Ведение
Процессы термической обработкисамые важные на предприятиях общественного питания. Под действием тепловойэнергии в продукте возникают такие сложные физико-химические процессы, какклейстеризация крахмала, денатурация белков, гидротермическая дезагрегациябиополимеров (коллаген мяса, рыбы, протопектин растительных продуктов),образование новых вкусовых и ароматических веществ, изменение цвета продукта,разрушение витаминов. В результате протекания перечисленных, частонакладывающихся друг на друга процессов, в окружающею среду выделяютсяводорастворимые вещества и жиры; происходит потеря воды и уменьшение массыпродукта (мясо, птица, рыба); поглощение воды продуктом и увеличение его массы(крупы, бобовые, макаронные и мучные изделия); разрушение некоторой частивитаминов; переход в воду при варке витаминов, экстрактивных, минеральных и другихвеществ.
Самыми распространеннымипроцессами термической обработки являются варка и жарка. Деление способовтепловой кулинарной обработки продуктов на варку и жарку обусловлено тем, чтопри жарке происходят принципиально иные по сравнению с варкой физико-химическиеизменения пищевых веществ в поверхностном слое продукта: обезвоживание,повышение температуры до 120…130 С, пиролиз пищевых веществ,меланоидинообразование, впитывание жира. В результате протекания перечисленныхвыше процессов на поверхности продукта образуется окрашенная корочка, повнешнему виду, вкусу и аромату характерная для жареного продукта.
При варке происходитвлажный нагрев продуктов, так как теплопередающей средой служат вода, влажныйнасыщенный пар или смесь воды и пара.
Температуратеплопередающей среды при варке составляет 100…107 С, а конечная температурапродукта к моменту кулинарной готовности – 85…98 С. В процессе варки тепловаяэнергия постепенно передается от поверхностных слоев к внутренним, достигаягеометрического центра продукта. Разность температур постепенно уменьшается истановится равной нулю.
Варка – наиболеераспространенный процесс термической обработки, с помощью варки можноприготовить первые, вторые, третьи блюда. С ее помощью можно довести докулинарной готовности любой продукт или полуфабрикат.
Для того, чтобы процессварки осуществлять на современном технологическом уровне целесообразноиспользовать специализированное оборудование, а именно пищеварочные котлы.
1. Обзорная часть исравнительный анализ аппаратов для варки
Осуществлять процессварки можно двумя путями.
Первый способ термическойобработки осуществляется в наплитной посуде. Однако при варке в наплитнойпосуде достаточно низкий КПД, очень большие трудозатраты. В частности внаплитной посуде максимальный объем используемой посуды 20 литров, впищеварочных котлах есть емкости объемом 250 литров. Поэтому такой способ варкинецелесообразно использовать в предприятиях общественного питания.
Второй путь заключается вварки продукции в пищеварочных аппаратах.
По организационно –техническому признаку варочные аппараты подразделяют на аппараты: непрерывногодействия, периодического действия. У аппаратов непрерывного действия есть одинбольшой минус, большие габариты. Поэтому в предприятиях общественного питанияиспользуют в основном аппараты периодического действия.
В зависимости отагрегатного состояния греющей среды все варочные аппараты относят: котлам(греющая среда – жидкость), паровым камерам (греющая среда – влажный насыщенныйпар). В паровых камерах плохо готовить первые, вторые блюда, так как греющейсредой является влажный насыщенный пар. В котлах можно готовить первые, вторые,третьи блюда. Котлы являются более универсальными, и их целесообразнейиспользовать на предприятиях общественного питания.
По давлению греющей средыв рабочей камере различают варочные аппараты, работающие: при атмосферномдавлении, при избыточном давлении, при вакууме. На предприятиях общественногопитания лучше использовать котлы с атмосферным давлением или с избыточным давлением.Так как в процессе варки непосредственно в содержимое котла, необходимо постояннодобавлять дополнительные ингредиенты.
По способу обогревастенок рабочей камеры аппараты делят: c непосредственным обогревом стенки, с косвенным обогревом стенки.
В моделях снепосредственным (прямым) обогревом происходит контакт вмонтированного в днищетэна с нагреваемой средой. В этих аппаратах возникает значительнаянеравномерность температур на обогреваемых поверхностях, что может привести кподгоранию продуктов. При работе с такими котлами требуется постоянный контрольнад варочным процессом.
В силу этих причиннаибольшее распространение на предприятиях питания получили котлы с косвеннымобогревом, в конструкции которых предусмотрен некий объем, примыкающий к обогреваемойповерхности с внешней стороны, пароводяная рубашка. Принцип действия такихаппаратов основан на равномерном со всех сторон обогреве содержимого варочногокотла горячим водяным паром.
По виду энергоносителяразличают: электрические, газовые, паровые, огневые (твердотопливные ижидкотопливные). Рассмотрим плюсы и минусы каждого электроносителя вотдельности. Электрический ток к достоинствам можно отнести транспортировка попроводам, возможность достижения любых температурных значений, возможность осуществленияобогрева со всех сторон. К недостаткам относится возможность пораженияперсонала электрическим током.
Газовые. Достоинства.Подача газа осуществляется по газопроводу. Недостатки: взрывоопасность,токсичность.
Паровые. Достоинства: Парможет обеспечивать контактный обогрев, возможность равномерного нагрева,возможность транспортировки по трубам. Недостатки: Узкая область применения,высокая каразионная активность.
Огневые. Достоинства:дешевизна. Недостатки: при сжигании твердого топлива наблюдается химический имеханический недожог, происходит загрязнение окружающей среды, тяжелые условияобслуживающего персонала, низкие санитарно-гигиенические условия персонала.
По приведенному вышеперечислению недостатков и достоинств считаю нужным рассматривать электрическиекотлы.
По конструктивнымособенностям котлы разделяют на: опрокидывающиеся и неопрокидывающиеся.
К опрокидывающимся котламотносят: КПЭ 40, КПЭ 60, КПЭСМ 60.
К неопрокидывающимсякотлам относят: КПЭ 100, КПЭ 160, КПЭ 250.
/>
Рисунок1 – Котел пищеварочный КПЭ – 40: 1 – нагревательные элементы; 2 – корпус; 3 –пароводяная рубашка; 4 – трубопровод; 5 – варочный сосуд; 6 – крышка; 7 –электроконтактный манометр; 8 – заливная воронка; 9 – кран воронки; 10 –предохраните — льный клапан; 11 – маховик; 12 – станина; 13 – кран уровня; 14 –дно сварочного сосуда.
Этоопрокидывающийся стационарный котел (рисунок 1), состоящий из варочного сосудас пароводяной рубашкой и крышкой, станины, узла контрольно-измерительнойарматуры, трубопровода для заполнения котла водой и станции управления котлом,устанавливаемой отдельно от него.
Замкнутоепространство между варочным сосудом, корпусом и съемным дном, предназначенноедля воды и пара, является пароводяной рубашкой. В съемное дно вмонтированы тритрубчатых электронагревателя.
Пространствомежду наружным кожухом и корпусом пароводяной рубашки заполняетсятеплоизоляцией. На наружном кожухе закреплены две цапфы – левая и правая,вращающиеся в съемных подшипниках, смонтированных на чугунной станине. Направой стойке станины в одном корпусе с подшипником находится, червячнаяпередача с маховиком, с помощью которого котел опрокидывается во времяразгрузки. Через правую цапфу проходит трубка, соединяющая пароводяную рубашкус узлом контрольно – измерительной арматуры. Последняя состоит из заливнойворонки с краном, служащим для залива воды в кожух пароводяной рубашки, электроконтактного манометра, с помощью которогоосуществляется автоматическое регулирование процесса нагрева,предохранительного клапана, срабатывающего при повышении давления в пароводянойрубашке свыше 0,5 кг/см2.
В нижней части котлаустановлен кран уровня, предназначенный для контролирования уровня воды,заливаемой в пароводяную рубашку. В процессе эксплуатации котла уровень воды впароводяной рубашке не должен быть выше уровня крана и ниже уровня трубчатыхэлектронагревателей. Нижний уровень воды в пароводяной рубашке контролируетсяавтоматически с помощью электрода (защита от «сухого хода»).
Вода в варочный сосудзаливается с помощью водоразборного устройства – трубопровода который укрепленна левой стойке станины и имеет вентиль и поворотную трубу. На трубопроводе надвентилем установлен поворотный кронштейн, на который можно вешать крышку котла,полотенце.
Котел КПЭ-60 (рисунок 2)рассчитан на островное размещение в горячем цехе. Аппарат относится к типукосвенного обогрева (снабжен паровой рубашкой), приспособлен к варки на пару сиспользованием перфорированного вкладыша. Котел оснащен предохранительнымвентилем, датчиком давления и двигателем опрокидывания с защитой от перегрузки,имеет функцию автоматического заполнения рубашки водой.
Котел КПЭ-60 рассчитан наостровное размещение в горячем цехе. Аппарат относится к типу косвенногообогрева (снабжен паровой рубашкой), приспособлен к варки на пару сиспользованием перфорированного вкладыша. Котел оснащен предохранительнымвентилем, датчиком давления и двигателем опрокидывания с защитой от перегрузки,имеет функцию автоматического заполнения рубашки водой. Углы закруглены,количество винтов и швов для облегчения чистки сведено к минимуму.
Механизм опрокидывания,состоящий из мотор — редуктора и винтовой передачи, обеспечивающий наклон чашидля сливного содержимого, смонтирован внутри правой тумбы, а рукоятка маховиквыведена на переднюю панель.
/>
Рисунок2 – Котел пищеварочный КПЭ – 60: 1 – варочный сосуд; 2 – наружный корпус; 3 –пароводяная рубашка; 4 – днище – диск наружного корпу — са; 5 – тэны; 6 –носик; 7 – съемная крышка; 8 – наружный кожух; 9 – тепловая изолиния; 10 –чугунная вилкообразная станина; 11 – стойка станины; 12 – механизм для поворотакотла; 13 – маховик с рукояткой; 14 – водопроводная труба; 15 – водозапорныйвентиль; 16 – поворотная трубка – головка; 17 – кран уровня; 18 – манометр; 19– двойной предохранительный клапан; 20 – заливная воронка.
Для слива содержимогочаши требуется нажать на кнопку опрокидывания. Внутри левой тумбы находитсявыдвижная панель с электроаппаратурой, от которой через левую полую цапфу отводятсяпровода к нагревательным элементам и датчику реле температуры.
/>
Рисунок3 – Котел пищеварочный КПЭСМ – 60: 1 – сосуд варочный; 2 – манометр; 3 –рубашка пароводяная; 4 – предохранительный клапан; 5 – пово – ротный механизм;6 – тэн.
Пищеварочныйэлектрический секционный модулированный котел (рисунок 3), предназначенный дляприготовления первых, вторых и третьих блюд, а также соусов. Он можетиспользоваться на предприятиях общественного питания как отдельно стоящийаппарат или в составе технологических линий.
Котел представляет собой,заключенный в прямоугольный корпус варочный сосуд из нержавеющей стали,установленный на двух тумбах. В верхней части сосуд переходит в прямоугольныйстол с желобом для слива жидкости. На столе в стойках крепится откидная крышкакотла.
С внешней стороны кварочному сосуду приварен стальной кожух со съемным дном, в которомвмонтированы три тэна и электрод защиты от «сухого хода». Пространство междуварочным сосудом и кожухом заполнено водой и паром, образует пароводянуюрубашку.
Рубашка заполняется водойчерез наливную воронку, установленную на правой тумбе котла. Для проверкиналичия воды в пароводяной рубашке котел имеет контрольный кран.
На левой тумбе котласмонтирован смеситель для холодной и горячей воды, заливаемой в варочный сосуд.
Кожух варочного сосудапокрыт теплоизоляционным материалом. Корпус котла изготовлен из стальныхлистов, покрытых белой эмалью. Котел оснащен электроконтактным манометром,обеспечивающим заданный режим варки, и предохранительным клапаном,смонтированным на правой тумбе. Тумбы имеют бескаркасную конструкцию: к сварнойраме, установленной на регулируемых по высоте ножках, крепятся стальные, покрытыебелой эмалью облицовки, накрываемые сверху, листом из нержавеющей стали. Внутритумб смонтированы чугунные кронштейны, на которые с помощью пустотелых цапфустанавливается котел. В правой тумбе размещен поворотный механизм, посредствомкоторого котел наклоняется вперед для слива содержимого и назад, обеспечиваядоступ к тэнам. В левой тумбе размещена панель с электроаппаратурой.
/>
Рисунок 4 – Котелпищеварочный КПЭ – 100:1 – парогенератор; 2 –постамент; 3 – Кран уровня; 4 – кран сливной 5 – облицовка; 6 – корпус котла; 7– варочный сосуд; 8 – электроконтактный манометр; 9 – клапан – турбинка; 10 –крышка; 11 – накидной винт 12 – заливная воронка; 13 – предохранительныйклапан; 14 – противовес;15 – трубопроводы.
Это опрокидывающийсястационарный котел (рисунок 4), который состоит из варочного сосуда,выполненного из нержавеющей стали, наружного корпуса из листовойконструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутое пространство междуварочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой. Впространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляции.
К нижней части наружногокорпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельном щиткесмонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов). Герметичностьдостигается за счет установки паронитовой прокладки между фланцем корпусапарогенератора и щитком.
Варочный сосудзакрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустенной крышкой,уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечиваетсяпрокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, инакидными винтами. Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеетсясливной кран с сеткой.
/>
Рисунок5 — Внешний вид котла КПЭ – 160, КПЭ – 250
По внешнему виду (рисунок5), конструкции, электрической схеме (различаются только мощностью тэнов) котелКПЭ-160 не отличается от котла КПЭ-100, различны лишь установочные размерыкотла и станции управления. Монтаж котла КПЭ-160 осуществляется аналогичномонтажу котла КПЭ – 100.
Конструктивно котлы КЭ –100, КЭ – 160, КЭ – 250 выполнены аналогично и различаются лишь длинойварочного сосуда. Котлы предназначены для приготовления бульонов, овощей,гарниров с использованием функциональных емкостей, а также для приготовленияпервых блюд, напитков и кипячения молока на предприятиях общественного питания.Котлы КЭ имеют номинальную вместимость варочного сосуда 100, 160 и 250 дм3.
Котлы электрические, скосвенным обогревом стенок, опрокидывающиеся являются наиболее совершенные, забазовый вариант целесообразно принять котел пищеварочный электрический –КПЭ-60.
2. Описание конструкциипроектируемого аппарата
2.1 Описание конструкциипроектируемого аппарата
/>
Рисунок6 – Котел пищеварочный КПЭ – 60: 1 – варочный сосуд; 2 – наружный корпус; 3 –пароводяная рубашка; 4 – днище – диск наружного корпуса; 5 – тэны; 6 – носик;7 – съемная крышка; 8 – наружный кожух; 9 – тепловая изолиния; 10 – чугуннаявилкообразная станина; 11 – стойка станины; 12 – механизм для поворота котла;13 – маховик с рукояткой; 14 – водопроводная труба; 15 – водозапорный вентиль;16 – поворотная трубка – головка; 17 – кран уровня; 18 – манометр; 19 – двойнойпредохранительный клапан; 20 – заливная воронка.
Опрокидывающийся пищеварочный котёл КПЭ-60(рисунок 6) состоит из варочного сосуда 1 и наружного корпуса 2, на съемномднище 4 которого смонтированы три тэна 5, находящиеся во время работы котла вводе. Съемное днище дает возможность быстро заменять тэны.
Пароводяная рубашка 3 до определенного уровнязаполняется дистиллированной или кипяченой водой (в количестве 3—11 л). Принедостаточном количестве воды в рубашке тэны оголяются, выходят из строя, таккак они не рассчитаны на работу в воздушной среде. Поэтому включать тэны вэлектросеть следует лишь после того, как проверен уровень воды в пароводянойрубашке. Максимальный уровень давления в рубашке поддерживается паровымпредохранительным клапаном 19 и контролируется манометром 18. Рубашка представляет собой герметичный объем, примыкающий свнешней стороны к обогреваемой поверхности. Промежуточным теплоносителем служитвлажный насыщенный пар. Поддерживая в рубашке постоянное давление, обеспечиваетабсолютное изотермическое поле на стенке варочного сосуда, так как изобарныйпроцесс для влажного насыщенного пара одновременно является и изотермическим.Если при этом рассматривать различные зоны рубашки, то в них лишь изменяетсястепень сухости пара при строго постоянной температуре.
Температура парарегулируется путем изменения давления, с помощью электроконтактного манометра.При этом учитывается, что при наличии в рубашке воздуха температура греющегопара определяется парциальным давлением пара в паровоздушной смеси и меньшетемпературы кипения, соответствующей общему давлению.
Чтобы исключитькорректировку манометрических датчиков, осуществляют продувку рубашек. Этаоперация заключается в вытеснении воздуха из рубашки паром в период пуска котлав работу.
Кипяченая вода, залитая впарогенератор котла до крана уровня, нагревается тэнами до кипения и частичнопревращается в насыщенный пар, который, соприкасаясь со стенками варочногососуда, конденсируется. Освобождающаяся при этом энергия расходуется на нагревварочного сосуда и нагруженных в него продуктов, а конденсат вновь стекает впарогенератор. При выключении котла и охлаждении паровой рубашки в результатеконденсации пара резко понижается давление до значений значительно меньшеатмосферного. В этом случае наружная стенка рубашки испытывает внешнее давлениеатмосферного воздуха, работает на смятие и может деформироваться по условиямпотери устойчивости. Для исключения этой деформации рубашки снабжают вакуумнымклапаном.
Двойной предохранительныйклапан (рисунок 7) состоит из парового клапана, срабатывающего на верхнийпредел давления и предохраняющего рубашку от взрыва, и вакуумного клапана,выравнивающего давление в рубашке с атмосферным при выключении котла ипредохраняющего рубашку от смятия, оба клапана смонтированы в одном корпусе.
/>
Рисунок 7 — Принципиальная схема устройства двойного предохранительного клапана: 1 – корпус;2 – золотник парового клапана; 3 – грузовая втулка; 4 – крышка; 5 – рубашкакотла; 6 – золотник вакуумного клапана; 7 – седло вакуумного клапана;
В нижней части котлаустановлен кран уровня 17, предназначенный для контролирования уровня воды,заливаемой в пароводяную рубашку. Нижний уровень воды в пароводяной рубашкеконтролируется автоматически с помощью электрода (защита от «сухого хода»).Автоматическая защита от «сухого хода» должна:
─не допускатьвключения котла при недостаточном покрытии тэнов водой;
─ отключать котелот электрической сети при понижении воды в пароводяной рубашке нижедопускаемого уровня, а также при опрокидывании котла;
─ оповещатьсветовым сигналом обслуживающий персонал о недостаточном уровне воды впароводяной рубашке.
При работе котла можетбыть осуществлено два режима регулирования нагрева, которые могут быть заданы спомощью тумблера, находящегося на станции управления:
Режим 1 – доведениесодержимого котла до кипения на полной мощности и затем автоматическоепереключение на 1/6 мощности для доваривания. Этот режим используется при варкесупов, борщей и других блюд.
Режим 2 — доведениесодержимого до кипения па полной мощности, а затем доваривание за счетаккумулированного тепла при отключенном котле от электрической сети. Этот режимиспользуется при варке каш.
2.2 Описание электрической схемы проектируемогоаппарата
Электрическая схема пищеварочного котла КПЭ-60(рисунок 8). При замыкании пакетного переключателя Q напряжение из сетипоступает через переключатель режима работы S на трансформатор изагорается лампа H1, сигнализирующая о включении котла.
/>
Рисунок 8 — Электрическаясхема котла КПЭ – 60
Если уровеньводы в парогенераторе достигает электрода Е4, цепь катушки реле К3 замыкается,реле срабатывает и его контакты К3.1, К3.2, К3.3 изменяют свое положение. Череззамкнувшийся контакт К3.1 поступает питание на катушку магнитного пускателя К1,который, замыкая силовые контакты К1.1, К1.2, К1.3, включает тэны E1, E2, Е3 на полную мощность.Размыкающий контакт К1.4 в цепи катушки реле К2 исключает одновременноевключение реле К2 и магнитного пускателя К1. Контакты К3.2 и К3.3, размыкаясь,разрывают соответственно цепь катушки реле К4 и сигнальной лампы Н2. Придостижении в рубашке котла верхнего заданного предела давления замыкаетсяконтакт В электроконтактного манометра и включается реле К.4, контакты которогоК4.1, К4.2, К4.3. Контакт К4.1, разомкнувшись, отключает катушку реле К3 и егоконтакты К3.1, К3.2, К3.3 возвращаются в исходное положение. При этомразрывается цепь питания магнитного пускателя К1, размыкаются его силовыеконтакты К1.1, К1.2, К1.3 и замыкается контакт К1.4. Одновременно замыкаетсяконтакт К4.2 и к сети будет подключено силовое реле К2 (если переключательрежима работы будет установлен на режим РII, реле К2 не включится, итэны будут полностью выключены). Контакты реле К2 поменяют свое положение.Через контакты К2.1 и К2.3 включатся последовательно два тэна E1 и Е2.
Это будет соответствовать 1/6 в мощности нагрева.Разомкнувшийся контакт К2.4 дополнительно исключит возможность включениямагнитного пускателя К1, а контакт К2.5 подготовит к включению реле К3.
При понижении давления в пароводяной рубашке донижнего предела замкнется контакт между указательной стрелкойэлектроконтактного манометра и задатчиком нижнего предела давления, включитсяреле К3, его контакт К3.1 замкнется, а контакты К3.2 и К3.3 разомкнутся.
Если уровеньводы в парогенераторе понизится ниже электрода Е4, цепь питания катушек реле К3или К4 оборвется и станет невозможным включение соответственно магнитногопускателя К1 или реле К2, красная сигнальная лампа Н2 загорится (сухой ход). Вэтом случае необходимо рукоятку переключателя 5 поставить в положение«Выключено» и долить в рубашку котла воду до уровня контрольного крана.
2.3 Правила эксплуатациипроектируемого аппарата
Перед включением аппарата в работу проверяют:
─ уровень воды в пароводяной рубашке(парогенераторе);
─ надежность соединения корпуса аппарата с заземляющейшиной;
─ состояние защитной, предохранительной иуказывающей арматуры;
─ санитарное состояние варочного сосуда.
Порядок включения котла в работу:
─ открывают продувочный кран или кран назаливной воронке. Оставляют открытым до полного удаления воздуха из пароводянойрубашки, т.к. наличие воздуха в рубашке снижает теплоотдачу от пароводянойсмеси к стенкам котла и увеличивает время его разогрева;
─ варочный сосуд заполняюткипяченой водой на 100—120 мм ниже уровня верхней крышки. При использовании некипяченой воды на стенках котла и тэнах быстрее образуется накипь, котораяухудшает теплопередачу, удлиняет время варки продуктов и ускоряет выход котлаиз строя. Когда из крана уровня появится вода, заполнение пароводяной рубашкипрекращают. После этого рычагом приподнимают над седлом предохранительныйклапан, чтобы не допустить его прикипания;
─ эектрическиекотлы включают нажатием кнопки «Пуск» с предварительным включением режимаработы;
─ здатьверхний и нижний пределы давления (как правило, устанавливаются одинраз,но контролируются ежедневно).
В процессе работы аппарата контролируют:
─ давление в греющей рубашке и в рабочейкамере аппарата;
─ медленный разогрев при нормальной работетеплогенерирующего устройства свидетельствует о недостаточной продувке рубашкиили чрезмерном загрязнении тепловоспринимающей поверхности (накипь).
После окончания процесса варки:
─ за 5...10 мин до окончания работыопрокидывающихся котлов прекращают нагрев, нажав кнопку «Стоп»;
─ затем снимают крышку, осторожно вращая маховикповоротного механизма, переворачивают котел и выгружают его содержимое вподставленную тару. В герметически закрытых котлах;
─ рабочую камерупромывают слабым раствором соды и просушивают;
─ внешние поверхностипротирают мягкой тканью;
─ промывают пароотвод. Регламентныепрофилактические работы, согласно инструкции по эксплуатации, выполняютсямехаником по утвержденному графику.
3. Расчетная частьпроекта
3.1 Тепловой баланс
Тепловая мощностьаппарата Qзатр, Q’затр, Вт, составляет
Qзатр=Q1+Q5+Q6,(1.0)
Q’затр=Q’1+Q’5,(1.1)
Где Qзатр и Q’затр – тепловая мощность аппарата в периодразогрева и при стационарном режиме, Вт;
Q1, Q’1– полезно используемая тепловая мощность для нагрева продукта до температурыкипения и его варку, Вт;
Q5 и Q’5– потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла ипри стационарном режиме, Вт;
Q6 – расход тепла на нагрев конструкции котла и нагревводы в парогенераторе и пароводяной рубашке, Вт;
Полезно используемаятепловую мощность определяем по формуле
Q1=(Gв× (tк-tн)+∆W×r)/τ ,(1.2)
Q’1=(∆Wисп r)/ τ’,(1.3)
гдеGв – количество нагреваемой воды, кг;
св– теплоемкость воды, Дж/кг*К;
tк – конечная температура воды, С;
tн – начальная температура заливаемойводы в котел, С;
∆Wисп и ∆W – количество пара, ушедшего через неплотности в атмосферу впериод разогрева и в период кипения при варке; r – теплота парообразования воды, Дж/кг;
τ– время разогрева, с;
τ’– время термообработки, с;
Количествонагреваемой воды определяем по формуле
Gв=V×k×g/1000,(1.4)
гдеV – объем варочного сосуда, л;
K – коэффициентзаполнения котла, К=0,85…0,9; g –плотность воды;
Gв=60×0.85×1000/1000=51 кг,
Q1=(51×4180×(100-20)+2×2257600)=21569,6кДж,
Q’1=2×2257600=4515,2кДж.
Потеритепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла определяемпо формуле
Q5= ∑ λι ×F ι(tnι – t0)*τ, (1.5)
где λι– коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающеюсреду, Вт/м2 К;
F ι – площадь поверхности ι –го элемента, м2;
tnι– средняя температура поверхности ι – го элемента за время разогрева отначальной температуры до температуры кипения, К;
Q5=(0,78×11,51(45-20)+1,4×10,63(32,5-20))×3600=(224,4+186,025)×3600=1477,53кДж.
Потеритепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве при стационарномрежиме определяем по формуле
Q’5= ∑λ’ι ×F ι(tnι – t0)*τ’,(1.6)
где λ’ι– коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающеюсреду, Вт/м2 К;
F ι – площадь поверхности ι –го элемента, м2;
tnι – средняя температура поверхностиι – го элемента за время разогрева от начальной температуры до температурыкипения, К;
Q’5=(0,78×13,28(70-20)+1,4×11,51(45-20)×1800)=1657,3кДж.
Расходтепла на нагрев конструкции котла и нагрев воды в парогенераторе и пароводянойрубашке определяем по формуле
Q6= ∑Мι ×сι (tк – tн),(1.7)
гдеМι– масса ι – го элемента металлоконструкции, кг;
сι– теплоемкость ι – го элемента, Дж/кг*К;
∆t – разность конечной и начальнойтемператур ι – го элемента;
Q6=(80×461(83-20)+10×921(85-20)+10×4187(110-20))=2323440+598650+3768300=6690,3кДж.
Красчету принимаем Q1=21569,6 кДж (1.2, с. 16), Q5=1477,53 кДж (1.5, с. 16), Q6=6690,3 кДж(1.7, с. 17)
Qзатр=21569,6+1477,53+6690,3=29737,4 кДж,
Красчету принимаем Q’1=4515,2кДж (1.4, с. 16), Q’5=1657,3кДж (1.6, с. 17),
Q’затр=4515,2+1657,3=6172,5кДж.
3.2Расчет Тэнов
Порядокрасчета ТЭНа выполняется в три этапа:
─определение размера трубки;
─расчет размера проволоки;
─определение размеров спирали.
Длинаактивной части трубки ТЭНа LА, м, составляет
LА=P/(π×Dт×Wт),(2.1)
где Dт – диаметр трубки ТЭНа, м.
LА=3000/3,14×0,016×105=0,59м.
Длинаактивной части трубки ТЭНа LAO, м, после опрессовки составляет
LAO= LА / φ,(2.2)
где φ– коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, φ=1,15.
LAO=0,59/1,15=0,51 м,
Полнуюразвернутую длину трубки после опрессовки LТ, м, определяем по формуле
LТ=LА+2Lп,(2.3)
где Lп – длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.
LТ=0,59+2×0,1=0,79 м,
Электрическоесопротивление проволоки тэна R, Ом,после опрессовки составляет
R=U2/P,(2.4)
гдеU – напряжение сети, В;
P – мощностьодного тэна, Вт.
R=3802/3000=144400/3000=48,1Ом,
Электрическоесопротивление проволоки тэна R0, Ом, до опрессовки составляет
R0= λr×R,(2.5)
где λr – коэффициент изменениясопротивления проволоки в результате опрессовки, λr =1,3.
R0= 1,3×48,1=62,53 Ом,
Удельноесопротивление проволоки gt, Ом*м, при рабочей температуре определяем по формуле
gt= g20 (1+ λ(t-20)),(2.6)
где g20 — удельное сопротивление проволокипри рабочей температуре 20 C, Ом*м;
λ– температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивленияпроволоки при изменении температуры, град-1;
t – рабочаятемпература проволоки, С.
gt=1,10×10-6 (1+0,14*10-3(950-20))=1,24*10-6Ом*м,
Диаметрпроволоки ТЭН d, м, определяем по формуле
d= 3√(4gt ×P2 / π2 Wп U2),(2.7)
гдеd – диаметр проволоки ТЭН, м.
d= 3√(4*1,24*10-6(3000)2 )/(9,8*18*104 (380)2)=0,00055 м,
Принимаемd=0,0006 м,
Определяемдлину проволоки ТЭН Lпр, м, из выражения
Lпр=0,785× R0×d2пр / gт,(2.8)
где Lпр – длина проволоки ТЭНа.
lпр= 0,785×62,53×(0,0006)2/1,24×10-6=11,7м
Проверяемзначение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке из выражения
Wпф=P/ π dпр lпр ,(2.9)
Wпф=3000/3,14×0,0006*11,7=136098Вт/м2.
Длинуодного витка спирали lв, м, определяем по формуле
lв=1,07* π (dc +dпр),(2.10)
где1,07– коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее со стержня намотки.
dc –диаметр стержня намотки, м, выбирают из конструктивных соображений dc=0,003…0,006 м.
lв=1,07*3,14*(0,006+0,0006)=0,022м,
Количествовитков спирали n, шт, составляет
n= lпр / lв,(2.11)
гдеn – количество витков спирали, шт
n=11,7/0,022=532шт,
Расстояниемежду витками спирали a, м,определяем по формуле
a= LА – n×dпр / n ,(2.12)
а=(0,59-532×0,0006)/532=0,0007 м,
Шагспирали s, м, определяем по формуле
S=a+ dпр ,(2.13)
гдеs – шаг спирали, м.
S=0,0007+0,0006=0,0013,
Коэффициентшага Кш, определяем по формуле
Кш= S/ dпр ,(2.14)
гдеКш– коэффициент шага.
Кш= 0,0013/0,0006=2,2,
Коэффициентстержня намотки Кс, определяем по формуле
Кс=dc/ dпр ,(2.15)
гдеКс — коэффициент стержня намотки.
Кс=0,006/0,0006=10,
Диаметрспирали ТЭНа dсп, м, составляет
dсп = dпр (Кс +2),(2.16)
гдеdсп – диаметр спирали ТЭНа, м.
dсп = 0,0006×(10+2)=0,0072 м,
Общаядлина проволоки l0, м, с учетом навивки на концыконтактных стержней по 20 витков составляет
l0= lпр +2×20lв ,(2.17)
гдеl0– общая длина проволоки, м.
3.2Расчет КПД
Коэффициентполезного действия η, %, в период разогрева котла, определяем по формуле
η= (Q1×100)/Q,3.1)
гдеη– коэффициент полезного дейстивия, %.
η= 21569,6/29737,4 ×100=72,5%,
Коэффициентполезного действия η’, %, в стационарном режиме, определяем по формуле
η’=(Q’1×100)*Q’,(3.2)
η’=4515,5/6172,5×100=73,1%.
Заключение
Процессы термическойобработки самые важные на предприятиях общественного питания. Самымираспространенными процессами термической обработки являются варка и жарка.
Варка – наиболеераспространенный процесс термической обработки, с помощью варки можноприготовить первые, вторые, третьи блюда. С ее помощью можно довести докулинарной готовности любой продукт или полуфабрикат.
Для того, чтобы процессварки осуществлять на современном технологическом уровне целесообразноиспользовать специализированное оборудование, а именно пищеварочные котлы.
Первый способ термическойобработки осуществляется в наплитной посуде. Однако при варке в наплитнойпосуде достаточно низкий КПД, очень большие трудозатраты. В частности внаплитной посуде максимальный объем используемой посуды 20 литров, впищеварочных котлах есть емкости объемом 250 литров. Поэтому такой способ варкинецелесообразно использовать в предприятиях общественного питания.
Второй путь заключается вварки продукции в пищеварочных аппаратах.
По организационно –техническому признаку варочные аппараты подразделяют на аппараты: непрерывногодействия, периодического действия.
Наиболее совершенныеаппараты это аппараты периодического действия.
По давлению греющей средыв рабочей камере различают варочные аппараты, работающие: при атмосферномдавлении, при избыточном давлении, при вакууме. На предприятиях общественногопитания лучше использовать котлы с атмосферным давлением или с избыточнымдавлением. Так как в процессе варки непосредственно в содержимое котла,необходимо постоянно добавлять дополнительные ингредиенты.
По способу обогревастенок рабочей камеры аппараты делят: c непосредственным обогревом стенки, с косвенным обогревом стенки. Наданный момент лучше использовать аппараты с косвенным обогревом, так как в нихне происходит подгорание продуктов.
Наибольшеераспространение на предприятиях общественного питания получили котлы сэлектрическим электроносителем.
По конструктивнымособенностям котлы разделяют на: опрокидывающиеся и неопрокидывающиеся.Наибольшее распространение получили котлы опрокидывающиеся, в силу их большейуниверсальности на предприятиях общественного питания.
В данном курсовом проектерассмотрен ряд варочных аппаратов: КПЭ 40, КПЭ 60, КПЭСМ 60, КПЭ 100, КПЭ 160,КПЭ 250.
По приведенному вышеобзору и сравнительному анализу аппаратов для варки было решено проектироватькотел пищеварочный электрический – КПЭ – 60.
В данном курсовом проектеприведена конструкция проектируемого аппарата, дано описание электрическойсхемы, даны правила эксплуатации проектируемого аппарата. Приведен расчеттеплового баланса, расчет тэнов, расчет КПД.
По итогом расчетовноминальная мощность в период разогрева составила
8 кВт, мощность в периодварки 1,3 кВт. Также дана техническая характеристика проектируемого аппарата.
Список использованных источников
1. А.Н.Вышелесский «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва –1970;
2. А.А.Мельников «Курсовое проектирование электротепловых аппаратов», Москва – 1980;
3. С.В.Некрутман, В.П. Кирпичников, Г.Х. Леенсон «Справочник механика предприятийобщественного питания», Москва – 1983;
4. В.А.Дорохин «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва –1987;
5. М.И.Беляев «Оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1990;
6. Н.Н.Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов «Тепловое оборудование предприятийобщественного питания», Москва – 1994;
7. М.И.Ботов, В.Д. Елхина, О.М. Голованов «Тепловое и механическое оборудованиепредприятий торговли и общественного питания », Москва – 2002;
8. В.З.Порцев“Расчет конструктивных параметров электрических нагревательных элементов игенераторов излучения”, Екатеринбург – 2001;
9. В.М.Супрун“Методическое указание к выполнению курсового проекта для специальности 27.11всех форм обучения” Свердловск – 1992;
10. В.З.Порцев,Г.Ф. Фролова, И.Ф. Решетников “Структура и правила оформления текстовыхдокументов” Екатеринбург – 2005