3. Технологические расчеты

3. 1 Мощность и режим работы проектируемого цеха

Объем производства изготовленной продукции за год определяем по формуле

где – производственная мощность цеха, нат.ед./час;

– количество единиц основного оборудования, шт;

– эффективный фонд рабочего времени, час;

– паспортная производительность единицы основного оборудования нат.ед./час.

,

где – номинальный фонд времени;

– время простоя планово-предупредительных ремонтов;

– время технических остановок.

часов

кг/год.

Принимаем 300т/год или 750000 штук.

3.2 Выбор и расчет производительности печей

Булки выпекают в конвейерной печи с ленточным подом непосредственно на поду печи, поэтому от размеров изделия будет зависеть число изделий на поду и производительность печи.

Масса готового изделия 0,2 кг. Продолжительность выпечки 22÷34 минуты, длина изделия 200 мм, ширина изделия 90мм.

Производительность печи Р_ч, кг/ч, рассчитывается по формуле

где n – число изделий на ленточном поду, шт.;

g – масса одного изделия, кг;

t_в – продолжительность выпечки.

Ширина пода печи – 917 мм, длина пода равна 23748 мм.

Число изделий n, шт., на поду рассчитывается по формуле

n = n_ш ∙ n_д

где n_ш – количество изделий в одном ряду по ширине пода печи, шт.;

n_д – число рядов по длине пода.

Количество изделий в ряду по ширине пода печи п_ш, шт. рассчитываем по формуле

где В – ширина пода печи, мм;

а – зазор между изделиями, см;

в – ширина изделия, мм

Число рядов по длине пода n_д, шт., рассчитывается по формуле

где L – длина пода печи, мм;

l – длина изделия, мм;

n= 6 ∙ 99 = 588 шт.

Скорость движения пода печи v, м/мин, рассчитывается по формуле

где v – скорость движения пода печи, м/мин

Таким образом, количество изделий на поду печи – 588 шт., а производительность печи составляет 641 кг/ч. По производительности выбираем печку Г4-ПХЗС мощностью 12 кВт, габаритные размеры печи: 12800×3636×2693 мм [9, 10].

Состав топливного газа, (объемные доли): Н₂ = 34,8% ; СН4 = 11,3% ; С₂Н₆ = 15,0%; С₃Н₈= 24,2% ; С₄Н₁₀ = 13,0% ; ∑С₅Н₁₂= 1,3% ; ∑С₆Н₁₄= 0,4 %.

Температура ввода сырья в печь T₁ = 303 К (30°С).

Температура выхода сырья из печи Т₂ = 453 К (180)°С.

Коэффициент избытка воздуха α =1,2.

Низшую теплоту сгорания топливного газа Q_p^Hl, кДж/м³, вычисляют по формуле Менделеева в общем виде

Q_p^Hl= 360,33∙СН₄+ 590,4∙С2Н4+ 631,8∙С₂Н₆ + 868,8∙С₃Н₈ + 913,8∙С₃Н₈+ 1092,81 х хi-C₄H₁₀+1195 ∙ н- С₄Н₁₀+1146 ∙ С₄Н₈+ 1460,22 ∙ С₅Н₁₂+ 251,2 ∙ Н₂

где Q_p^Hl – низшая теплота сгорания топливного газа, кДж/м³;

СН₄, С₂Н₄, С₂Н₆ и т. д. - объемные доли соответствующих компонентов в топливном газе.

Q_p^Hl= 360,33 ∙11,3 + 631,8 ∙ 15,0 + 913,8 ∙ 24,2 + 1195,0 ∙ 13 + 1460,22 ∙ 1,3 +

+1710,3 ∙ 0,4+ 251,2 ∙ 34,8 = 62521,86 кДж/м³

Пересчитаем состав топлива в массовые проценты, результаты сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Состав топливного газа

Наименование компонентов	Атомный вес, μi	Мольная доля, хi	Средняя молекулярная масса, μi ∙ хi	% масс.
Н2	2	0,348	0,696	2,63
СН4	16	0,113	1,808	6,83
С2Н6	30	0,150	4,50	16,70
С3Н8	44	0,242	10,648	40,22
С4Н10	58	0,130	7,54	28,48
С5Н12	72	0,013	0,936	3,54
С6Н14	86	0,004	0,344	1,60
Итого:		1,000	26,472	100,0

Плотность топливного газа р_т.г., кг/м³, вычисляют по формуле

где – суммарная средняя молекулярная масса кг/моль.

Низшую массовую теплоту сгорания Q_P^H, кДж/кг, вычисляют по формуле

Элементарный состав топлива в массовых процентах, содержание углерода в любом i-ом компоненте топлива С_i, %, вычисляют по формуле

где С_i – содержание углерода в любом i-ом компоненте топлива, %;

n_i – число атомов углерода в данном компоненте топлива;

– атомный вес, а.е.м.

Содержание углерода С, %, рассчитывается по формуле

Содержание водорода Н, %, рассчитывается по формуле

где m_i – число атомов водорода в данном компоненте топлива

Проверка

С + Н = 79,26 + 20,74 = 100%

Теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 кг газа α_о, кг/кг, вычисляют по формуле

Действительное количество воздуха α, кг/кг, вычисляют по формуле

α=φ∙α₀

где φ – коэффициент избытка воздуха;

α₀ – теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 кг газа, кг/кг

α = 1,2 ∙ 16,41 = 19,69 кг/кг

Количество продуктов сгорания W_j, кг/кг, образующихся при сжигании 1 кг топлива, вычисляют по формуле

w_i=k∙ Фi

где k – коэффициент сгорающего продукта;

Фi – содержание i-ом компоненте топлива, %

Количество диоксида углерода wco₂, кг/кг

wco₂ = 0,0377 ∙ 79,26 = 2,90 кг/кг

Количество воды w н₂о, кг/кг

wh₂o = 0,09 ∙ 20,74 = 1,88 кг/кг

Количество кислорода wo₂, кг/кг, рассчитывается по формуле

wo₂= 0,23 ∙α₀∙ (φ-1)

wo₂= 0,23 ∙ 16,41∙ (1,2-1) = 0,75 кг/кг

Количество азота w_N2 кг/кг, рассчитывается по формуле

w_N2= 0,77 ∙φ∙α₀

w_N2= 0,77 ∙ 16,41 ∙ 1,2 = 15,16 кг/кг

Суммарное количество продуктов сгорания

∑w = 2,90 + 1,88 + 0,75 + 15,16 = 20,69 кг/кг

Проверка

∑w= 1 +φ∙α₀,

∑w= 1 +1,2 ∙ 16,41 = 20,69 кг/кг

Содержанием влаги в воздухе пренебрегаем.

Объемное количество продуктов сгорания, V, на 1 кг топлива при нормальных условиях, м³, вычисляют по формуле

Суммарный объем продуктов сгорания

∑Vi= 1,48 + 2,33 + 0,53 +12,12 = 16,46 м³/кг

Плотность продуктов сгорания р_о, м³/кг, при Т = 273 К и Р = 0,1∙10⁶, кг/м³, вычисляют по формуле

Расход тепла на выпечку Q_T, кДж/кг, рассчитывается по формуле

Q_T=W_исп∙(i_пп -i_B)+g_K∙c_K∙(t_k -t_T) (g_M∙c_хл+W_B∙с_в)∙(t_M-t_T)

где W_исп – величина упека, кг/кг;

i_пп, i_B – энтальпия перегретого пара и воды, кДж/кг;

g_K – содержание корки в 1 кг горячей булки, кг/кг;

с_к, с_в – удельная теплоемкость сухого вещества корки и воды, кДж/кг∙град;

t_K, t_T, t_M – средняя температура массы корки горячей булки, теста и мякиша, °С;

g_M – содержание сухого вещества в мякише горячей булки, кг/кг;

Схл – удельная теплоемкость сухого вещества булки, кДж/кгтрад;

W_B – содержание влаги в горячей булке, кг/кг.

Содержание сухого вещества в мякише горячей булки рассчитывается по

формуле

g_M =l- (W_M+g_K)

где W_M – влажность мякиша, %

g_M= 1 - (0,42 + 0,18) = 0,4 кг/кг

Q_T= 0,085 ∙ (696,04 - 29,9) + 0,18 ∙ 0,4 ∙ (130 - 30) + (0,45 ∙ 0,4 + 0,43 ∙ 1) ∙ (98 - 30) =

=105 ккал/кг = 440,15 кДж/кг.

Часовой расход тепла на выпечку Q_ч, кДж/ч, рассчитывается по формуле

Q_ч = P_ч - Q_t

где Р_ч – производительность печи, кДж/ч;

Q_ч= 641 ∙ 440,15 = 282136,15 кДж/ч

Расход тепла на перегрев пара Q_п, кДж/кг, рассчитывается по формуле

Q_п=g_п∙ (i_пп–i_нп)

где g_K – расход пара, кг/т;

i _пн – энтальпия насыщенного пара, кДж/кг;

Энтальпия насыщенного пара рассчитывается по формуле

i_нп=i-H∙x

где i_B – энтальпия воды , кДж/кг;

H – теплота парообразования насыщенного пара, кДж/кг;

х – степень сухости.

i_нп= 108,9 - 533,9 ∙ 0,85 = 2357 кДж/кг

Q_п= 327 ∙ (696,04 - 563) = 181847 кДж/кг

Потери тепла фундаментом пекарной камеры принимаем равное 209 кДж/кг.

Расход топлива В_т = 17 нм³/ч. Тепло от горения топлива Q_T, кДж/ч, рассчи-тывается по формуле

Q_T=Qc∙B_T

где Q_c – тепло при сгорания топлива, кДж/нм³;

В_т – расход топлива, нм³/ч.

Q_T= 35800 ∙ 17 = 608600 кДж/ч

Тепло, вносимое подогретым топливом Q_топ, кДж/ч рассчитывается по формуле

Q_топ= с_Т∙ В_т∙t₁

где с_т – средняя теплоемкость топлива, кДж/м³ ∙ град;

t₁ – температура топлива, °С

Q_топ= 1,57 ∙ 17 ∙ 20 = 533,8 кДж/ч

Тепловые потери в окружающую среду составляют 0,38 %, потери тепла с уходящими дымовыми газами составляют 19% [11].

Расход пара Д, кг/ч, на увлажнение среды печи рассчитывается по формуле

где м – удельный расход пара на увлажнение, кг/т;

τ - время работы печи в сутки, ч