Тепловой баланс. Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы фритюрницы определяют по формулам

Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы фритюрницы определяют по формулам

Q = Q_пол + Q + Q_раз

Q = Q_пол +Q_исп + Q + Q

1. Полезное количество теплоты (Q_пол) в период разогрева – это количество теплоты затраченной на нагревание жира в жарочной ванне, а в стационарном режиме – на нагревание картофеля.

= c_жּm_жּ(t_к – t_н) = 2,09ּ20ּ(180 – 20) = 6688 кДж;

Q = c_кּm_кּ(t_к – t_н) = 3,56ּ12ּ(100 – 20) = 3417 кДж

где с_ж – теплоемкость жира, кДж/(кгּК). (Для масла подсолнечного рафинированного по справочнику [3] теплоемкость в зависимости от температуры находится в пределах 1,9…2,28 кДж/(кгּК). Принимаем с_ж = 2,09 кДж/(кгּК);

с_к – теплоемкость картофеля, кДж/(кгּК). Теплоемкость картофеля при его влажности 75 % (табл. 6.1) определяется по формуле 6.15

c_к = = 3,56 кДж/(кгּК);

m_ж – масса жира, 20 кг;

m_к – масса картофеля, 12 кг;

t_к, t_н – соответственно конечная и начальная температуры жира и картофеля, ºС

2. Потери теплоты наружными стенками фритюрницы (Q ) в окружающую среду складываются из теплопотерь боковой поверхностью, поверхностью стола и поверхностью жира («зеркало» жира).

Теплопотери от дна фритюрницы ничтожно малы в связи с тем, что под ней находится замкнутое воздушное пространство подставки. Компенсировать их можно за счет увеличения температуры на боковой лицевой и задней стенках приняв ее равной 60 ºС. Потери теплоты определяются по формуле (6.26)

Q = 10 .

Площадь теплоотдающей поверхности (F):

боковой F_бок = H_ж.в.ּ(2А + 2В) = 0,301ּ(2ּ0,8 + 2ּ0,32) = 0,68 м²;

стола F_ст = АּВ – А_ж.в.ּВ_ж.в. = 0,8ּ0,32 – 0,55ּ0,292 = 0,1 м²;

«зеркала» жира F_жир = А_ж.в.ּВ_ж.в. = 0,55ּ0,292 = 0,16 м².

Среднее значение температур теплоотдающих поверхностей:

для периода разогрева:

боковой = = 40 ºС;

стола = = 40 ºС;

«зеркала» жира = = 100 ºС.

для стационарного режима: = 60 ºС; = 60 ºС; t = 180 ºС.

Коэффициент теплоотдачи от боковой поверхности определяется по формуле (6.36):

для периода разогрева

= 9,76 + 0,07ּ(40 – 20) = 11,16 Вт/(м²ּºС);

для стационарного режима

= 9,76 + 0,07ּ(60 – 20) = 12,56 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от стола (горизонтальной поверхности) определяется по этой же формуле, но полученное значение увеличивается на 30 %.

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(40 – 20)] = 14,51 Вт/(м²ּºС);

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(60 – 20)] = 16,33 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности жира рассчитывается аналогично как и от поверхности стола

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(100 – 20)] = 19,97 Вт/(м²ּºС);

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(180 – 20)] = 27,25 Вт/(м²ּºС).

Время разогрева проектируемой фритюрницы 20 мин (1200 с). Тогда потери теплоты наружными стенками фритюрницы в период разогрева составят

= 11,16ּ0,68ּ(40 – 20)ּ1,2 + 14,51ּ0,1ּ(40 – 20)ּ1,2 + 19,97ּ0,16ּ(100 – 20)ּ1,2 = 532,7 кДж;

в период стационарного режима (за один час) –

= 12,56ּ0,68ּ(60 – 20)ּ3,6 + 16,33ּ0,1ּ(60 – 20)ּ3,6 + 27,25ּ0,16ּ(180 – 20)ּ3,6 = 3976,4 кДж

3. Потери теплоты на разогрев конструкции (Q_раз) фритюрницы определяется по формуле (6.37).

Q = .

Масса фритюрницы аналогичной производительности без подставки (ФЭ-20) составляет 50 кг [5]. Соответственно за вычетом массы рамы и аппаратуры управления принимаем массу проектируемой фритюрницы 40 кг. Принятая масса состоит из металла и изоляции.

Для определения массы изоляции необходимо ее объем умножить на ее плотность 250 кг/м³ (табл. 6.6). Объем изоляции будет состоять из объема закрывающего рабочую и холодную зоны. Последняя состоит из прямоугольного параллелепипеда высотой 0,04 м и пирамиды высотой 0,043 м.

Соответственно масса изоляции будет равна

m_из = V_изּρ_из = [2ּ(А_{ж.в .}+ В_ж.в + 2δ_из.)ּ(Н_р.з. + 0,04)ּδ_из + ]ּρ_из = [2ּ(0,292 + 0,55 + 2ּ0,014)ּ(0,218 + 0,04)ּ0,014 + ]ּ250 = 2,15 кг.

При стационарном режиме изоляция будет иметь температуру со стороны наружной стенки 60 °С, а со стороны стенки рабочей камеры – 180 ºС. Соответственно средняя конечная температура изоляции составит (180 + 60)/2 = 120 °С. Теплоемкость шлаковаты составляет 0,862 кДж/(кгּК) (табл. 6.6).

Масса металлических конструкций составит m_мет = 40 – 2,15 = 37,85 кг, из которых примерно 40 % от массы металла изготовлено из нержавеющей стали и нагревается до температуры 180 °С и 60 % изготовлено из обычной стали и нагревается до температуры 60 °С. Теплоемкость стали составляет 0,46 кДж/(кгּК), а нержавеющей стали 0,50 кДж/(кгּК) (табл. 6.2).

Потери теплоты на разогрев конструкции фритюрницы определятся

Q = 37,85 ּ 0,6 ּ 0,46 ּ (60 – 20) + 37,85 ּ 0,4 ּ 0,50 ּ (180 – 20) + 2,15 ּ 0,862ּ(120 – 20) = 1814,3 кДж.

4. Количество теплоты, расходуемое на испарение влаги (Q ) из картофеля при жарке определяется по формуле (6.17)

Q_исп = ΔWּr кДж,

В процессе жарки во фритюре картофеля брусочками потери массы составляют 50 %. Соответственно количество пара выходящего из фритюрницы в окружающую среду в течении часа (ΔW) составляет 12ּ0,5 = 6 кг. Тогда потери теплоты на испарение составят

Q_исп = 6ּ2256 = 13536 кДж.

5. Потеря теплоты на нагревание посуды (Q ) может быть определена по формуле (6.20)

Q = с_пос ּ m_пос ּ (t t ).

Корзина, в которой осуществляется жарка картофеля, изготавливается из нержавеющей стали. Масса корзины у существующих конструкций фритюрниц аналогичной производительности составляет примерно 2 кг. В процессе первой жарки корзина нагревается от 20 до 180 ºС. При последующих жарках при непрерывной загрузке корзина не успевает существенно остыть и имеет начальную температуру перед загрузкой картофеля примерно 160 ºС. Соответственно потери теплоты на нагрев посуды составят

Q = 0,5 ּ 2 ּ (180 – 20) + 0,5 ּ 2 ּ 5 ּ (180 – 160) = 260 кДж.

6. Расход теплоты:

для периода разогрева

Q = 6688 + 532,7 + 1814,3 = 9035 кДж;

для периода стационарного режима

Q = 3417 + 13536 + 260 + 3976,4 = 21189,4 кДж.

7. Мощность нагревательных элементов фритюрницы:

для периода разогрева

P_раз = = = 7,53 кВт;

для периода стационарного режима

P_ст = = = 5,88 кВт.

Мощность нагревательных элементов (тэнов) для фритюрницы принимается исходя из большей мощности, т. е. для периода разогрева. Для обеспечения равномерной нагрузки по фазам принимаем три тэна. Тогда мощность одного тэна

P₁ =7,53: 3 = 2,51 кВт.

Округляем мощность одного тэна до 2,5 кВт, тогда общая мощность нагревателей кипятильника составит 7,5 кВт. Уменьшение мощности на 0,03 кВт приведет к незначительному увеличению времени разогрева аппарата, а на технологический процесс жарки не отразится.

Дата добавления: 2015-06-30