烤炉的机械设计和计算.docx

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烤炉的机械设计和计算

3.2烤炉的机械设计和计算

3.2.1带式烤炉烘烤室长度的选择

1、根据生产能力计算公式P=（60LRNη）/TM可知L=（PTM）/（60RNη）

其中p----带式烤炉每小时的产量；P=2265.23kg/h

L----带式烤炉加热区长度；

R----炉带纵向每米长度上的制品个数；R=16排/m

N----炉带横向宽度上的制品个数；N=25排/m

T----制品的烘烤时间；T=4.5min

M----每千克制品的块数；M=125

η----成品率；η=0.9

则L=（2265.23×4.5×125）/（60×16×25×0.9）=58.99m

所以实际取60m为宜。

2、炉带线速度V=L/T（m/min）

式中L----烤炉焙烤室的长度m；

T---面包在焙烤室内的停留时间；

因此V=60/4.5=13.4m/min=0.23m/s

3、拱形顶炉炉膛断面中心高度的确定

H=d+l1+h+l2

式中l1、l2分别为上、下热元件至炉顶和炉底的距离（mm），l1取30--50mm；l2取50--70mm；

d为拱形高（mm），取120--150mm；

h为上下热元件间的距离；取120--200mm；但是根据电热管尺寸和制品厚度进一步决定尺寸，d=120mm，l1=200mm，l2=200mm，h=500mm。

因此H=120+200+200+500=1020mm。

3.2.2炉膛宽度的确定

一般炉带侧边到炉壁的距离b=80--100mm，若炉带宽度为s，那么炉膛宽度为B=s+2b=1000+2×100=1200mm。

3.2.3滚筒直径的计算

钢带最外层达到屈服极限时，滚筒的最小直径为Dmin=（Eδ）/σ（mm）；

其中E----钢带弹性模量（kg/mm2）；δ---钢带厚度（mm），δ=1mm；

σ----钢带屈服极限（kg/mm2），建议滚筒直径D=2Dmin。

采用15MnTi低合金结构钢带，厚1mm，宽1000mm，则E=2×10（kg/mm2），σ=40（kg/mm2），Dmin=（2×104×1）/40=500mm，D=2Dmin=1000mm。

3.3传动功率的计算

为了求得传动装置上电动机所需的功率，应首先求出炉带各点的张力和阻力，然后求得驱动滚筒上的圆周力，最后决定电机所需的功率。

1、炉带各点的张力和阻力计算

S2=S1+W1-2①

S3=S2+W2-3+Wg②

S4=S3+W3-4③

①②③合并得S4=S1+W1-2+W2-3+W3-4+Wg④;

式中S1----驱动滚筒绕出点的张力（kg）

S2----改向滚筒绕入点的张力（kg）

S3----改向滚筒绕出点的张力（kg）

S4----驱动滚筒绕入点的张力（kg）

W1-2----炉带无载段运行阻力（kg）

W2-3----改向滚筒的阻力（kg）

W3-4----炉带有载段运行阻力（kg）

Wg----清扫装置的阻力，kg，由实验得Wg=16kg。

（1）W1-2=（qd+q2）Lω,式中qd----每米炉带的自重（kg/m），qd=7.8kg/m；q2----无载段炉带每米长度内的托辊重量（kg/m），q2=G/l2；G----每个托辊的重量（kg），G=22kg；l2----无载段托辊之间的距离（m），l2=3m；L----炉带直线段的实际长度，即两滚筒的中心距（m），L=60m；ω----托辊的阻力系数，取ω=0.1；

W1-2=（7.8+22/3）×60×0.1=90.80kg

（2）改向滚筒阻力W2-3的计算：

W2-3=k·S4

式中k----改向滚筒阻力系数，k=0.07；

（3）有载段炉带运行阻力的计算：

W3-4=（q+qd+q1）Lω

式中q----每米炉带上的饼干重量（kg/m），q=16×25×8g/m=3.2kg/m；

q1----有载段每米长度内的托辊重量（kg/m）,q1=G/l1；

G----每个托辊的重量，kg，G=22kg；

l1----有载段托辊之间的距离（m），l1=1.5m；

因此W3-4=（3.2+7.8+22÷1.5）×60×0.1=154kg；

将以上各个数据带入④中，

可知：

S4=（S1+90.80+0.07S4+154），即0.97S4=S1+244.80⑤。

又因为S4=s1eua=s1e0.18×3.1416=1.76S1⑥；由⑤⑥可知：

S1=346.15kg;S4=609.23kg;W2-3=42.65kg。

2.炉带在驱动滚筒上所需的圆周力P

p=S4－S1+W4-1+Wc;

W4-1——驱动滚筒的阻力（kg），W4-1=0.02（S1+S4）=0.02×（346.15+609.23）kg=19.1076kg;

Wc——落饼装置的阻力（kg）,取Wc=Wg=16kg

因此P=609.23-346.15+19.1076+16=298.1876kg

3、电动机所需的功率计算

NT=（Pv）/（102η）

式中NT----电动机所需的理论功率（kw）

P----驱动滚筒上的圆周力（kg）

V----炉带运动的线速度（m/s）

η----机械效率，η=0.7

因此NT=（298.1876×0.23）/（102×0.7）=0.96kw。

但是实际上应考虑到启动时惯性力及其它可能发生的过载因素的影响，必须将理论功率适当放大，即Np=1.4NT=1.345kw。

所以可选择功率为2.0~2.5kw。

3.4加热系统的设计和计算

电加热器是一种通过电阻元件把电能转变为热能的辐射加热器。

由于电加热器结构简单、便于控制和维修、电源容易获得、卫生条件好、产品质量高、加热面包的种类通用性大，再加上目前国内煤气供应为普及，因此它在国内面包工厂中获得了最广泛的应用。

通过假设热效率的方法来求得烘烤炉所需的热量：

Q0=（Q1+Q2）/η。

式中η----带式烘烤炉的热效率；

Q0----烘烤炉所需的热量；

Q1----饼干中水分蒸发所需的热量；

Q2----饼干升温所需的热量；

1、热效率η的决定：

按照经验，对电加热管的带式烤炉η=0.6.

2、饼干中水分蒸发所需的热量Q1的决定

Q1=（G1－G2）（i100－t1）（kcal/h）

式中G1----进炉湿饼干的重量（kg/h）

G2----出炉干饼干的重量（kg/h）

i100----常压下，100℃蒸汽所具有的焓值，i100=639kcal/h

t1----烘烤炉周围的环境温度

3、饼干升温所需的热量Q2的决定

Q2=G3c3（t2－t1）+G4c4（t2－t1）（kcal/h）

式中G3----饼干绝干物的产量，kg/h；

G4----出炉时干饼干中的含水量，kg/h；

c3----饼干绝干物的比热，取各种物料的平均比热，即：

c3=（g1c1+g2c2+…+gici）/（g1+g2+…+gi）[kcal/（kg•℃）]

其中g1、g2……gi------某种物料的用量，kg/h

c1、c2……ci------某种物料的比热，[kcal/（kg•℃）]

c4----水的比热，[kcal/（kg•℃）]，c4=1；

t1----进炉湿饼干的温度，℃；

t2----出炉干饼干的温度，℃。

4、采用电加热管时功率计算

N=Q0/860（kw）

式中N----每小时电热管的耗电量，即电热管之总功率；

Q0----电热管产生的电热量，kcal/h；

根据电热管的总功率，就可决定带式烘烤炉使用电热管的规格和根数，即：

X=N/Z

式中X----烘烤炉内电热管的根数

N----电热管之总功率，kw

Z----每跟电热管的功率，kw

5、计算如下：

G1=21.73t/8h=2.71625t/h=2716.25kg/h

G2=19.33t÷（1－0.04）÷8h=2516.93kg/h

i100=639t1=30

所以Q1=（2716.25－2516.93）×（639－30）=121385.88kcal/h

G3=19.33t/8h=2.41625t/h=2416.25kg/h

G4=2516.93×0.04（kg/h）=100.6772kg/h

根据配方得c3=0.44t1=30t2=120

因此Q2=（G3c3+G4c4）（t2－t1）=（2416.25×0.44+100.6772×1）×（120-30）=104744.448kcal/h

总热量Q=Q1+Q2=121385.88+104744.448=226130.328kcal/h

所以Q0=（Q1+Q2）/η=376883.88kcal/h

N=Q0/860kw=438.24kw

取每根电热管的功率为Z=1.1kw,则所需电热管根数X=N/Z=438.24/1.1=399（根）

3.5通风装置的设计和计算

带式饼干烘烤炉的通风装置是保证饼干产品质量的重要因素之一。

如通风装置的设计和布局不当，将会降低烘烤炉的热效率，浪费能量使饼干表面色泽不均，上色不好；使饼干的含水量达不到规定的技术要求；缩短饼干的保存期。

因此，对通风装置进行合理的布局和正确的计算具有十分重要的意义。

通风装置的合理布局就是如何正确的布置排气管的数量和位置。

它与饼干要求的烘烤工艺和烘烤炉的加热温度分区有着非常密切的关系。

排气管的结构一般是比较简单的。

一般要求排气管具有足够的抽力，较短，尽量不要转弯，排气管进出口和转弯处的局部阻力损失要小。

排气管入口选为锥形，它既具有良好的排气效果，局部阻力小，同时锥形接口的加工亦很方便。

为减少排气管弯头的阻力损失，一般用"鍜壳型"弯头。

3.5.1电加热排气量的计算

电加热时所产生的气体，主要由饼干中蒸发的水蒸气和逸入炉膛的空气两部分组成。

1、饼干中蒸发的水蒸气V1的计算

V1=2.5（G入－G出）m3/h

式中G入----进入饼干烘烤炉的饼干重量（kg/h）

G出----出炉的饼干重量（kg/h）

2、逸入炉膛的空气量V2的计算

根据实验测定，逸入的空气量可取为V2=0.3V1（m3/h），则总的排气量为V=V1+0.3V1=1.3V1=3.25（G入－G出）m3/h

G入=2716.25G出=19.33÷（1－0.04）×1000÷8=2516.93

因此V=647.79m3/h

3.5.2排气管的尺寸计算

1、排气管的个数n=4，假设排气管的高度H=L1+L3=1+14=15m,排气管长度L=L1+L2+L3=1+3+14=18m。

2、烟气在排气管内的温度降

t=（AH）/

D=1.3（G入－G出）/（1000n）（t/h）

式中t----烟气在排气管内的温度降；℃

H----排气管的高度，m

A----修正系数，A=2

D----一个排气管内烟气的额定蒸发量，t/h

因此D=1.3×（2716.25－2516.93）÷1000÷4=0.064779

t=2×15÷

=117℃

3、排气管出口的烟气温度tc=tp－t=250－117=133℃

4、排气管内烟气的平均温度计算

tpδ=tp－0.5t℃=250－0.5×117℃=191.5℃

5、排气管直径的计算

d=√﹛Vm（tc+273）/（3600×273×0.785×Wc）﹜

式中d----排气管的直径，m

Vm----排气管的排气量，m³/h

tc----排气管出口烟气温度，℃

Wc----烟囱出口处烟气流速，m/s

Vm=V/n=647.79÷4=161.9475m³/hWc=5m/s

因此，d=0.265m;

考虑到排气管可能产生的排气不均匀性和使排气量留有一定的余地，取d=0.3m。

6、排气管的阻力计算

（1）排气管的沿程摩擦阻力⊿hm=λ×L×Wpj²×rpj÷（d×2g）

（2）式中⊿hm----烟气的沿程摩擦阻力（mmH2O）；

λ----摩擦阻力系数，λ=0.04；

L----排气管长度（m），L=18m；

d----排气管直径（m），d=0.3；

Wpj----烟气在烟囱中的平均流速（m/s），Wpj=Wc=5；

g=9.8m/s²

rpj---烟气的平均密度（kg/m³）；

rpj=273r0/（273+tpδ），

r0——标准状态下烟气的密度，取r0=1.34kg/m³

则rpj=273×1.34÷（273+191.5）=0.79（kg/m³）

则⊿hm=λ×L×Wpj²×rpj÷（d×2g）

=0.04×18×25×0.79÷（0.3×2×9.8）=2.42mmH2O

（3）排气管的局部阻力

δ=δ1+δ2+δ3=0.5+0.35×2+1.1=2.3

⊿hj=δ×Wpj²×rpj÷（2g）=2.3×25×0.79÷（2×9.8）=2.32mmH2O

排气管的总阻力⊿h=⊿hm+⊿hj=2.42+2.32=4.74mmH2O

1.2×⊿h=5.688（mmH2O）

7、排气管的抽力计算

8、S=H[1/（273+tw）－1/（273+tpδ）]×b÷2.15（mmH2O）

式中S——排气管的抽力（mmH2O）

H——排气管的高度（m）

tw——外界空气的温度（℃）

tpδ——排气管内烟气的平均温度（℃）

b——当地的大气压力（mmHg）

H=15mtw=20℃b=760mmHg

则S=15×[1÷（273+20）-1÷（273+191.5）]×760÷2.15=6.68mmH2O由计算可知排气管的抽力S=6.68（mmH2O），大于阻力1.2⊿h=5.688（mmH2O），

故所假设的排气管高度H=15m是合适的。