Тепловой баланс. Одной из форм выражения закона сохранения энергии является уравнение теплового баланса

Одной из форм выражения закона сохранения энергии является уравнение теплового баланса. Это уравнение показывает, какое количество энергии поступает в аппарат с энергоносителем и как она тратится на те или иные процессы, происходящие в аппарате. Кроме того, по составляющим уравнения теплового баланса можно оценить эффективность его работы путем анализа количественного соотношения отдельных энергозатрат при проведении теплового процесса.

В реальных аппаратах подведенная к ним энергия расходуется не только на проведение требуемого технологического процесса, но и на различного рода процессы, неизбежно сопутствующие ему, что приводит к непроизводительным затратам энергии. Анализ этих затрат позволяет выделить среди них наиболее существенные и наметить пути их уменьшения, т. е. сделать аппарат более совершенным.

В самом общем виде уравнение теплового баланса аппарата, работающего на любом энергоносителе, записывается в следующей форме:

Q = Q + Q + Q , (6.6)

где Q – общее (затраченное) количество теплоты, которое выделяется в аппарате, кДж;

Q – количество теплоты, расходуемой на тепловую обработку продукта, кДж;

Q – количество теплоты, теряемой с топливом (для огневых аппаратов), кДж;

Q – потери теплоты, определяемые конструкцией аппарата, кДж.

Количество теплоты расходуемое на тепловую обработку продукта (Q ) состоит собственно из полезной теплоты, затрачиваемой на нагревание пищевых продуктов (Q ), на испарение влаги из продукта или из содержимого варочного сосуда при варке в процессе тепловой обработки (Q ), на перегрев этого пара (Q ) до температуры в рабочей камере аппарата и на нагревание посуды или упаковки (Q ), в которой размещается продукт в аппарате и не являющейся элементом его конструкции

Q = Q + Q + Q + Q . (6.7)

Количество теплоты, теряемой с топливом (Q ) состоит из теплоты, уносимой из аппарата продуктами сгорания топлива (потери теплоты с уходящими продуктами сгорания, Q ), потерь теплоты от химического недожога топлива (Q ) и потерь теплоты от механического недожога топлива (Q )

Q = Q + Q + Q . (6.8)

Потери теплоты, определяемые конструкцией аппарата (Q ) состоят из потерь теплоты в окружающую среду наружными ограждениями (Q ), на разогрев его конструктивных элементов (Q ), на увлажнение камеры (Q ) и на потери через дверцу (Q ) при ее открывании.

Q = Q + Q + Q + Q . (6.9)

В уравнениях теплового баланса для различных аппаратов некоторые составляющие уравнения могут отсутствовать. Кроме того, уравнение может быть составлено как на весь процесс, так и на отдельную его часть, а также на единицу времени. В последнем случае составляющие теплового баланса будут выражены не в единицах энергии, а в единицах теплового потока или мощности (точнее, это будет уравнение баланса тепловой мощности).

Для аппаратов периодического действия тепловой баланс обычно составляется для нестационарного и стационарного режимов работы, для аппаратов непрерывного действия – преимущественно для стационарного режима работы. Нестационарный режим характеризуется изменением температуры частей аппарата во времени. При стационарном режиме характерная температура частей аппарата с течением времени не меняется.

Общее количество теплоты, выделяемой в аппарате,можно определить по расходу энергоносителя. Для электрических аппаратов Q вычисляется по формуле

Q = P ּ τ, (6.10)

где Q – общее (затраченное) количество теплоты, кДж;

Р – мощность аппарата, кВт;

τ – время работы аппарата, с.

Для аппаратов, использующих в качестве энергоносителя газ, твердое и жидкое топливо Q можно вычислить по формуле

Q = B ּ Q ּ τ, (6.11)

где B – расход топлива; для газа, м³/с, для твердого и жидкого топлива, кг/с;

Q – низшая рабочая теплота сгорания топлива; для газа, кДж/м³, для твердого и жидкого топлива, кДж/кг.

Теоретический расход теплоты на процесс тепловой обработки пищевых продуктов определяется из выражения

Q = с ּm ּ(t – t ) + c ּm ּ(t – t ), (6.12)

где с – средняя теплоемкость загружаемых в аппарат продуктов, кДж/(кгּК);

c – теплоемкость греющей среды (воды, бульона, молока или жира), кДж/(кгּК);

m – общая масса загруженных пищевых продуктов, кг;

m – масса воды, бульона, молока или жира, загружаемых в аппарат, кг;

t , t – конечная и начальная температура загружаемых продуктов, ºС;

t , t – конечная и начальная температура среды, ºС;

Общая масса загружаемых продуктов в аппарат (m ) определяется как

m = m₁ + m₂ + m₃ + … + m_n, (6.13)

где m₁…m_n – масса отдельных продуктов, загружаемых в аппарат, определяемая по нормам раскладки для приготовления данного блюда, кг.

Средняя теплоемкость загруженных продуктов (с ) определяется из уравнения

с = , (6.14)

где m _i, c _i – соответственно масса и теплоемкость отдельных продуктов.

Теплоемкость какого-либо продукта определяется по справочнику теплофизических характеристик пищевых продуктов [3] или может быть рассчитана по приближенной универсальной для всех влажных продуктов формуле

c _i = , (6.15)

где а – влажность продукта (для основных пищевых продуктов принимается по табл. 6.1), %;

4,19 и 1,68 – соответственно теплоемкость воды и сухих веществ, кДж/(кгּК);

Таблица 6.1

Дата добавления: 2015-06-30