Тепловий розрахунок автоклава.

1. Теплота, що витрачається на нагрівання:

Q₁=G₁*C₁*(t_c-t₁)= 1560*0,481*(120-35)=63800 кДж

G₁- маса автоклава без стін. =1560 кг

C₁- теплоємність сталі = 0,481 кДж/кг*К

t_c- температура стерилізації = 120ºС

t₁- кінцева температура автоклава = 25 ºС

2. Теплота, що витрачається на нагрівання стінок:

Q₂=G₂*C₂*(t_c-t₂)=200*0,481*(120-25)=9139 кДж

G₂- маса стінок( маса однієї стінки = 50 кг), т.я. їх 4, 50*4=200 кг

C₂- теплоємність сталі = 0,481 кДж/кг*К

t₂- початкова температура стінок = 25ºС

3. Теплота, що витрачається на нагрівання банок:

Q₃=G₃*C₃*(t_c-t₃)=492,5*0,84*(120-60)=24820 кДж

G₃- маса банок = n_б*g_б=1824*0,27=492,5 кг

C₃- теплоємність скла= 0,84 кДж/кг*К

t₃- початкова температура банок = 60ºС

4. Теплота, що витрачається на нагрівання продукту в банках:

Q₄=G₄*C₄*(t_c-t₄)=768*3,56*(120-60)=163770 кДж

G₄- маса банок = n_б*g_п=1824*0,42=768 кг

C₄- теплоємність скла= 3,56 кДж/кг*К

t₄- початкова температура банок = 60ºС

5. Теплота, що витрачається на нагрівання води в автоклаві:

Q₅=G₅*C₅*(t_c-t₁)=1100*4,18*(120-35)=390830 кДж

G₅- маса води в автоклаві=1100 кг

C₅- теплоємність води= 4,18 кДж/кг*К

T₁- початкова температура автоклава = 35ºС

6. Теплота, що втрачається в навколишнє середовище:

Q₆=F_α*τ₆*α₀*(t_cм-t_п)=11*1500*10,68*(39-25)=2470 кДж

F_α- поверхня нагрівання автоклава=11 м²

τ₆- тривалість нагрівання= 1500 с

α₀-сумарний коефіцієнт тепловіддачі = 9,7+0,07*(t_cт-t_п)= 9,7+0,07*(39-25)=10,68 Вт/м²*К

t_cт-температура зовнішньої стінки автоклава з урахуванням теплоізоляції, приймається =половині сер. температурі воді.

t_cт=( t₁+1_с)/(2*2)=(35+100)/4=39 ºС

t_п- температура повітря в приміщені=25 ºС

7. Загальні витрати теплоти

Q_заг=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆=63800+9120+24820+163770+390830+2470= =654810 кДж

8. Витрати пари за період першого етапу роботи автоклава:

D₁=Q₃/(i_п-і_к)=654810/(2627-502)=308 кг

Де i_п-питома ентальпія пари, при Р=0,4 МПа, і Х= 0,95 = 2627 кДж/кг

і_к-питома ентальпія конденсату при стерилізації продукту у воді=502кДж/кг

9. Витрати пари і теплоти за другий першого етапу роботи автоклава(втрати в навколишнє середовище):

Q₇=F_α*τ₃*α₀*(t_cт-t_п)=11*300*12,15*(60-25)=14030 кДж

t_cт-температура стінки автоклава = 60ºС

α₀-сумарний коефіцієнт тепловіддачі = 9,7+0,07*(t_cт-t_п)= 9,7+0,07*(60-25)=12,15 Вт/м²*К

τ₃- тривалість стерилізації=3000с

10. Витрати пари в другий першого етапу роботи автоклава:

D₂=Q₇/(i_п-і_к)=14030/(2627-502)=6,63 кг

11. Загальні витрати пари:

D₃= D₁+ D₂=308+6,63=312,63 кг

12. Витрати води на охолодження продукту до температури 40 ºС

W=2,303*G'*(c/c_B)*lg((t_c-t_o)/(t_K-t_o))+G''*(c_np/c_B)*lg((t_c-t_o)/(t_K-t_o))=2.0303768*(3.5/4.18)*lg((120-20)/(40-20))+3352.2*(1.75/4.18)*lg((120-20)/(35-20))=3698 кг

G'- маса продукту в банках =768 кг

С- теплоємність продукту=3,56 кДж/кг*К

c_B- теплоємність води=4,18 кДж/кг*К

t_c- температура стерилізації=120ºС

t_o- температура охолоджувальної води=20ºС

G''- маса автоклава, стінок, банок і води=1560+200+492,5+1100=3352,5 кг

c_np- приведена теплоємність

Втрати води за одиницю часу складають:

W'=W/ τ₄=3698.4/1500=1.8 кг/с

τ₄- період охолодження=1500с