Практическая работа 10 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты перерабатывающих производств

5В073200- Стандартизация и сертификация __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Практическая работа 10

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 10

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Цель: сформировать навыки решению задач на тепловые процессы

План

1 Количество теплоты, общие сведения

2 Нагревание и охлаждение

3 Плавление и кристаллизация

4 Парообразование и конденсация

5 Сгорание

6 Решение задач

1 Количество теплоты, общие сведения

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.[Q] = 1 Дж.

Количество теплоты, передаваемое от одного тела к другому, может идти на нагревание тела, плавление, парообразование, либо выделяться при противоположных процессах – остывании тела, кристаллизации, конденсации. Теплота выделяется при сгорании топлива.

- нагревание - парообразование - плавление

- охлаждение - конденсация - кристаллизация

2 Нагревание и охлаждение

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при его охлаждении, зависит от рода вещества, от его массы и изменения его температуры.

Нагревание- процесс повышения температуры тел путем подвода к ним теплоты Q = cmΔT,

Охлаждение-процесс понижения температуры тел путем отвода от них теплоты Q = - cmΔT

При нагревании увеличивается температура и соответственно внутренняя энергия тела

где с - удельная теплоемкость [Дж/кг·К], m - масса тела [кг], ΔT - изменение температуры [К]

Удельная теплоемкость-(Дж/кг·ºС) - физическая величина показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1кг на 1°С.

Вода-4200, Лед-2100, Спирт – 2500, Дерево 2400, Железо - 460

3 Плавление и кристаллизация

Количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделяющееся при его кристаллизации, прямо пропорционально массе этого тела:

Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое Q = λm, ( с поглощением теплоты)

Кристаллизация –переход вещества из жидкого состояния в твердое Q = - λm, (с выделением теплоты)

где λ (лямбда) - удельная теплота плавления [Дж/кг], m - масса тела [кг]

4 Парообразование и конденсация

Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар или выделяющееся при его конденсации, прямо пропорционально массе жидкости:

Парообразование(Кипение и Испарение)- переход вещества из жидкого состояния в газообразное Q = Lm, ( с поглощением теплоты)

(t жидкости понижается)внутренняя энергия жидкости уменьшается, а внутренняя энергия пара увеличивается.

- Испарение –парообразование на поверхности жидкости(при любой температуре и давлении)

(скорость испарения зависит от рода вещества, площади испарения и температуры жидкости

- Кипение- парообразование по всему объему жидкости( при определенной t, и давлении)

Конденсация –переход вещества из газообразного состояния в жидкое Q = - Lm, ( с выделением теплоты) ( температура вещества неизменяется)

где L - удельная теплота парообразования [Дж/кг], m - масса тела [кг]

5 Сгорание

При горении происходит соединение элементов с кислородом и образование новых веществ, новых молекул, например при сгорании метана образуются углекислый газ и вода:

СН4 +2О2=СО2+2Н2О

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, прямо пропорционально его массе:

Q = qm, ( с выделением теплоты)

где q - удельная теплота сгорания [Дж/кг], m - масса тела [кг]

6 Решение задач на тепловые процессы

1. Какое количество теплоты выделяется при охлаждении 300 г алюминия на 70 ˚С? 9200 Дж

2. Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 400 г бензина? 18,4 МДж

3. Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 1 л бензина? 335.8 МДж

4. Тело массой 0.05 кг нагревается на 200 ˚С при сообщении ему 3,8 кДж теплоты. Из какого вещества изготовлено тело? 380 Дж/кг·˚С (латунь)

5. Насколько нагреется кирпичная печь массой 500кг при сжигании 3 кг дров? Потери энергии на окружающую среду не учитывать 27, 2 ˚С

6. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 2 кг спирта от 20 до 40 ˚С? 96 кДж

7. Сколько теплоты выделяется при сгорании 200 г спирта? 5,8 МДж

8. Сколько воды (кг) можно нагреть от 20˚С до кипения, сообщив ей 84 кДж теплоты? 0,25 кг

9. Стальную болванку массой 350 г, раскаленную до 850 ˚С, опускают для закалки в сосуд, содержащий 800 г воды при температуре 15 ˚С. Какова удельная теплоемкость стали, измеренная экспериментально, если вода нагрелась до 40 ˚С? 468 Дж/кг·˚С

10. Сколько спирта надо сжечь, чтобы 20 кг воды нагреть от 20 до 78˚С? 0,168 кг

11. Нагретый камень массой 5 кг., охлаждаясь в воде на 1 0 С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоёмкость камня? Ответ: 420 Дж/кг0С.

12. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих сосновых дров объёмом 5м3?

Ответ: 25,5 .109Дж.

13. Кусок свинца массой 0,5кг., взятый при его температуре плавления, выделяет при кристаллизации 12,5 кДж энергии. Какова удельная теплота плавления металла?

Ответ: 2,5 . 104 Дж/кг

14. На сколько градусов изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей

передать всю энергию, выделившуюся при сгорании керосина массой 10 г?

О т в е т: увеличится на 5 ос.

15. Для нагревания 3л воды от 18 до 100 градусов в воду опускают стоградусный пар. Определить массу пара. ρ = 1000 кг/м³ L = 2,3·10 Дж/кг 0,45кг

16. Определить, как и на сколько изменится внутренняя энергия льда, когда наступит весна, и лед начнет таять в городе, если масса льда равна 1000 кг? Температура сейчас в городе равна tº1 = - 10ºС. 21МДж

17. Какая энергия потребуется на таяние снега и нагревание полученной из этого снега воды до температуры 30 градусов, если имеются 2 горсти снега по 100 г, а снег имел температуру перед таянием примерно 0ºС? Удельная теплота плавления снега 340кДж/кг 93,2КДж

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы относят к тепловым?

2. Какими способами может передаваться теплота от одного теплоносителя к другому?

3. В чем смысл законов теплоотдачи Ньютона и теплопроводности Фурье?

4. Из каких величин складывается общее термическое сопротивление теплопередачи?

5. Как определяется движущая сила теплообменных процессов?

6. Какие методы нагревания применяются в пищевых производствах? Дайте им краткую характеристику.