir vamzdžio šilumokaičiai naudojami šilumos mainams tarp kondensuojančių garų ir skysčio. Skystis praleidžiamas vamzdžiais, o garai - žiedu.

Korpuso ir vamzdžio šilumokaičių privalumai yra kompaktiškumas, mažos metalo sąnaudos, paprastas vamzdžių valymas iš vidaus (išskyrus šilumokaitį su U formos vamzdeliais).

Ryžiai. 10.14. Šilumokaičių su šiluminio įtempio kompensavimu projektavimas:

a - su objektyvo kompensatoriumi: 1 - korpusas; 2 - šildymo vamzdis; 3 - objektyvo kompensatorius; b - su U formos šildymo vamzdžiais: 1 - dangtelis; 2 - korpusas; 3 - U formos šildymo vamzdžiai

Šių šilumokaičių trūkumai yra šie: sunku pasiekti aukštus šilumos perdavimo greičius, išskyrus kelių pralaidų šilumokaičius; žiedinės erdvės valymo sunkumai ir mažas jos prieinamumas tikrinimui ir remontui; gamybos sudėtingumas iš medžiagų, kurių negalima išplėsti ir suvirinti, pavyzdžiui, iš ketaus ir ferosilido.

„Vamzdis vamzdyje“ tipo šilumokaičiai susideda iš kelių didesnio skersmens išorinių vamzdžių ir jų viduje esančių mažesnio skersmens vamzdžių (10.15 pav.). Elementų vidinis ir išorinis vamzdžiai sujungiami vienas su kitu nuosekliai alkūnių ir atšakų pagalba. Vienas iš aušinimo skysčių aš- juda išilgai vidinio vamzdžio, o kitas - II- išilgai žiedinio kanalo, kurį sudaro vidinis ir išorinis vamzdžiai. Šilumos mainai vyksta per vidinio vamzdžio sienelę.

Šiuose šilumokaičiuose pasiekiami dideli šilumnešio greičiai tiek vamzdžiuose, tiek žiede. Jei reikia sukurti didelius šilumos perdavimo paviršių plotus, šilumokaitis yra sudarytas iš kelių sekcijų, kuriose yra baterija.

Ryžiai. 10.15. Šilumokaičio tipas „vamzdis vamzdyje“:

1 - išorinis vamzdis; 2 - vidinis vamzdis; 3 - kelio; 4 - šakos vamzdis; aš , II- šilumnešiai

Ryžiai. 10.16. Panardinamas ritės šilumokaitis:

1 - ritė; 2 - kūnas

Ryžiai. 10.17. Drėkinimo šilumokaitis:

1 - paskirstymo latakas; 2 - vamzdis; 3 - kelio; 4 - stovas; 5 - surinkimo latakas

"Vamzdis vamzdyje" tipo šilumokaičių privalumai: didelis šilumos perdavimo koeficientas dėl didelio abiejų šilumnešių greičio, gamybos paprastumas.

Šių šilumokaičių trūkumai yra stambumas, didelės metalo sąnaudos ir žiedo valymo sunkumai.

„Vamzdis vamzdyje“ tipo šilumokaičiai naudojami esant mažam šilumnešių srautui šilumos mainams tarp dviejų skysčių ir tarp skysčio ir kondensacinių garų.

Panardinamieji gyvatiniai šilumokaičiai – tai gyvatuko pavidalu išlenktas vamzdis, panardintas į aparatą su skysta terpe (10.16 pav.). Aušinimo skystis juda ritės viduje. Ritiniai šilumokaičiai gaminami su plokščia spirale arba su spirale išlenkta spirale.

Ritinių šilumokaičių pranašumas yra gamybos paprastumas. Tuo pačiu metu tokie šilumokaičiai yra didelių gabaritų ir sunkiai valomi. Panardinami šilumokaičiai naudojami kondensatui vėsinti ir šildyti, taip pat garams kondensuoti.

Drėkinimo šilumokaičiai naudojami skysčiams, dujoms ir garų kondensacijai aušinti. Jie susideda (10.17 pav.) iš kelių vienas virš kito esančių vamzdžių, sujungtų alkūnėmis. Vamzdžiais teka aušinimo skystis. Aušinamasis vanduo patenka į dantytą paskirstymo lovelį, iš kurio tolygiai teka į viršutinį šilumokaičio vamzdį ir pasroviui esančius vamzdžius. Dalis aušinimo vandens išgaruoja nuo vamzdžių paviršiaus. Po apatiniu vamzdžiu yra latakas vandeniui surinkti. Tokiuose šilumokaičiuose šilumos perdavimo koeficientas yra mažas.

Laistymo šilumokaičiai yra paprastos konstrukcijos, tačiau daug metalo reikalaujantys. Paprastai jie įrengiami lauke.

Spiraliniai šilumokaičiai susideda iš dviejų stačiakampių spiralinių kanalų, suformuotų iš metalo lakštų (10.18 pav.). Vidiniai spiralių galai yra sujungti pertvara. Iš galų kanalai uždaromi dangteliais ir sandarinami tarpikliais. Išoriniuose kanalų galuose yra numatyti atšakos vamzdžiai šilumnešių įvadui ir išėjimui, kiti du atšakos vamzdžiai privirinami prie plokščių šoninių dangčių.

Ryžiai. 10.18. Spiralinis šilumokaitis:

1 - dangtelis; 2 - pertvara; 3.4 - metalo lakštai

Tokie šilumokaičiai naudojami šilumos mainams tarp skysčių ir dujų. Šie šilumokaičiai nėra užkimšti kietomis dalelėmis, pakibusiomis šilumokaičiuose, todėl naudojami šilumos mainams tarp skysčių su skendinčiomis dalelėmis, pavyzdžiui, misai aušinti distiliavimo gamyklose.

Spiraliniai šilumokaičiai yra kompaktiški, leidžia atlikti šilumos perdavimo procesą esant dideliam šilumos perdavimo greičiui su dideliais šilumos perdavimo koeficientais; spiralinių šilumokaičių hidraulinė varža yra mažesnė už kelių pralaidų įrenginių varžą esant vienodiems šilumnešio greičiams.

Spiralinių šilumokaičių trūkumas yra gamybos, remonto ir valymo sudėtingumas.

Plokšteliniai šilumokaičiai (10.19 pav., a) montuojami ant rėmo, susidedančio iš viršutinių ir apatinių guolių sijų, kurios jungia stovą su fiksuota plokšte. Kilnojama plokštė juda išilgai kreipiamųjų trauklių. Tarp kilnojamųjų ir fiksuotų plokščių yra štampuotų plieninių gofruotų plokščių paketas, kuriame yra kanalai šilumnešiams praeiti. Plokštelių sandarinimas pasiekiamas įgilintomis tarpinėmis, kurios gali atlaikyti aukštą darbinį slėgį. Šilumos nešikliai į plokščių suformuotus kanalus pereina kintamaisiais kanalais per tarpikliu atskirtas angas.

Plokštelinio šilumokaičio veikimo principas parodytas fig. 10.19b. Kaip matyti iš šios diagramos, šilumos mainai vyksta priešinga srove, kai kiekvienas aušinimo skystis juda išilgai vienos plokštės pusės.

Ryžiai. 10.19 Plokštelinis šilumokaitis (a) ir jo veikimo principas (b):

1 - viršutinė guolių sija; 2 - fiksuota plokštė; 3 - plokštė; 4 - kilnojama plokštė; 5 - apatinė guolių sija; 6 - kreipiamoji vairo trauklė; 7 - stovas

Aprašomo plokštelinio šilumokaičio variantas yra dėžinis kondensatorius, kuris yra plokštelinis šilumokaitis, įdėtas į dėžės formos garų kolektorių (10.20 pav.). Plokštelių krūva guli ant šono, o viršutiniai kintamų plokščių kraštai yra nepaminkštinti, kad į ją galėtų patekti garai, kondensuojami šaltnešio, tekančio per „sluoksniuotą“ uždarų kanalų sistemą.

Plokšteliniai šilumokaičiai naudojami kaip šildytuvai, šaldytuvai, kombinuoti šilumokaičiai pasterizavimui (pvz., pienui) ir sterilizavimui (melasai). Šie šilumokaičiai gali būti montuojami kaip kelių pakopų įrenginiai.

Plokšteliniai šilumokaičiai yra kompaktiški, turi didelį šilumos perdavimo paviršiaus plotą, kuris pasiekiamas gofruojant plokštes.

Didelį efektyvumą lemia didelis šilumos perdavimo paviršiaus ploto ir šilumokaičio tūrio santykis. Tai pasiekiama dėl didelių šilumnešių greičių, taip pat dėl ​​banguotų plokščių paviršių srautų turbulencijos ir mažos plokščių sienelių šiluminės varžos.

Šie šilumokaičiai yra pagaminti iš modulių, iš kurių galima surinkti šilumokaitį su procesui reikalingu šilumos perdavimo paviršiaus plotu.

Trūkumai apima gamybos sudėtingumą, galimybę užkimšti plokščių paviršius skystyje pakibusiomis kietomis dalelėmis.

Ryžiai. 10.20 Dėžutės kondensatoriaus veikimas

Šilumokaičiai su briaunuotais šilumos mainų paviršiais leidžia padidinti šilumos perdavimo paviršiaus plotą šilumokaičio pusėje esant mažam šilumos perdavimo koeficientui.

Ryžiai. 10.21. Šildytuvo sekcija:

1 - dėžutė; 2 - šonkaulis; 3 - vamzdis

Paviršiaus klijavimui naudojamos plieninės apvalios arba stačiakampės poveržlės, kurios suvirinamos daugiausia prie vamzdžių. Vamzdiniuose šilumokaičiuose naudojami skersiniai arba išilginiai šonkauliai.

Peleninio šilumokaičio pavyzdys yra šildytuvas, naudojamas orui šildyti šildymo vandens garais. Ant pav. 10.21 rodoma garo šildytuvo sekcija. Garai patenka į vamzdžius, kur kondensuojasi, atiduodami šilumą orui, kuris išplauna šildytuvo plokštes. Šilumos perdavimo koeficientas iš sočiųjų vandens garų pusės į vamzdžio sienelę α1=12 000 W/(m2*K), o nuo sienos į orą α2=12...50 W/(m2*K). Vamzdžių išorinio paviršiaus briaunos žymiai padidina šilumos kiekį, perduodamą iš garų į orą.

Šilumokaičiuose su apvalkalu (autoklavuose) šiluma iš aušinimo skysčio perduodama į aparato sieneles, kai aušinimo skysčiu plaunamos išorinės korpuso sienelės. Ant pav. 10.22 parodytas aparatas su apvalkalu, kuris privirinamas prie aparato sienelių. Tarpoje tarp apvalkalo ir korpuso cirkuliuoja aušinimo skystis, kuris šildo aparate esančią terpę. Kartais vietoj vientisų marškinėlių prie aparato korpuso privirinama ritė. Ant pav. 10.23 parodytos prie aparato korpuso suvirintų ritinių parinktys.

Ryžiai. 10.22. Aptaisytas aparatas:

1 - kūnas; 2 - marškinėliai

Ryžiai. 10.23. Suvirintos ritės parinktys

Regeneraciniai šilumokaičiai susideda iš dviejų sekcijų, kurių viename šiluma iš aušinimo skysčio perduodama tarpinei medžiagai, kitoje - iš tarpinės medžiagos į proceso dujas. Regeneracinio šilumos mainų įrenginio pavyzdys – ištisinis įrenginys su cirkuliuojančia granuliuota medžiaga (10.24 pav.), kuri veikia kaip šilumos nešiklis iš karštų išmetamųjų dujų į šalto proceso dujas. Įrenginys susideda iš dviejų šilumokaičių, kurių kiekvienas yra velenas su nuolatiniu granuliuotos medžiagos srautu, judančiu iš viršaus į apačią. Kiekvieno šilumokaičio apatinėje dalyje yra dujų paskirstymo įtaisas, skirtas tolygiai paskirstyti dujų srautą per šilumokaičio skerspjūvį. Granuliuota medžiaga iš šilumokaičio nuolat iškraunama šliuzu. Atvėsusi granuliuota medžiaga iš antrojo šilumokaičio patenka į pneumatinę transportavimo liniją, per kurią oras tiekiamas į separatoriaus bunkerį, kuriame dalelės nusėda ir vėl patenka į pirmąjį šilumokaitį.

Ryžiai. 10.24. Įrenginys su cirkuliuojančia granuliuota medžiaga:

1,2 - šilumokaičiai; 3 - šliuzas; 4 - pūstuvas; 5 - pneumatinė transporto linija; 6 - dujų skirstytuvas; 7 - separatorius

Ryžiai. 10.25 val. Tiesiai per kondensatorių:

1 - kūnas; 2 - dangtelis; 3 - purškimo antgalis; 4 - drėgno oro siurblys; 5 - tvirtinimas

Šilumokaičių maišymas Yra drėgnų ir sausų tipų. Sumaišius juose esanti šiluma perduodama iš vieno aušinimo skysčio į kitą.

Drėgnas vienkartinis kondensatorius (10.25 pav.) skirtas kondensuoti garus su vandeniu. Per purkštukus į kondensatorių įleidžiamas aušinamasis vanduo. Vandens purškimas labai padidina šilumos mainų paviršiaus plotą tarp garų ir vandens. Kai vandens lašeliai sąveikauja su garais, garai kondensuojasi. Kondensatas, vanduo ir nekondensuotos dujos iš kondensatoriaus išpumpuojami drėgno oro siurbliu.

Proceso šilumos balansas išreiškiamas lygtimi

Di+Wctv. n. \u003d (D + W) cvt in. į.,

(10.33)

čia: D - kondensuojančių garų masės srautas, kg/h; i - kondensuojančių garų entalpija, kJ/kg; W – aušinimo vandens masės srautas, kg/h; sv - vandens šiluminė talpa, kJ / (kg * K); tv. n ir t in. k - atitinkamai pradinė ir galutinė vandens temperatūra, ºС.

Manoma, kad 1 kg vandens yra 0,000025 kg oro, o 1 kg kondensuojančių garų sudaro vidutiniškai 0,01 kg oro, prasiskverbiančio į kondensatorių per nuotėkį.

Iš maišymo kondensatoriaus išsiurbto oro masės srautas (kg/h),

GB = 25 106 (D+W) + 0,01 D, (10,34)

o jo tūris (m3) nustatomas pagal būsenos lygtį:

VB = 288 GB (273 + tB) / pB, (10,35)

čia: 288 - oro dujų konstanta, J/(kg*K); tB - iš kondensatoriaus išsiurbto oro temperatūra, 0С; рр=р-рп - dalinis oro slėgis kondensatoriuje, N/m2 (čia рп - dalinis garų slėgis išmetamame ore, kuris imamas lygus sočiųjų garų slėgiui esant temperatūrai tB.

Oro temperatūra laikoma lygi aušinimo vandens temperatūrai prie kondensatoriaus išėjimo: tB=tB K.

Priešsroviniame sauso maišymo kondensatoriuje (10.26 pav.) garų ir aušinimo vandens sąveika vyksta priešsrove. Aušinamasis vanduo patenka į viršutinę perforuotą kondensatoriaus plokštę, o garai - po apatine. Vanduo teka iš plokštės į lėkštę plonų čiurkšlių pavidalu per skylutes ir šonus. Garų sąveika su skysčiu vyksta kondensatoriaus tūryje tarp plokščių. Dėl garų kondensacijos susidaręs kondensatas kartu su vandeniu išleidžiamas per barometrinį vamzdelį, kurio galas nuleidžiamas į šulinį, o oras per gaudyklę išsiurbiamas vakuuminiu siurbliu. Šiuo atžvilgiu tokie kondensatoriai kartais vadinami barometriniais.

Kondensacijos procesas barometriniuose kondensatoriuose vyksta vakuume. Paprastai absoliutus slėgis juose yra 0,01 ... 0,02 MPa.

Norint subalansuoti slėgio skirtumą barometriniame kondensatoriuje ir atmosferos slėgį, barometriniame vamzdyje naudojama skysčio kolonėlė.

Barometrinio vamzdžio aukštis (m).

Htr \u003d Hz + HD + 0,5, (10,36)

čia hz yra skysčio kolonėlės aukštis, balansuojantis slėgio skirtumą kondensatoriuje ir atmosferos slėgį, m; hz \u003d 103,3 V (čia B yra kondensatoriaus vakuumas, MPa); hd – skysčio stulpelio aukštis, reikalingas sukurti dinaminį slėgį, užtikrinantį skysčio judėjimą vamzdyje; hd \u003d (υ2 / 2g) (2,5 + λH tr / d). Čia υ yra skysčio judėjimo per vamzdį greitis, jis yra lygus 1 ... 2 m / s; λ - hidraulinio pasipriešinimo koeficientas;

- vamzdžio skersmuo, m;

D ir W - į kondensatorių patenkančio garo ir vandens masės srautai, kg/h; 0,5 - aukštis, neleidžiantis vandeniui užtvindyti garų įleidimo angos, m.

Ryžiai. 10.26. Barometrinis kondensatorius:

1 - kūnas; 2 - plokštė; 3 - barometrinis vamzdis; 4 - šulinys; 3 - spąstai

Barometrinio kondensatoriaus matmenys priklauso nuo barometrinio vamzdžio skersmens ir nustatomi iš atitinkamų etaloninių medžiagų.

Norint pasirinkti vakuuminį siurblį, būtina žinoti garuose ir vandenyje esantį oro kiekį, į kondensatorių įsiurbto oro kiekį ir ryšius per nesandarias sandariklius.

Oro srautas apskaičiuojamas naudojant (10.34) ir (10.35) lygtis.

Oro temperatūra

tv \u003d tv n +0.1 (TV į - tv n) +4

10.8. ŠILUMOKITIKLIŲ PASIRINKIMAS

Renkantis šilumokaičio konstrukciją, reikia vadovautis tuo, kad įrenginys turi atitikti technologinį procesą, būti labai efektyvus (produktyvus), ekonomiškas ir patikimas eksploatuoti, suvartoti mažai metalo; šilumokaičio medžiaga turi būti atspari korozijai darbo terpėje.

Didelės šilumos perdavimo koeficientų vertės pasiekiamos, kai šilumnešiai per šilumokaitį juda dideliu greičiu. Norint pasiekti aukštą šilumos perdavimo koeficientą, šilumos mainų paviršius turi būti švarus. Padidėjus vieno iš aušinimo skysčių greičiui, šilumos perdavimo koeficientas pastebimai padidėja tik tada, kai šilumos perdavimo koeficientas iš kito aušinimo skysčio yra pakankamai didelis, o sienos ir taršos šiluminės varžos yra mažos. Taigi, jei šilumos perdavimo koeficientas žiedinėje erdvėje yra žymiai mažesnis nei vamzdžiuose, tai aušinimo skysčio greičio padidėjimas vamzdžiuose beveik neturi įtakos šilumos perdavimo koeficiento dydžiui; tokiu atveju reikia padidinti šilumos perdavimo koeficientą žiedinėje erdvėje, pavyzdžiui, įrengiant joje pertvaras.

Sprendžiant, kurį iš aušinimo skysčių leisti per vamzdžius, o kuriuos iš vamzdžių išorės, reikia laikytis šių taisyklių:

norint pasiekti didesnį šilumos perdavimo koeficientą, vamzdžiais reikia leisti aušinimo skystį su mažesniu šilumos perdavimo koeficientu;

aušinimo skystį, kuris turi korozinį poveikį įrangai, patartina leisti per vamzdžius, nes šiuo atveju antikorozinę medžiagą reikia naudoti tik vamzdžiams, grotelėms ir kameroms, korpusas negali būti pagamintas iš įprastos medžiagos;

šilumos nuostoliams sumažinti patartina per vamzdžius praleisti aukštos temperatūros šilumnešį;

aušinimo skystį, iš kurio išsiskiria krituliai, rekomenduojama išleisti iš tos šilumos mainų paviršiaus pusės, kurią lengviau valyti;

Aukšto slėgio aušinimo skystis turi būti nukreiptas į vamzdžio erdvę taip, kad šilumokaičio korpuse nebūtų slėgio.

Šilumokaičio konstrukcija parenkama remiantis techniniu ir ekonominiu skaičiavimu. Tuo pačiu lyginamos gamybos kapitalo sąnaudos ir metinės veiklos sąnaudos. Kai kuriais atvejais jie padidina kapitalo sąnaudas, jei greitai atsiperka dėl sutaupytų veiklos išlaidų.

Projektuojant šilumokaitį technologiniam procesui, skaičiavimo užduotis yra nustatyti jo šilumokaičio paviršiaus plotą ir bendrus aparato matmenis.

Skaičiavimas pradedamas nuo šilumokaičio šilumos balanso parengimo, iš kurio nustatomas perduodamos šilumos kiekis. Pavyzdžiui, šilumos balansas aušinimo skysčio pašildymui nuo temperatūros tH iki temperatūros iki sočiųjų vandens garų (10.27 pav.) bus parašytas taip:

GctH+Di"=GctK+Di"+Qp;

Q=Gc(tK-tH)+Qp=D(i"-i")+Qp.

Šildymo garo suvartojimas D=Q/(i"-i").

Šilumos perdavimo koeficientas nustatomas pagal (3.1.47) formulę, o į šią formulę įtraukti šilumos perdavimo koeficientai α1 ir α2 – pagal atitinkamas kriterines lygtis.

Vidutinė varomoji jėga apskaičiuojama naudojant (3.1.53) ir (3.1.54) formules.

Šilumos perdavimo paviršiaus plotas nustatomas pagal pagrindinę šilumos perdavimo lygtį (3.1.3).

Vamzdžių skaičius šilumokaityje n=4F/(πd2вl), kur dB – išorinis vamzdžių skersmuo, m; l yra vamzdžių ilgis, m Jei vamzdžių skaičius apskaičiuojamas pagal masės srautą ir aušinimo skysčio greitį vamzdžiuose, tai vamzdžių ilgis apskaičiuojamas naudojant šią lygtį.

Vamzdžiai šilumokaičio su korpusu vamzdžio lakštu yra išdėstyti šaškių lentoje arba koncentriniais apskritimais.

Ryžiai. 10.27. Prie medžiagų balanso paruošimo

Korpuso ir vamzdžio šilumokaičio skersmuo nustatomas pagal (10.30) lygtį.

Šilumokaičio hidraulinė varža (N/m2 arba Pa) nustatoma pagal Darcy-Weisbach formulę

čia: λ - trinties koeficientas; l- vamzdžio ilgis, m; d - vamzdžio skersmuo, m; - vietinių varžų koeficientų suma; 18. Kokie yra rekuperacinių šilumokaičių tipai, priklausomai nuo konstrukcijos? 19. Kaip veikia vieno praėjimo korpuso ir vamzdžio šilumokaitis? 20. Kaip intensyvinimas pasiekiamas daugiatakiuose korpuso ir vamzdžio šilumokaičiuose? 21. Kokie yra korpusinių ir vamzdinių šilumokaičių privalumai ir trūkumai? 22. Kuris iš aušinimo skysčių praleidžiamas vamzdžiais, o kuris - žiedu? 23. Kada naudojami vamzdiniai šilumokaičiai? Kokie yra šių šilumokaičių privalumai ir trūkumai? 24. Kaip veikia spiralinis šilumokaitis? Kokius privalumus ir trūkumus jis turi? 25. Kaip sumontuotas plokštelinis šilumokaitis? Kokie yra plokštelinių šilumokaičių privalumai ir trūkumai? 26. Kokiais atvejais naudojami šilumokaičiai su briaunuotais šilumokaičio paviršiais? 27. Pateikite regeneracinių šilumokaičių pavyzdžių. 28. Kurie šilumokaičiai pagal veikimo principą maišosi? 29. Kaip veikia ir veikia šlapias vienkartinis kondensatorius? Kas lemia aušinimo vandens srautą ir iš kondensatoriaus išsiurbto oro tūrį? 30. Kaip veikia priešpriešinio srauto sauso maišymo kondensatorius? 31. Nuo kokių dydžių priklauso barometrinio vamzdžio aukštis? Koks jo tikslas? 32. Į ką atsižvelgiama renkantis šilumokaičių konstrukciją? 33. Koks yra šilumokaičio projektinis skaičiavimas? 34. Kuo skiriasi šilumokaičių projektiniai ir patikros skaičiavimai?

1 KLAUSIMAS: ŠILDYMAS

Modulis Nr.4

Šilumos mainų procesai

20 paskaita

Šildymas ir garinimas

Literatūra:

1. G.D. Kavetskis, V.P. Kasyanenko "Maisto technologijos procesai ir aparatai". - M., Kolos, 2008.-591 p.: iliustr.

2. Maisto gamybos procesai ir įrenginiai. Vadovėlis universitetams 2 knygose / [A.N. Ostrikova ir kiti]; red. A.N. Ostrikova.

Paskaitos planas:

1. Šildymas.

2. Garinimas.

3. Aparatas maisto terpėms pašildyti.

Testo klausimai:

1. Kokie metodai naudojami maistui pašildyti?

2. Kokios yra šildymo vandeniu ypatybės?

3. Kokie yra prisotinto vandens šildymo proceso privalumai?

4. Kokie yra šildymo dūmų dujomis trūkumai?

5. Kaip elektros srovė naudojama šildymui?

6. Kokia termoradiacinio šildymo esmė?

7. Kuriuose įrenginiuose vamzdžiai naudojami kaip šilumokaičiai?

8. Nustatyti plokštelinių šilumokaičių technologinius pranašumus.

1 KLAUSIMAS: ŠILDYMAS

Šildymas – tai medžiagų temperatūros didinimo procesas jas kaitinant. Maisto technologijoje plačiai paplitę šildymo karštu vandeniu ar kitais skystais šilumnešiais, sočiųjų vandens garų, išmetamųjų dujų ir elektros srove būdai.

Šiems tikslams naudojami įvairių konstrukcijų šilumokaičiai.

Šildymas vandeniu naudojama temperatūrai pakelti ir maisto produktams pasterizuoti žemesnėje nei 100 °C temperatūroje. Šildymui iki aukštesnės nei 100 ° C temperatūros naudojamas perkaitintas vanduo, esant pertekliniam slėgiui. Vanduo yra vienas iš prieinamų ir pigių nekorozinių aušinimo skysčių, turinčių didelę šilumos talpą ir šilumos perdavimo koeficientą. Paprastai kaitinimas vandeniu vykdomas per aparato sienelę, skiriančią šilumnešį ir gaminį.

Kaitinant vandeniu ar kitais skysčiais, pavyzdžiui, aliejumi, organiniais šilumnešiais, dažnai naudojamas cirkuliacinis šildymo būdas. Pagal šį metodą tarp šildytuvo ir šilumokaičio cirkuliuoja karštas vanduo (ar kitas aušinimo skystis), kuriame jis atiduoda šilumą.

Cirkuliacija gali būti natūrali arba priverstinė. Natūrali cirkuliacija atsiranda dėl karštų ir šaltų aušinimo skysčių tankio skirtumo.

Efektyvesnis šildymo būdas su priverstine cirkuliacija naudojant siurblį.

Šiltnamiams šildyti auginant agurkus, pomidorus ir kitas daržoves naudojamas karštas vanduo, kuris yra gamyklos šilumą naudojančių įrenginių atliekos.

Kitas kaitinimo karštais skysčiais būdas yra kaitinimas kaitinimo voniomis, kurios yra apvalkaliniai aparatai. Striukė šildoma dūmų dujomis, elektros srove arba aukšto slėgio sočiais garais, tiekiamais į gyvatuką.

Iš aukštos temperatūros organinių skysčių aukštai temperatūrai sukurti naudojamos mineralinės alyvos (iki 250 ... 300 ° C), tetrachlorbifenilas (iki 300 ° C), glicerinas, organiniai silicio junginiai ir kt. naudojamas šildymui cirkuliaciniu būdu, plačiausiai naudojamas. , taip pat šildymo vonių užpildymui. Skysto difenilo mišinio šilumos perdavimo koeficientas natūralios cirkuliacijos sąlygomis yra 200 ... 350 W / (m 2 K). Difenilo mišinys užtikrina kaitinimą iki 260...400 °C.

Vandens ar kito aušinimo skysčio suvartojimas šildymui nustatomas pagal šilumos balansą.

kur W in Ir G p – atitinkamai vandens ir produkto masės srautai, kg/h; iš į Ir iš n – atitinkamai vandens ir produkto šiluminės talpos, kJ/(kg K); t v.n. Ir t PC. yra galutinės vandens ir produkto temperatūros atitinkamai °С; K n – šilumos nuostoliai į aplinką, kJ/val.

Šildymas sočiųjų vandens garais plačiai paplito dėl savo privalumų: didelis šilumos kiekis, išsiskiriantis kondensuojantis vandens garams (2024 ... 2264 kJ 1 kg kondensuojančių garų, esant atitinkamai 0,1 ... 1,0 MPa absoliučiam slėgiui); didelis šilumos perdavimo koeficientas iš kondensuojančių garų į sieną - maždaug 20 000 ... 40 000 kJ / (m 2 h K); šildymo vienodumas.

Kaitinant sočiųjų vandens garais, naudojami du būdai: kaitinimas „kurčiaisiais“ sočiais ir „aštriais“ garais.

Kaitinant „mirusiais“ garais, šiluma iš kondensuojančių sočiųjų vandens garų per juos skiriančią sienelę perduodama įkaitusiam aušinimo skysčiui. Kaitinamasis „negyvas“ garas kondensuojasi ir pašalinamas iš šilumokaičio garų erdvės kondensato pavidalu. Šiuo atveju kondensato temperatūra laikoma lygi sočiųjų kaitinimo garų temperatūrai.

Garų masės srautas (kg/h) kaitinant skystį nustatomas pagal šilumos balansą.

kur D yra garo masės srautas, kg/h; G yra skysčio masės srautas, kg/h; iš yra skysčio savitoji šiluminė talpa, kJ/(kg K); t ir ir t k yra atitinkamai pradinė ir galutinė skysčio temperatūra, °С; і Ir і ´´ - kaitinimo garo ir kondensato savitosios entalpijos, kJ/h.

Tam, kad garai visiškai kondensuotųsi šilumokaičio garų erdvėje, ant kondensato išleidimo linijos įrengiami įvairių konstrukcijų garo gaudyklės (1 pav.). Garų gaudyklė leidžia praleisti kondensatą, bet ne garą, todėl jis visiškai kondensuojasi šilumokaičio garų erdvėje, todėl žymiai sutaupoma garo.

Kaitinant „karštais“ garais, vandens garai įpurškiami tiesiai į įkaitintą skystį. Garai kondensuojasi ir atiduoda šilumą įkaitintam skysčiui, o kondensatas susimaišo su skysčiu. Garai įvedami per burbuliatorių, kuris daugeliu atvejų yra vamzdis su skylutėmis, išlenktas Archimedo spirale arba apskritimu. Garų įleidimas per burbuliatorių kartu su skysčio kaitinimu užtikrina jo sumaišymą su garais.

Ryžiai. 1. Garų gaudyklės įrengimo schema:

1 - šilumokaitis; 2 - prapūtimo vožtuvas; 3 - kondensato nutekėjimas;

4 - vožtuvai; 5 - išleidimo linija.

„Karšto“ garo suvartojimas nustatomas pagal šilumos balansą

Žymėjimas čia toks pat kaip (3) lygtyje.

„Aštrų“ garų suvartojimas

Šildymas „karštais“ garais naudojamas tais atvejais, kai įkaitintą terpę leidžiama skiesti vandeniu. Šis metodas dažnai naudojamas vandeniui ir vandeniniams tirpalams šildyti.

Dūmų dujinis šildymas, susidarančios specialiose krosnyse degant kietajam, skystajam ar dujiniam kurui, naudojami, pavyzdžiui, džiovykloms šildyti.

Šildymo dūmų dujomis trūkumai: mažas šilumos perdavimo koeficientas, lygus 60...120 kJ/(m 2 · h · K), dideli temperatūrų skirtumai ir netolygus kaitinimas; temperatūros reguliavimo sudėtingumas; aparato sienelių oksidacija, taip pat kenksmingų degimo produktų buvimas, todėl nepriimtina naudoti dūmų dujas su jais tiesiogiai besiliečiantiems maisto produktams šildyti.

Be išmetamųjų dujų, gaunamų specialioje krosnyje, taip pat naudojamos 300 ... 500 ° C temperatūros krosnių, katilų ir tt išmetamosios dujos. Išmetamųjų dujų naudojimas nereikalauja papildomų kuro sąnaudų, todėl jų naudojimas šildymui yra labai racionalus.

Kai šildoma elektros srove naudokite srovę, kurios įtampa yra 220 ... 380 V ir dažnis 50 Hz, aukšto ir ypač aukšto dažnio (SHF) sroves, kurių virpesių dažnis yra nuo kelių šimtų kilohercų iki tūkstančių megahercų.

Gaminių šildymas elektros srove gali būti atliekamas tiesioginiu ir netiesioginiu veikimu. Tiesiogiai veikiant elektros srovei, kūnas įkaista, kai per jį praeina elektros srovė. Esant netiesioginiam poveikiui, šiluma išsiskiria, kai elektros srovė praeina per šildymo elementus (TEN). Šiame procese išsiskirianti šiluma medžiagai perduodama šiluminės spinduliuotės, šilumos laidumo ir konvekcijos būdu. Kaitinimo elementai pagaminti iš nichrominės vielos arba juostos (lydinio, kurio sudėtyje yra 20% chromo, 30...80% nikelio, 0,5...50% geležies).

Šildymo elementai būna įvairių formų: cilindriniai, plokšti, spiraliniai, apvalūs, žiediniai. Kaitinimo elementai montuojami elektrinėse viryklėse, maisto šildytuvuose, puoduose, gruzdintuvėse, blynų keptuvėse, kepimo krosnyse.

Šilumos kiekis, kuris turi būti tiekiamas kaitinant elektros srove, nustatomas pagal šilumos balansą

čia Q e – šilumos kiekis, išsiskiriantis kaitinamajame elektriniame elemente, kai per jį teka elektros srovė, J/h; G – produkto suvartojimas, kg/val.; c – gaminio savitoji šiluminė talpa, J/(kg K); t ir ir t k - atitinkamai pradinė ir galutinė apdoroto produkto temperatūra, °C; Q p – šilumos nuostoliai į aplinką, J/val.

Iš (7) lygties gauname

(8)

Elektrinių šildymo elementų galia, W,

(9)

Šiuo metu dauguma maisto pramonės įrenginių veikia elektros srove, kuri praktiškai pakeitė dujinius prietaisus.

Aukšto dažnio šildymas remiasi tuo, kad veikiant dielektrikui, esančiam tarp kintamosios elektros srovės kondensatoriaus plokščių, jo molekulės pradeda svyruoti, o dalis energijos eikvojama trintis tarp dielektriko molekulių įveikti ir virsta šiluma, kaitinimu. kūnas. Išleidžiamos šilumos kiekis yra proporcingas įtampos ir srovės dažnio kvadratui. Paprastai srovės dažnis yra 1 · 10 6 ... 100 · 10 6 Hz.

Norint gauti aukšto dažnio sroves, naudojami įvairių konstrukcijų generatoriai. Dielektrinio šildymo pranašumai: tiesioginis šilumos išsiskyrimas šildomame korpuse, vienodas greitas visos gaminio masės įkaitinimas iki reikiamos temperatūros, proceso valdymo paprastumas.

Pastaraisiais metais šildymas mikrobangų lauke, kuriam būdingas centimetro bangos ilgio diapazonas ir tūkstančių megahercų virpesių dažnis, buvo plačiai pritaikytas maisto technologijoje. Šildymas mikrobangų krosnelėje naudojamas mikrobangų krosnelėse maistui šildyti, kepiniams ir pan., taip pat žaliavoms ir gaminiams dezinfekuoti.

Norint paversti 50 Hz dažnio elektros srovę į mikrobangų sroves mikrobangų krosnelėse, naudojami magnetronai. Virpesių dažnis yra atvirkščiai susijęs su bangos ilgiu λ ir apibrėžiamas kaip v = c/λ, kur iš- šviesos sklidimo greitis, lygus 300 000 km/s. Aukšto dažnio šildymas pagrįstas poliarizacijos reiškiniu. Dielektrikoje molekulių virpesiai yra susiję su trintimi tarp dalelių. Dėl susidariusios trinties gaminio masėje išsiskiria šiluma. Kuo didesnis elektrinio lauko dažnis, tuo daugiau šilumos susidaro gaminio masėje.

Norėdami nustatyti išskiriamą šilumos kiekį gaminio masės vienetui, nustatome specifinius dielektrinius nuostolius.

Galios nuostoliai masės arba tūrio vienetui, W / cm 3,

čia P yra bendras galios nuostolis W dielektrike, kurio talpa c, esant kintamajai įtampai U esant dažniui f, V yra tūrio vienetas.

Į (10) lygtį pakeisime bendros galios nuostolių P = UI c m cos φ reikšmes ir bendrą poslinkio srovės vertę dielektrike. aš cm - ωcU,čia ω – kampinis lauko dažnis; ω = 2pf.

Po pakeitimo gauname

Keičiama V = Sd, kur yra sritis S- kondensatoriaus plokščių darbinės dalies paviršiai; d- atstumas tarp plokščių; φ - kampas, kuriuo grandinėje esanti poslinkio srovė veda taikomą įtampą, gauname

(12)

Jei elektrinio lauko stipris E (V / cm) išreiškiamas kaip E=U/d, talpa с = εS/d, kur ε yra gaminio dielektrinė konstanta, gauname

(12)

Išreiškiant f Hz, E V / cm pagaliau gauname galios nuostolius, W / cm 3, (13)

Produktas etg δ vadinamas dielektrinių nuostolių koeficientu. Kaip matyti iš (85) lygties, savitieji dielektriniai nuostoliai, lemiantys šilumos kiekį, išsiskiriantį dielektriko gaminio masės arba tūrio vienetui, priklauso nuo aukšto dažnio lauko parametrų ir nuo medžiagos dielektrinių savybių, t. , dėl dielektrinių nuostolių kampo δ ir dielektrinio laidumo ε.

Termoradiacinis šildymas yra sudėtingas fizinis procesas dėl didelio optinio tankio ir apšvitintų produktų nehomogeniškumo.

Termoradiacinio šildymo metu šiluma į gaminį tiekiama iš infraraudonųjų spindulių generatorių: aukštos temperatūros emiterių, kvarcinių ir veidrodinių lempų.

IR šildymo naudojimas leidžia sutrumpinti gaminių apdorojimo laiką, taip pat pagerinti jų kokybę. Kai gaminys apšvitinamas infraraudonaisiais spinduliais, spinduliavimo energija paverčiama šiluma. Šildymo efektyvumas priklauso nuo spinduliuotės generatorių ir apšvitinto produkto spektrinių charakteristikų.

Taigi, pavyzdžiui, džiovinant melionus, proceso trukmė IR spinduliuotės lauke sutrumpėja 3...5 kartus, o produkto kokybė gerokai pagerėja.

Infraraudonoji spinduliuotė nuo kitų elektromagnetinių virpesių tipų skiriasi dažniu, bangos ilgiu ir sklidimo greičiu. Infraraudonosios spinduliuotės bangos ilgis yra 7,7 10 -5 ... 3,4 10 -2 cm (0,77 ... 340 μm) ribose.

Optines gaminio savybes lemia jo savybės ir jame esantis vanduo. Spinduliavimo generatorių spektrinės charakteristikos turi atitikti apšvitintų produktų spektrines charakteristikas. Teisingai parinkus emiterį ir švitinimo režimą, užtikrinamas spinduliuotės prasiskverbimas į medžiagos gylį, o tai lemia šilumos ir masės perdavimo procesų intensyvėjimą. Medžiagų pralaidumas IR spinduliams priklauso nuo medžiagos tipo (kapiliarinės-akytos ar koloidinės), jų struktūros, kapiliarų dydžio, jų pasiskirstymo pobūdžio ir drėgmės jungties su medžiaga tipo.

Kapiliarinės porėtos medžiagos sugeria daugiau energijos nei koloidinės. Taip yra dėl daugybės šilumos spindulių atspindžių iš medžiagos kapiliarų sienelių.

Didžiąją dalį energijos sugeria paviršinis gaminio sluoksnis, o į vidų patenka tik nereikšminga jos dalis, sudaranti tik 5...20 % švitinimo energijos 1...2 mm gylyje. Taigi IR kaitinant miltų sluoksnis neturi viršyti 10 mm, vaisiai ir daržovės – 10...15 mm.

Jei gaminys gali atlaikyti kaitinimą iki aukštų temperatūrų, tada spinduliuotei prasiskverbti turi būti naudojami aukštos temperatūros spinduliuotės šaltiniai. Tai pastebimai suaktyvina kaitinimo procesą, nesukeliant pavojaus, kad gaminio paviršius perkais.

Elektrinėse indukcinėse krosnyse kaitinimas atliekamas indukcinėmis srovėmis. Krosnies korpusas veikia kaip solenoido šerdis, per kurią praeina kintamoji srovė. Aplink solenoidą susidaro kintamasis magnetinis laukas, kuris krosnies sienelėje sukelia elektrovaros jėgą. Krosnies sienos šildomos antrine srove. Solenoidas pagamintas iš mažo ominio atsparumo medžiagų, tokių kaip varinė ir aliuminio viela.

Dielektrikams šildyti naudojamas dielektrinis šildymas. Išleidžiamos šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas įtampos ir srovės dažnio kvadratui.

Dielektrinio šildymo privalumai: didelis proceso greitis, vienodas medžiagos kaitinimas, galimybė valdyti procesą.

Šildymas – tai medžiagų temperatūros didinimo procesas jas kaitinant. Maisto technologijoje paplitę šildymo būdai yra šildymas karštu vandeniu ar kitais šilumos perdavimo skysčiais, sočiais garais, dūmų dujomis ir elektros srove.

Šiems tikslams naudojami įvairių konstrukcijų šilumokaičiai.

Šildymas vandeniu naudojama temperatūrai pakelti ir maisto produktams pasterizuoti žemesnėje nei 100 °C temperatūroje.

Kitas kaitinimo karštais skysčiais būdas yra kaitinimas kaitinimo voniomis, kurios yra apvalkaliniai aparatai. Striukė šildoma dūmų dujomis, elektriniu šildymu arba aukšto slėgio prisotintais garais, tiekiamais į gyvatuką.

Šildymas sočiųjų vandens garais paplito, o tai paaiškinama šiais privalumais: didelis šilumos kiekis, išsiskiriantis kondensuojantis vandens garams (2024 ... 2264 kJ 1 kg kondensacinio garo, esant atitinkamai 0,1 ... 1,0 MPa absoliučiam slėgiui) ; didelis šilumos perdavimo koeficientas nuo kondensuojančių garų iki sienos - apie 20 000 ... 40 000 kJ / m 2) šildymo vienodumas.

Šildymas išmetamosiomis dujomis, susidaręs degant kietajam, skystajam ar dujiniam kurui specialiose krosnyse, naudojamas, pavyzdžiui, džiovykloms šildyti.

Elektrinis šildymas atliekami tiesioginio ir netiesioginio veikimo elektrinės varžos krosnyse.

Tiesioginio veikimo krosnyse kūnas įkaista, kai per jį praeina elektros srovė.

Šildymas aukšto dažnio srovėmis pagrįstas tuo, kad dielektrikui veikiant kintamą elektros srovę, dielektriko molekulės pradeda svyruoti, o dalis energijos išleidžiama trintis tarp dielektriko molekulių ir įveikti. virsta šiluma, kaitindama kūną.

Aušinimas – tai medžiagų temperatūros mažinimo procesas, pašalinant iš jų šilumą.

Vandens aušinimas atliekama šilumokaičiuose, kuriuose šilumnešiai yra atskirti sienele arba keičiasi šiluma susimaišius. Pavyzdžiui, dujos aušinamos į jas purškiant vandenį.

Ledo aušinimas naudojamas kai kuriems produktams, pavyzdžiui, ledams, atvėsinti iki artimos nuliui temperatūros.

Šilumos perdavimas- šilumos mainai tarp dviejų aušinimo skysčių per juos skiriančią kietą sieną.

aušinimo skystis- šilumos perdavimui naudojama judanti terpė (dujos, garai, skystis).

šilumos laidumas vadinamas šiluminės energijos perdavimo iš labiau įkaitintų kūno dalių į mažiau įkaitusias procesas dėl šiluminio judėjimo ir mikrodalelių sąveikos. Dėl šilumos laidumo kūno temperatūra susilygina.

Pagrindinis šilumos laidumo dėsnis,įkurtas Furjė (1768-1830) ir pavadintas jo vardu, sako, kad šilumos kiekis dQ, perduodamas pagal šilumos laidumą, proporcingą temperatūros gradientui dt/dl, laikas dt ir pjūvio plotas dF, statmenai šilumos srauto krypčiai:

kur λ. - terpės šilumos laidumo koeficientas, W / (m-K).

Medžiagų šilumos laidumas priklauso nuo jų pobūdžio ir agregacijos būsenos, temperatūros ir slėgio.

Šilumos išsklaidymas yra šilumos mainų tarp kūno paviršiaus ir aplinkos procesas.

Šilumos perdavimo intensyvumas apibūdinamas koeficientu

šilumos perdavimas lygus šilumos srauto tankio santykyje tarp šilumos mainų paviršiaus ir terpės (aušinimo skysčio) temperatūros skirtumo.

Pagrindinis šilumos perdavimo dėsnis – Niutono dėsnis sako: šilumos kiekis dQ, perkeliamas iš šilumos mainų paviršiaus į srautą, skystį (dujas) arba iš srauto į šilumos mainų paviršių, yra tiesiogiai proporcingas šilumos mainų paviršiaus plotui F, paviršiaus temperatūros skirtumas t g o sriegio šerdis t f (arba atvirkščiai) ir proceso trukmė dt:

36.Elektros nusodinimo ir elektrostatinio nusodintuvo konstrukcija. Paskirtis, įrenginys, veikimo principas ir plotas
programos. Paprasčiausias elektrostatinis nusodintuvas- tai du elektrodai, iš kurių vienas - anodas - pagamintas vamzdžio arba plokštės pavidalu, o kitas - katodas - vielos pavidalu, ištemptas vamzdinio anodo viduje arba tarp plokštelinių anodų, pagamintų iš vielos tinklelis. Anoles sumaltas.

Dujų mišinys patenka į vamzdinių elektrodų vidų arba tarp plokštelinių elektrodų. Dėl didelio potencialų skirtumo ant elektrodų ir elektrinio lauko nehomogeniškumo dujų sluoksnyje prie neigiamo elektrodo – katodo – susidaro elektronų srautas, nukreiptas į anodo pusę. Dėl elektronų susidūrimo su neutraliomis dujų molekulėmis dujos jonizuojasi. Tokia jonizacija vadinama šoku. Dujų jonizacijos požymis yra „vainiko“ susidarymas prie katodo, todėl katodas vadinamas vainiku. Dulkės ar rūko dalelės nusėda ant anodo, padengdamos jį nuosėdų sluoksniu.

Šildymas gali būti atliekamas: tiesiogiai atvira liepsna; per asbesto tinklelį; vonioje; elektriniai šildymo prietaisai.

Atvira liepsna dažniausiai naudojama šamoto, porceliano, platinos, nikelio, geležies ir kitų metalinių tiglių bei kvarco indų deginimui.

Nerekomenduojama cheminių indų, tokių kaip kolbos, stiklinės ir pan., kaitinti atvira liepsna, nes indai gali sprogti. Kaitindami cheminius indus, dažniausiai jie naudoja asbesto tinklelius (208 pav.) arba lakštinio asbesto gabalą. Tinklelis dedamas ant trikojo arba ant trikojo žiedo, ant jo uždedamas indas ir iš apačios pakeičiamas degiklis. Degiklio liepsna tiesiogiai neliečia indo, o kaitinimas eina per asbestą, todėl pasiekiamas didesnis šildymo vienodumas.

Tačiau gana sunku atlikti šildymą tinkle esant bet kokiai temperatūrai. Tam naudojamos įvairios vonios, iš kurių labiausiai paplitusios: vanduo, garai, druska, oras, smėlis, aliejus, glicerinas, parafinas, trikrezilo fosfatas, iš žemai tirpstančių metalų ir lydinių.

Vandens vonios (209 pav.). Vandens vonios naudojamos tik tais atvejais, kai reikia šildyti ne aukštesnę kaip 100 ° C. Vonios iš viršaus uždaromos koncentriniais žiedais, persidengiančiais vienas kitą.

Be vienos ertmės vandens vonių, laboratorijose taip pat naudojamos kelių ertmių vonios, iš kurių viena parodyta fig. 210.

Ryžiai. 208. Asbesto tinklelis.

Šildymas vandens vonioje gali būti atliekamas dviem būdais: šildomi indai panardinami į verdantį vandenį, tokiu atveju šildymo temperatūra siekia 100 ° C; šildomi indai nesiliečia su vandeniu ir šildomi tik vandens garais, - kaitinimo temperatūra keliais laipsniais žemesnė nei 100 °C.

Ryžiai. 210. Trijų ertmių vandens vonia su dujiniu šildymu.

Į vonią pilamas vanduo, kad iki kraštų liktų 2-3 cm.. Įkaitintas indas uždedamas ant tokio skersmens žiedo, kad jo apatinė dalis būtų 1,5-2 cm vonios viduje.

Jei stiklas yra šildomas, jis turi būti dedamas taip, kad jis neiškristų, t.y. žiedo vidinis skersmuo turi būti mažesnis už stiklo dugno skersmenį.

Vanduo vonioje pašildomas iki užvirimo ir palaikomas tokioje būsenoje visą kaitinimo laiką.

Dirbant su vandens vonele, reikia pasirūpinti, kad joje visada būtų vandens. Dažnai atsitinka taip, kad dėl darbuotojo neapsižiūrėjimo visas vanduo iš vonios išvirs, dėl to gali kilti nemalonių pasekmių (vonios pažeidimas, kaitinamos medžiagos pažeidimas). Todėl laboratorinėje praktikoje geriausia naudoti 6ai nyami su automatiniu vandens tiekimu (209 pav., a). "Tokios vonios apatinėje dalyje yra procesas, prie kurio pritvirtinamas sifono įtaisas automatiniam.

Ryžiai. 211. Sifono pastoviam vandens lygiui palaikyti schema: 1 - vamzdelis, prijungtas prie vandentiekio čiaupo; 2 nutekėjimo vamzdis vandens pertekliui pašalinti; S-vamzdis, jungiantis sifono įrenginį su vandens vonia.

logiška vandens lygio palaikymas. Sifoniniai įtaisai būna įvairių konstrukcijų. Vienas iš sifoninio įrenginio, skirto automatiškai tiekti vonią vandeniu, konstrukcijų parodytas fig. 211. Vanduo į vonią patenka per vamzdelį / prijungtas prie vandens šaltinio (čiaupo, vandens buteliuko). Vandens perteklius išteka per nutekėjimo vamzdį 2, ant kurio uždedamas guminis vamzdelis, kuris nuvedamas į kriauklę. Vandens tekėjimas per vamzdelį / rinkinį yra labai lėtas.

Taip pat galima organizuoti automatinį vonios padavimą vandeniu pagal schemą, parodytą pav. 212. Vonia 5 per sifoninį įtaisą 4 guminiu vamzdeliu prijungta prie indo 3. Vanduo šiame inde turi būti tokiame pačiame lygyje kaip vanduo vonioje. Šis indas alkūninio vamzdžio 2 pagalba sujungiamas su indu 1. Vamzdis 2 nuleidžiamas 1-1,5 cm į indą 3. Kai vandens lygis 5 vonioje ir 3 inde nukrenta taip, kad vamzdžio 2 galas būtų aukščiau. skysčio lygis, indas / išpils tokį vandens kiekį, kuris vėl sukurs ankstesnį lygį.

Dar mažiau sudėtingas automatinio vandens tiekimo įrenginys parodytas fig. 213; jį sudaro kelių litrų talpos kolba arba butelis 1, pritvirtintas prie trikojo kaklu žemyn. Per kamštį praeina išlyginamasis vamzdelis 2, kurio apatinis galas nuleistas į antgalį 3 taip, kad jis būtų ne daugiau kaip 1 cm vandenyje. / Išsilies toks vandens kiekis, kad bus nustatytas pradinis skysčio lygis antgalyje 3.

Mažiems mėgintuvėliams šildyti rekomenduojama naudoti mažas stiklines kaip vandens vonią. Tokiais atvejais buvo pasiūlyta daug mėgintuvėlių tvirtinimo būdų. Patogu naudotis prietaisu (214 pav.), kurį nesunkiai gali pagaminti kiekvienas dirbantis laboratorijoje. Tinkamo dydžio kamštinio kamščio (stiklinio) centre sutvirtintas vielos laikiklis. Kamštyje išgręžiamos 3-4 ar daugiau skylių, kurių skersmuo 1 mm didesnis už mėgintuvėlių skersmenį. Į atmestą kamštį įkišamas mėgintuvėlis su šildoma medžiaga, o pastarasis įdedamas į stiklinę karšto vandens.

Jei laboratorijoje yra garų padavimas, tuomet jį labai patogu naudoti vandens vonioms šildyti, ypač grupinėms su daug inkilų. Bet kuri mechaninė dirbtuvė gali pritaikyti vandens vonią šildymui garais. Garais šildoma vandens vonia yra panaši į garų vonią (žr. toliau).