Котел пищеварочный электрический емкостью 160 куб. дм

Размещено на http:www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра проектирования технологических машин (ПТМ)

Курсовой проект

по дисциплине «Оборудование предприятий общественного питания»

на тему «Котел пищеварочный электрический емкостью 160 дм³»

Вариант 19

Выполнил:

Студент Юфанова И.А.

Факультет МА

Группа ЭМ-911

Преподаватель: Мартынова Т.Г.

Новосибирск

2013



Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Технологические требования к конструкции проектируемого аппарата

1.1.1 Тепловая обработка продуктов

1.1.2 Температурный режим варки

1.1.3 Условия применения пищеварочных котлов

1.2 Обзор технических характеристик серийно выпускаемых аппаратов

1.2.1 Классификация пищеварочных котлов с различным типом обогрева

1.2.2 Пищеварочные котлы на современном рынке

1.2.3 Сравнительный анализ пищеварочных котлов с различным типом обогрева

1.2.4 Технологические и конструктивные требования, предъявляемые к пищеварочным котлам

1.2.5 Материалы, применяемые для изготовления оборудования предприятий общественного питания

2. Конструкторский раздел

2.1 Описание проектируемого аппарата

2.2 Тепловой расчет аппарата

2.2.1 Исходные данные

2.2.2 Тепловой баланс

2.2.3 Определение расхода энергоносителя

2.2.4 Расчет теплогенерирующего устройства

2.2.5 Расчет парогенератора

3. Эксплутационно-экономический раздел

3.1 Требования к эксплуатации аппарата

3.1.1 Установки и монтаж аппарата

3.1.2 Эксплуатация и уход

3.1.3 Техника безопасности

3.1.4 Санитарные требования

3.2 Технико-экономические показатели аппарата

Заключение

Список литературы

Введение

На современном этапе общественное питание будет занимать преобладающее место по сравнению с питанием в домашних условиях. В связи с этим возникает необходимость дальнейшей механизации и автоматизации производственных процессов, как основного фактора роста производительности труда. Отечественная промышленность создает большое количество различных машин для нужд предприятий общественного питания. Ежегодно осваиваются и внедряются новые, более современные машины и оборудование, обеспечивающие механизацию и автоматизацию трудоемких процессов на производстве.

Создаются и осваиваются новые машины, оборудование, которые будут работать в автоматическом режиме без участия человека. В настоящее время одной из важнейших задач в стране является радикальная реформа по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве.

В общественном питании она стоит особенно остро, на предприятиях до сих пор преобладающее большинство производственных процессов выполняется вручную. Существуют много видов работы, где занято большое количество работников малоквалифицированного труда. Поэтому коренная перестройка в этой сфере производства предполагает необходимость широкой индустриализации производственных процессов, массового внедрения промышленных методов приготовления и поставки продукции потребителям. пищеварочный котел эксплуатация

Внедрение новой техники и прогрессивной организации производства дает возможность существенно поднять экономическую эффективность работы предприятий общественного питания за счет повышения производительности труда, сокращения расходов сырья и энергии.

Совершенствование техники должно обеспечивать не только рост производительности труда и его облегчение, но и снижение затрат труда на единицу продукции при использовании новых машин и механизмов. Иначе говоря, новая техника только в том случае будет эффективной, если затраты общественного труда на ее создание и использование требуют меньше труда, сберегаемого применением этой новой техники. В снижении затрат на единицу продукции, производимую с помощью новой техники, в конечном счете и заключается экономическая суть совершенствования машин и механизмов.

В производстве теплового оборудования в нашей стране в течение последних двадцати лет происходили коренные изменения, которые можно назвать технологической перестройкой. В ней можно выделить три периода. Первый состоял в переходе от использования оборудования, работающего на твердом топливе, к газовому и электрическому оборудованию. На втором произошел переход от универсального оборудования (например, кухонная плита) к секционному, каждый вид которого предназначен для выполнения отдельных операций тепловой обработки продуктов. Третий период происходит в настоящее время. Он заключается в производстве и внедрении оборудования, использующего новые методы тепловой обработки продуктов, сухим паром или методом конвективного обогрева.

Перед разработчиком и создателем новой техники ставится задача значительно улучшить вес важнейшие технико-экономические параметры машин, оборудования и различных механизмов в общественном питании:

-- создание машин и аппаратов, работающих на основе электрофизических методов тепловой обработки пищевых продуктов (инфракрасные лучи и сверхвысокочастотный нагрев и их использование с традиционными методами);

-- разработка средств комплексной механизации и автоматизации производственных процессов для специализированных и узкоспециализированных предприятий общественного питания (блинных, пельменных, пирожковых и т.д.);

-- повышение качества выпускаемого оборудования -- надежности, долговечности и ремонтопригодности, и имеющие стандартные унифицированные узлы и детали.

-- создание высокопроизводительных универсальных машин и механизмов, удобных для использования их как в индивидуальном виде, а так же в составе механизированных или автоматизированных поточных линий.

Решение этих задач позволит интенсифицировать производственные процессы на предприятиях общественного питания, значительно улучшить качество выпускаемой продукции и снизить ее себестоимость.

Основной задачей совершенствования теплового оборудования является уменьшение времени разогрева аппарата за счет применения новых технологий, материалов, снижения массы аппарата, либо увеличения его мощности, оптимизация габаритов аппаратов и автоматизация производства.

Сокращение времени разогрева аппарата приводит к повышению кпд. Для выяснения целесообразности разработки котлов с меньшим временем разогрева в данной работе произведено проектирование и поверочный расчет котла пищеварочного парового с прямоугольной формой рабочей камеры и объемом содержимого V_рк = 160 дмі, а также подтверждение эффективности его работы в сравнении с уже имеющимися аналогичными моделями котлов - по срокам продолжительности разогрева котла, расходу пара, производительности и другим показателям. Основной отличительной особенностью рассматриваемого аппарата является модульность.



1. Аналитический обзор

1.1 Технологические требования к конструкции проектируемого аппарата

1.1.1 Тепловая обработка продуктов

Основное назначение тепловой обработки -- размягчить продукты для более легкого и полного их усвоения организмом. Кроме того, при тепловой обработке пища обезвреживается, так как под действием высокой температуры погибают находящиеся на продуктах вредные микробы; большинство продуктов улучшает свои вкусовые и ароматические свойства; применение различных способов тепловой обработки позволяет готовить из одних и тех же продуктов различные блюда.

В кулинарии применяются два основных вида тепловой обработки -- варка и жарение.

Варка - это процесс гидротермической обработки пищевых продуктов в жидкой среде: воде, бульоне, молоке, соусе и т. п. При тепловой обработке продуктов денатурируются и коагулируются белки, коллаген соединительной ткани мясорыб-ных продуктов переходит в глютин, уничтожается большинство вегетативных форм микробов, инактивируются ферменты.

Способы варки:

1. Основной способ.

Продукт варят в большом количестве жидкости. При варке в сосуде с открытой крышкой температура жидкости не превышает 100°, в сосуде с закрытой крышкой -- 101--102°. При герметически закрытой крышке давление в котле повышается и температура достигает 108--110°, это ускоряет процесс варки.

При варке в большом количестве жидкости в раствор переходит максимальное количество экстрактивных и питательных веществ, поэтому основной способ варки применяют для приготовления бульонов, супов и пр.

2. Припускание.

Припусканием называется варка продукта в небольшом количестве жидкости, как правило, под закрытой крышкой (продукт заливают жидкостью до 1/3-1/5 его высоты). Иногда продукты припускают за счет содержащейся в них влаги. Припускание позволяет сохранить значительную часть питательных веществ в продуктах.

3. Варка на пару.

Продукт поещают в специальные паровые шкафы или на специальные решетки и в сетки, которые вставляют в пищеварочные котлы с налитой на дно водой. Вода доводится до кипения, и продукты прогреваются паром. Этот способ обеспечивает максимальное сохранение питательных веществ в продуктах растительного и животного происхождения, часто применяется в лечебном питании.

4. Варка на водяной бане.

Продукт кладут в посуду, которую в свою очередь помещают в емкость с водой, и доводят до кипения. Вода является промежуточным теплоносителем. Водяную баню применяют, когда хотят избежать перегрева продукта, так как температура при такой варке не превышает 40--70°. Этот способ используют для приготовления различных пудингов, омлетов, яичных кашек, яично-масляных соусов.

5. Варка с помощью токов высокой частоты (в СВЧ-полях).

Продукты варят в специальных шкафах типа «Волжанка» или «Славянка». При этом под воздействием переменного электромагнитного поля продукт нагревается сразу на всю глубину проникновения токов высокой частоты и быстро доходит до готовности. В СВЧ-аппаратах припускают птицу, крупнокусковые мясные и рыбные полуфабрикаты, выпекают бисквиты и т. д.

По температурным решениям процесс варки может быть осуществлен при температурах ниже 100 ^оС, при 100 ^оС, и выше 100 ^оС. Для кипячения больших объемов воды, молока и продолжительного отваривания продуктов используются пищеварочные котлы. Безусловно, эти же кулинарные операции можно выполнять и в специальной посуде, но медленнее и с существенно большими затратами энергии.

У варки как процесса тепловой обработки есть свои преимущества:

· создаются оптимальные условия для поверхностного нагрева пищевого продукта, так как влажный слой характеризуется максимальным коэффициентом теплопроводности;

· исключается испарение влаги, то есть перегрев поверхности продукта, так как продукт нагревается в жидкой среде;

· обеспечиваются минимальные тепловые разрушения исходного сырья и высокая пищевая ценность кулинарного изделия, что обусловлено «мягким» нагревом продукта (за счет небольшого градиента температур между поверхностью продукта и греющей средой);

· продукты размягчаются, легче разжевываются и сма-чиваются пищеварительными соками;

· белки при нагревании изменяются (денатурируют) и в таком виде легче перевариваются; крахмал превращается в клейстер и легче усваивается;

· образуются новые вкусовые и ароматические веще-ства, возбуждающие аппетит и, следовательно, повышающие усвояемость;

· теряют активность содержащиеся в некоторых сырых продуктах антиферменты, тормозящие процесс пищеварения.

Но процесс варки также обладает некоторыми недостатками:

· в результате явления термовлагопроводности в начальный момент нагрева влага, как и тепловой поток, перемещается от поверхности продукта к его центру. По мере нагрева в центральных слоях в результате возникновения различных сложных биохимических реакций давление повышается. В результате влага начинает перемещаться от центра к поверхности, а вместе с ней из продукта уносятся и биологически ценные вещества - белки, жиры, углеводы. При этом происходит обеднение пищевого продукта и обогащение отвара.

· в результате достаточно длительного теплового воздействия на продукт происходит разрушение биологически активных веществ - витаминов, минеральных веществ, фенолов. При этом, чем дольше продолжительность теплового воздействия, тем больше потери этих веществ.

· потери части растворимых и летучих ароматических, а также вкусовых веществ;

· изменение естественной окраски овощей;

· нежелательные изменения жиров (окисление, омыле-ние, снижение биологической активности).

1.1.2 Температурный режим варки

Варка пищевых продуктов осуществляется как при ат-мосферном, так и при повы-шенном давлении. Варку продуктов при нормальном атмосферном давлении производят в негерметизированных сосудах (пищеварочные котлы), при этом температура кипения жидкой среды близка к 100°С.

Варку продуктов при повышенном давлении осуществляют в герметически закрытых сосудах -- автоклавах и других ком-прессионных аппаратах. Их применяют для интенсификации процесса приготовления пищи (варка каш, бобовых и др.), а также для выварки костей при приготовлении костного или мясо-костного бульонов. Внутри автоклава избыточное давление достигает 200 кПа; при этом температура кипения жид-кой среды составляет 133 °С.

Скорость прогревания продуктов в процессе варки зависит от теплофизических свойств греющей среды и обрабатываемого продукта.

Варка состоит из двух стадий: нагревания жидкой среды до температуры кипения, когда температура в каждой точке аппа-рата и среды изменяется во времени (нестационарный режим), и собственно варки при кипении, когда температура в упомяну-тых точках не изменяется во времени (стационарный режим). При этом для максимально быстрого доведения жидкой среды до кипения необходим сильный нагрев аппарата, а для соб-ственно варки, т. е. доведения продуктов до готовности, наобо-рот, слабый нагрев, обеспечивающий получение «тихого» кипения.

При интенсивном кипении происходит перемещение частиц жидкости, обусловленное парообразованием, а при «ти-хом кипении» парообразование практически не влияет на пере-мещение частиц жидкости и последние двигаются в основном вследствие наличия разности плотности самой жидкости. Бурное кипение при стационарном режиме отрицательно сказывается на качестве пищи: бульоны делаются мутными, продукты деформируются, уве-личиваются потери ароматических веществ и витаминов и т. д.

Изменение режима тепловой обработки (сильный, слабый и аккумуляционный нагревы) содержимого варочного сосуда в процессе варки различных блюд графически представлено на рисунке 2. После доведения жидкой среды до кипения и закладки продуктов температура ее снижается. После вторичного закипа-ния подачу теплоносителя снижают (или переключают нагревательный элемент на слабый нагрев в электрических котлах) («ти-хое кипение»), а за 10--15 мин до окончания варки полностью отключают. Содержимое варочного сосуда доводится до полной готовности за счет тепла, аккумулированного аппаратом.

Рис. 2. Изменение режима тепло-вой обработки содержимого вароч-ного сосуда в процессе варки ово-щей, бульонов, супов и т. д.:

А -- включение сильного нагрева (максимальная подача теплоносителя); АВ -- доведение жидкой среды (воды, бульона, молока) до кипения при сильном нагре-ве; В -- момент закипания и момент за-грузки продуктов в кипящую жидкость; ВС -- доведение содержимого сосуда до кипения после закладки продуктов при сильном нагреве; С -- снижение подачи теплоносителя («тихое кипение»); D -- прекращение подачи теплоносителя за 10--15 мин до окончания варки; DE -- до-ведение содержимого сосуда до кули-нарной готовности за счет аккумулирован-ного тепла; Е -- момент достижения про-дуктом готовности (окончание тепловой обработки, выгрузка продукта из сосуда)

После этого температура содержимого в варочном сосуде снижается. Это снижение характеризуется скоростью охлажде-ния в °С/ч. Наилучший эффект по экспериментальным данным в процессе приготовления блюд получается при скорости охлаждения, равной 2 °С/ч, и при термическом сопротивлении слоя изоляции котла примерно 0,19 м*°С/Вт.

Продолжительность нагрева жидкости до кипения зависит от множества факторов: начальной темпера-туры жидкости, величины коэффициента теплопередачи, поверхности нагрева, температурного напора.

1.1.3 Условия применения пищеварочных котлов

Пищеварочные котлы относятся к варочным аппаратам периоди-ческого действия, работающим при давлении в рабочей камере, близ-ком к атмосферному.

Основным критерием при выборе теплового аппарата для варки пищевых продуктов является необходимый уровень качества полу-ченных кулинарных изделий.

Исходя из этих требований, для варки традиционных продуктов могут быть применены любые варочные аппараты, а для приготовления диетических блюд предпочтительнее паровые камеры.

Интегральным критерием эффективности использования варочного аппарата при высоком качестве изделий является низкая себестоимостъ выпускаемой продукции.

Косвенными технико-экономическими факторами, позволяющими снизить себестоимость, являются: высокий КПД, низкие удельные энергозатраты на единицу выпускаемой продукции, высокая степень автоматизации варочного процесса) удобство обслуживания и ремонта аппарата.

Пищеварочные котлы с паровой рубашкой, обеспечивающей мягкий равномерный нагрев стенок варочного сосуда, исключают возможность пригорания пищи даже при варке продуктов, обладаю-щих большой вязкостью. Эти аппараты автоматизированы (кроме паровых и твердотопливных) и позволяют обслуживать их при значительно меньших усилиях.

Пищеварочные котлы с косвенным обогревом экономичнее котлов с непосредственным обогревом благодаря умень-шению затрат на обслуживание и меньшим потерям массы пищевых продуктов.

Если за критерий эффективности принимать такие показатели, как удельные энергозатраты и экологическое совершенство аппарата, то в этом случае главными факторами, определяющими различия этих показателей, будут вид энергоносителя и конструкция парогене-ратора.

1.2 Обзор технических характеристик серийно выпускаемых аппаратов

1.2.1 Классификация пищеварочных котлов с различным типом обогрева

На предприя-тиях общественного питания эксплуатируются котлы различных типов, отличающиеся способом обогрева, вместимостью и формой варочных сосудов, видом энер-гоносителей. Все эти различия определяют номенкла-турный ряд пищеварочных котлов и их классификацию.

Схематичное представление классификации представлено на рисунке 3.

Классификация:

1. В зависимости от давления в варочном сосуде котлы классифицируются на:

· пищеварочные котлы, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении;

· автоклавы, работающие при повышенном давлении (250 кПа).

2. В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на:

· твердотопливные;

· жидкотопливные;

· газовые;

· электрические;

· паровые.

3. По способу установки котлы классифицируются на:

· неопрокидывающиеся;

· опрокидывающиеся;

· со съем-ным варочным сосудом.

4. По организационно-техническому признаку варочные аппараты подразделяют на:

· аппараты непрерывного действия;

· периодического действия.

5. По способу обогрева стенок рабочей камеры аппараты делят на:

· с непосредственным обогревом стенки;

· с косвенным обогревом стенки.

6. По соотношению основных геометри-ческих размеров котлы классифицируются на:

· немодулированные;

· секционные модулированные;

· котлы под функциональные емкости.

7. По емкости рабочей камеры (дм³):

· 20 (КПЭ-20);

· 40 (КПЭ-40, КПГ-40, КПП-40);

· 60 (КПЭ-60, КПЭМ-60, КПЭСМ-60, КПП-60, КПГ-60);

· 100 (КПЭ-100, КПТ-100, КПП-100);

· 160 (КПЭ-160, КПЭМ-160, КПЭСМ-160, КПТ-160, КПГ-160, КПП-160);

· 250 (КПЭ-250, КПЭСМ-250, КПГ-250, КПП-250, КПТ-160);

· 400 (КПЭ-400, КПП-400, КПП-400 нг);

· 600 (КПЭ-600, КПП-600);

· 1000 (КПП-1000).

·

Рис. 3. Схематическая классификация.

1.2.2 Пищеварочные котлы на современном рынке

Современная отечественная промышленность предлагает помимо вышеуказанных, изготовление аппаратов на заказ: котлы более 400 литров, технологические установки на базе котлов, котлы с комбинированным обогревом, различные модификации котлов. Также могут изготавливаться котлы с мешалками, как на базовой конструкции котла, так и на конструкции, предлагаемой заказчиком по техническим условиям заказчика.

Ряд компаний оснащает котлы перемешивающим миксером с верхним, а также нижним приводом, что в значительной мере расширяет их функциональные возможности - от приготовления соусов до перемешивания фарша. Зарубежные и отечественные модели котлов выпускаются как с цилиндрической формой варочного сосуда, так и с прямоугольной.

Европейские разработки.

Очевидно, что погоду на рынке пищеварочных котлов делают зарубежные производители, продолжая удивлять мировой рынок революционными технологическими решениями. Это, например, электронные пищеварочные котлы третьего поколения, которые совмещают функции опрокидывания емкости и программируемой мешалки, позволяют автоматически готовить любые жидкие и пюреобразные блюда (рис.4.). Кроме того, они имеют встроенную систему охлаждения. Современные модели такого оборудования стали хитами выставочных экспозиций этого года. Лидерами европейского рынка сегодня являются компании Dieta OY (Финляндия), HACKMAN (Финляндия), Jonifoodline (Дания). Из отечественного оборудования можно отметить опрокидываемые котлы марки Abat производства ОАО "Чувашторгтехника".

Для наглядности рассмотрим некоторые модели котлов от упомянутых компаний. Начнем с котлов HACKMAN серии Proveno Cool Pro. Это оборудование предназначено для организации питания большого количества людей. Благодаря увеличенному объему паровой рубашки, достигающей уровня верхнего края котла, супы, соусы и многие другие блюда могут быть быстро приготовлены, а опрокидываемая с помощью электропривода конструкция обеспечивает легкое опорожнение котла. Благодаря использованию встроенного миксера многие блюда можно готовить в одном модуле от начала до завершения, без необходимости перемещения продуктов в процессе приготовления.

Смешивание способствует эффективной теплопередаче, в результате чего пища готовится быстрее и более равномерно прогревается. Уникальные возможности перемешивания позволяют, например, измельчить мясной фарш и растереть картофель до консистенции пюре. А благодаря функции автоматического охлаждения готовое блюдо при необходимости можно охладить до заданной температуры. Это актуально, например, при приготовлении мусса, компота или киселя. Одним словом, с помощью этого котла можно приготовить до 70% блюд из стандартного меню.

Еще один крупный производитель современных полностью автоматизированных опрокидывающихся варочных котлов - компания Jonifoodline (Дания). Особенность котлов этого производителя в том, что и парогенератор, и клапан находятся в нижней части аппарата. Соответственно вода автоматически подается снизу вверх. Благодаря этой конструктивной особенности (в котлах других производителей кран для подачи воды находится сверху) исключается застаивание воды. Кроме этого, котел оснащен системой охлаждения, благодаря которой можно готовить различные желе. Оборудование также укомплектовано съемным миксером.

Специалисты отмечают, что инвестиции в приобретение современного пищеварочного котла значительные, но и отдача от него соответствующая. Имея такое оборудование, шеф-повар перекрывает практически все меню, поскольку в котле можно готовить и первые блюда, и гарниры, и десерты. Не получится приготовить с помощью этого оборудования только мясные блюда, которые требуют жарки, и картофель во фритюре.

В комплектацию варочного котла может входить дополнительное оборудование, в числе которого могут быть:

· Тензометрические датчики;

· Реле и таймер времени;

· Звуковая и световая сигнализация;

· Система, защищающая котел от сухого хода;

· Устройства для перемешивания продукции;

· Пищевые высокотемпературные насосы;

· TOUCH-панель сенсорная;

· Система для автоматического нагревания и вакуумирования;

· Другое оборудование.

В цену на варочный котел входит и пульт управления. Он предназначен для регулировки температуры в пределах до 200 Градусов Цельсия, для запуска и остановки перемешивающих устройств, и для других функций. Для того чтобы легко и просто выгрузить из котла готовую продукцию, он оснащается электротраверсом. Подразделяются котлы для варки и по своей форме: на круглые, прямоугольные и квадратные (рис. 5).



1.2.3 Сравнительный анализ пищеварочных котлов с различным типом обогрева

Таблица 1. Сравнительный анализ пищеварочных котлов с различным типом обогрева

Группа аппаратов	Преимущества	Недостатки
1	2	3
Паровые котлы	§ упрощенная конструкция котла, так как нет парогенератора; § в большей степени удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям; § высокий КПД; § высокий коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара; § экологичность; § низкая металлоемкость; § эргономичность; § приспособлены к точному (ручному) регулированию температурного режима.	§ Неавтономность, то есть зависимость от внешнего источника пароснабжения в виде парогенерирующих устройств с сопутствующим им вспомогательным оборудованием; § Необходимость тщательной продувки пароводяной рубашки перед эксплуатацией; § Необходимость в правильной организации отвода конденсата из рубашки.
Твердо-топливные котлы	§ Возможность их использования в удаленных районах страны; § Организация питания в полевых условиях; § Простота устройства и эксплуатации.	§ Низкий КПД (от 18 до 28 % для первой варки и от 18 до 30 % при повторной варке); § Сложность в регулировании процессов нагрева; § Загрязнение помещений золой, топливом; § Необходимость в устройстве топливохранилищ
Газовые котлы	§ Возможность использования автоматики безопасности и регулирования; § Высокие санитарные показатели; § Простота эксплуатации; § Более простая конструкция и меньшая металлоемкость, чем у твердотопливных котлов.	§ Возможность утечки газа.
Электри-ческие котлы	§ Отсутствие необходимости в хранении топлива и удалении продуктов его сгорания; § Возможность регулирования количества подводимой теплоты за счет изменения мощности; § Возможность автоматизации процесса и регулирования параметров тепловой обработки продуктов; § Простота обслуживания; § Хорошие санитарно-гигиенические условия труда. § Высокая ремонтопригодность.	§ КПД достаточно высокий, но может быть и выше; § Длительность разогрева.

Недостатком всех типов котлов является то, что в процессе дли-тельной эксплуатации кпд может снижаться по причине отложения накипи на тэнах (у электрических котлов) или стенках парогенератора.

Технические характеристики пищеварочных котлов, наиболее распространенных в настоящее время приведены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики пищеварочных котлов, наиболее распространенных в настоящее время

Электрические котлы
Параметры	КМЭМ-60	КПЭМ-100	КПЭМ-160	КПЭМ-250
1. Полезная ёмкость, дм3	60	100	160	250
2. Продолжительность разогрева, мин, не более	40	55	75	60
3. Количество ТЭНов, ШТ	3	6	5	6
4. Номинальная потребляемая мощность, не более кВт	9	13,5	15	18
5.Номинальное напряжение, В	380/220	380/220	380/220	380/220
6. Рабочее давление в пароводяной рубашке, МПа (кгс/см2.), не более	0,4	0,4	0,4	0,4
7. Габаритные размеры, мм
высота	800	840	840	840
ширина	860	970	970	970
длина	1090	1110	1110	1330
диаметр	425	650	650	650
8.. Масса, кг.	91	120	124	157

Современные аппараты, по сравнению со своими аналогами, описанными в литературе, имеют значительно меньшую массу, что на порядок снижает значение металлоёмкости, а значит уменьшается время разогрева и расход пара.

1.2.4 Технологические и конструктивные требования, предъявляемые к пищеварочным котлам

Тепловые аппараты, применяемые на предприятиях общественного питания отличаются устройством, принципом действия, конструктивным исполнением, назначением и правилами эксплуатации. Однако можно выделить общие требования, предъявляемые к тепловым аппаратам, которые условно группируют на: технологические, эксплуатационные, энергетические, экономические, безопасности и дизайна. Все приведенные группы требований связаны и взаимообусловлены между собой -- одна группа требований предопределяет другие.

Технологические требования. Конструкция аппарата должна, прежде всего, удовлетворять технологическим требованиям процесса тепловой обработки продуктов.

Технологические требования заключаются в максимально возможном соответствии режима работы, параметров, устройства рабочей камеры, загрузочного и разгрузочного устройства аппарата физическим и химическим изменениям, происходящим в пищевых продуктах при их тепловой обработке, которая существенно влияет на качество готового изделия.

Под технологическими параметрами понимают температуру, относительную влажность воздуха, давление в аппарате, скорость движения продукта через аппарат и т. д. При этом необходимо, чтобы конструктивные и эксплуатационные показатели аппарата обеспечивали оптимальные режимы технологического процесса, т.е. процесс должен осуществляться за возможно минимальный промежуток времени с получением наилучшего результата (высокие органолептические показатели, максимальное сохранение пищевых, ароматических веществ и вкусовых качеств, максимальный выход и другие качественные показатели готового продукта).

Соответствие конструкции аппарата требованиям технологического процесса является наиболее важным фактором в повышении качества кулинарной продукции. В связи с этим на предприятиях общественного питания эксплуатируется большое количество специализированных аппаратов, предназначенных для реализации одного или нескольких технологических процессов (котлы, фритюрницы, сковороды, кипятильники, шкафы и др.), наиболее полно удовлетворяющих требованиям конкретного процесса.

К эксплуатационным требованиям относят соответствие режима работы, конструктивных особенностей машины или аппарата его рациональной эксплуатации. Эксплуатационные требования к аппаратам предусматривают в качестве непременного условия простоту их обслуживания с минимальной затратой труда; устойчивость к коррозии, которая может возникнуть при воздействии обрабатываемых продуктов, воздействии окружающей среды (кислорода воздуха) и моющих средств; доступность аппарата для осмотра, чистки, ремонта; высокая надежность и экологичность. Эксплуатационные требования предопределяют необходимость автоматизации контроля и регулирования параметров технологического процесса. Автоматизация обеспечивает более точное проведение технологического режима в аппарате (по сравнению с ручным), упрощает его обслуживание, ведет к уменьшению численности обслуживающего персонала, экономит энергию и способствует повышению качества кулинарной продукции.

Энергетические требования. Энергетические требования отражают возможность машины или аппарата затрачивать минимальное количество энергии на выполнение технологического процесса, т.е. аппараты должны быть энергосберегающими. Существенным резервом улучшения энергетических показателей тепловых аппаратов является снижение потерь теплоты. Одним из основных энергетических показателей работы аппаратов является удельный расход энергии на единицу готовой продукции.

Конструктивные требования. Сущность этих требований заключается в соответствии конструкции аппарата современным условиям машиностроения.

Конструктивные требования, предъявляемые к аппаратам, связаны с их проектированием, изготовлением, транспортировкой и монтажом. Важными конструктивными требованиями являются:

- технологичность, т.е. соответствие конструкции технологическому процессу;

- унификация и нормализация деталей и узлов, максимальное использование стандартизированных деталей и изделий. Соблюдение этих требований позволяет организовать поточность производства и контроль качества;

- секционность, которая улучшает условия его эксплуатации, облегчает разборку, а при необходимости и замену, доступность при осмотре и ремонте;

- техническое совершенство, работоспособность и надежность.

Техническое совершенство аппарата характеризуется периодом, в течение которого аппарат по своим основным показателям соответствует современному уровню развития техники.

Под надежностью машины или аппарата понимается их способность выполнять свои технологические функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемой наработки.

Наработка -- продолжительность или объем работы машины или аппарата, измеряемые в единицах времени или весовых (объемных) единицах по перерабатываемому сырью.

Надежность машины или аппарата зависит от их безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность характеризует способность машины или аппарата сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность -- это способность машины или аппарата сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Долговечность характеризуется ресурсом или сроком службы до одного из видов ремонта.

Ремонтопригодность характеризует приспособленность машины или аппарата к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения плановых профилактических осмотров и ремонтов.

Сохраняемость отражает свойство машины или аппарата сохранять эксплуатационные показатели в процессе их транспортировки и хранения при соблюдении условий, рекомендуемых заводом-изготовителем.

Конструктивными достоинствами аппарата являются также простота его устройства, небольшая масса и габариты, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобство эксплуатации.

Экономические требования. Данные требования отражают минимальные затраты на изготовление, монтаж и эксплуатацию машины или аппарата при сохранении их высоких технико-экономических показателей. К числу таких показателей относятся производительность, удельный расход энергии, коэффициент полезного действия, текущие расходы на обслуживание.

1.2.5 Материалы, применяемые для изготовления оборудования предприятий общественного питания

Материалы, которые применяются для изготовления оборудования предприятий общественного питания, должны обеспечивать его надежность при минимальных габаритах и массе. Материалы непосредственно контактирующие с пищевыми продуктами, должны соответствовать требованиям санитарного надзора.

Такие материалы не должны подвергаться коррозии в результате контакта с пищевыми продуктами, кроме того, они должны легко очищаться от остатков продуктов и не разрушаться под влиянием моющих средств.

По назначению материалы могут быть подразделены на три группы: конструкционные, теплоизоляционные и электротехнические.

В качестве конструкционных материалов применяют черные, цветные металлы, сплавы, пластмассы и другие синтетические материалы.

К черным металлам относятся железо и его сплавы, важными из которых являются чугун и стали.

Чугун представляет собой высокоуглеродистый сплав железа с углеродом. Углерода в чугуне содержится от 2 до 4,5%. Марки чугуна составлены следующим образом: первые буквы обозначают название чугуна (СЧ - серый чугун), первые две цифры - предел прочности на растяжение в кг/ммІ, вторые две цифры - предел прочности на изгиб в кг/ммІ. Например, для изготовления корпусных деталей механического оборудования, испытывающих небольшие нагрузки, применяют чугун марок СЧ 15-32, СЧ 21-40, СЧ 35-56; конфорки плит изготовляют обычно из чугуна СЧ 18-36 и СЧ 21-40.

Сталь - это сплав железа с углеродом. Углерода в стали обычно содержится от 0,04 до 2,0%. В качестве добавок используют марганец (0,1 - 1,0%), кремний (до 0,4%) и др. Сплавы с указанными пределами изменения состава называются углеродистой сталью. По качеству эти сплавы подразделяются на сталь углеродистую обыкновенного качества и сталь углеродистую качественную.

Из стали углеродистой обыкновенного качества изготовляют сварные корпусные детали, крышки, кожухи и другие детали, не несущие больших нагрузок и не соприкасающиеся с пищевыми продуктами.

Чтобы придать железоуглеродистым сплавам определенные свойства, к ним добавляют различные элементы. Так, при добавлении хрома повышается твердость и прочность сплавов; при добавлении никеля - прочность, пластичность и устойчивость к коррозии; молибдена и вольфрама - твердость и жароустойчивость; кремния - прочность, коррозионная стойкость; марганца - прочность, износоустойчивость и твердость.

В зависимости от основных свойств качественные стали и сплавы можно подразделить на три группы:

- коррозийонно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью к электрохимической и химической коррозии (щелочной, кислотной, соленой, атмосферной и др.);

- жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью к химическому разрушению в газовых средах при температурах выше 550° С; эти стали и сплавы могут работать в ненагруженном или слабо нагруженном состояниях;

- жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие достаточной термостойкостью.

Те или иные качественные стали и сплавы применяются в зависимости от условий эксплуатации, величины нагрузки, наличия или отсутствия контакта с пищевыми продуктами. Так, для изготовления деталей, испытывающих большие нагрузки (валы, шестерни, тяги, рабочие инструменты), применяются качественные углеродистые и нержавеющие стали марок 45, 50, 40Х, 65Г, 15, 20Х, I2ХНЗ. Для изготовления деталей машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами, применяется сталь легированная конструкционная марок 20Х и 40Х, сталь инструментальная легированная марок Х12, 9ХС и 9ХВТ, стали и сплавы высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные марок Х18Н9, Х18Н9Т, 1Х13 и др.

Из цветных металлов для изготовления оборудования предприятий общественного питания наиболее широко применяются алюминий и его сплавы (с марганцем, магнием и кремнием). Собственно алюминий применяется для изготовления посуды и деталей аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами. Для этих же целей применяют сплавы алюминия с кремнием (силумины). Для лужения стальных деталей непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами, используется олово.

Пластмассы и некоторые другие синтетические материалы используют для изготовления деталей, испытывающих средние нагрузки (шестерни, шкифы). Преимущество пластмасс - в их легкости, антикоррозийности, бесшумности в работе, технологичности. Однако пластмассы обладают низкой термостойкостью, что затрудняет использование их для теплового оборудования.

Теплоизоляционные материалы применяются для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и снижения температуры наружных поверхностей тепловых аппаратов.

Теплоизоляционные материалы бывают минерального (асбест, глина, кизельгур, гипс), растительного (пробка, древесные опилки, измельченный торф) и животного (шерсть, шелк, войлок) происхождения.

По конструктивному оформлению все теплоизоляционные материалы можно подразделить на четыре группы: засыпные (перлит в засылке, минеральная вата, торфяная крошка); пластичные (асбозурит, совелит мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты и войлок из минеральной ваты, строительный войлок); формовочные (скорлупы, цилиндры и плиты из минеральной ваты, сегменты и торфоплиты, плиты перлитовые).

Теплоизоляционные материалы должны отвечать следующим требованиям: иметь низкие коэффициенты теплопроводности и теплоемкости, небольшую плотность, высокую термостойкость, достаточную прочность, низкую гигроскопичность, биостойкость, антикоррозийность, безвредность, а также быть удобными при монтаже и дешевыми.

Электротехнические материалы могут быть подразделены на две основные группы: материалы с высоким удельным сопротивлением и электроизоляционные.

Материалы с высоким удельным сопротивлением предназначены для изготовления собственно нагревательных элементов, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую. Помимо высокого удельного сопротивления (1,0 - 1,5 Ом·ммІ/м), такие материалы должны иметь высокую температуру плавления, незначительный температурный коэффициент линейного расширения, быть стойкими к окислению при сильном и продолжительном нагревании в воздушной среде, выдерживать высокие температуры и резкие колебания ее без изменения механических свойств. Этим требованиям отвечают так называемые нихромы - сплавы никеля с хромом и фехрали - железохромалюминиевые сплавы. В зависимости от марки нихрома оптимальная рабочая температура его колеблется в пределах от 950 до 1250°С; для фехрали эта температура находится в пределах от 650 до 900° С. Широкое распространение получили нихромы, так как фехраль хотя и дешевле нихрома, но более хрупка в нагретом состоянии, и поэтому чаще выходит из строя.

Электроизоляционные материалы не должны содержать веществ, которые при температуре 900 - 1100°С могут вступать в химические реакции с нагревательными элементами. Кроме эго, они должны обладать высокой электрической и механической прочностью, иметь хорошую теплопроводность и малую влагопоглощаемость, обладать способностью противостоять резким колебаниям температуры. Этим требованиям отвечают периклаз (плавленая окись магния), кварцевый песок, шамот (прокаленная и измельченная огнеупорная глина), слюда, кварцевое стекло, фарфор и керамика.



2. Конструкторский раздел

2.1 Описание проектируемого аппарата

Котел пищеварочный электрический секционный модулированный КПЭСМ-160 предназначен для кипячения воды, приготовления бульонов, супов и третьих блюд.

Используются на предприятиях общественного питания как самостоятельно, так и в составе технологических линий.

Котел должен работать в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями при температурах от 10 до 40^oС.

2.2 Тепловой расчет аппарата

2.2.1 Исходные данные

Наименование	Размерность	КПЭСМ-160
Вместимость	Варочного сосуда	Дм3	160
Форма		-	Прямоугольная
Общая высота		мм	480
Ширина		мм	600
Длина		мм	685
Ширина щели греющей полости рубашки	мм	20
Длина	Кожуха	мм	840
Ширина		мм	840
Общая высота		мм	860
Высота	Постамента	мм	150
Высота шейки	мм	-
Толщина стенки	Крышки	мм	2,5
	Варочного сосуда	мм	3,0
	Наружного котла	мм	3,0
	Кожуха котла	мм	1,0
Максимальное давление	В пароводяной рубашке	кН/м2	140
	В варочном сосуде	кН/м2	100
Напряжение электрической сети	В	3~200 или 3N~380
Начальная температура	Нагреваемой среды	oC	20
Конечная температура		oC	95
Вид		-	суп
Время разогрева котла	мин	75
Начальная температура	Промежуточного теплоносителя	oC	10
Конечная температура		oC	Определяется по давлению пара в рубашке
Количество		Кг	15
Вид		-	Вода

В качестве содержимого рабочей камеры примем суп картофельный с макаронными изделиями (рец. №208)

Продукт	Масса нетто, г	Теплоемкость, кДж/кг*град
Картофель	300	3,52
Вермишель	40	2,32
Морковь	40	3,80
Петрушка (корень)	10	3,18
Лук репчатый	20	3,76
Лук-порей	20	3,99
Маргарин столовый	10	1,78
Вода	750	4,19
Выход	1000	-

2.2.2 Тепловой баланс

Тепловой баланс для нестационарного и стационарного режима работы соответственно имеет следующий вид:

, ,

где Q, Q' - общее количество теплоты, необходимое для проведения процесса варки для нестационарного и стационарного режимов соответственно, кДж;

Q₁, Q₁' -количество полезно используемой теплоты, пошедшей на разогрев содержимого рабочей камеры аппарата для нестационарного и стационарного режимов соответственно, кДж;

Q₅, Q₅' - потери теплоты наружными ограждениями аппарата в окружающую среду для нестационарного и стационарного режимов соответственно, кДж;

Q₆ - потери теплоты на разогрев элементов конструкции аппарата при его нестационарном режиме, кДж.

1) Теплота, пошедшая на разогрев содержимого рабочей камеры

При нестационарном режиме работы аппарата теплота, пошедшая на разогрев содержимого рабочей камеры имеет вид:

Q₁ = cW (t_к - t_н) + ДW r, кДж,

где, с - удельная теплоемкость жидкости, заливаемой в рабочую камеру аппарата (вода), с = 4,19 кДж/кг*град;

W- масса нагреваемой воды, кг;

(t_к - t_н) - разность между начальной и конечной температурой воды, ⁰С;

?W - масса испарившейся при нестационарном режиме работы аппарата жидкости, кг. Согласно рекомендациям Вышелесского принимается равной 1,0 % воды в час от общего ее количества, с учетом того, что испарение воды при нестационраном режиме работы аппарата происходит в течение 5 минут (испарение воды будет минимальным, так как на котел устанавливается герметичная крышка).

ДW = W*ф_{выкипания}*0,01 = 160*0,16*0,01 = 0,256 кг

r = 2258,2 кДж/кг - удельная теплота парообразования воды.

Следовательно



Q₁ = 4,19 * 160* (95 - 20) + 0,256 * 2258,2 = 50858,1 кДж

При стационарном режиме работы аппарата Q₁' определяется как

,

где ?W' - масса испарившейся при стационарном режиме работы аппарата жидкости, кг. Принимаем процент выкипания воды при стационарном режиме работы 2 % воды в час от общего ее количества.

ДW = ф'*W*0,02 = 0,16*160*0,02 = 0,512 кг

Следовательно

Q₁' = 2258,2 * 0,512 = 1156,2 кДж

2) Потери теплоты в окружающую среду наружными ограждениями аппарата

Потери теплоты наружными ограждениями аппарата для нестационарного и стационарного режимов работы аппарата соответственно имеют следующий вид:

кДж, кДж,

где У - сумма потерь тепла наружными элементами ограждения аппарата;

n - число элементов ограждения аппарата;

F_i - площадь, м²;

б_I,б_i' - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²*град;

- средняя температура;

t_в - температура окружающего воздуха, принимается равной 25°С.

В качестве наружных ограждений аппарата рассмотрим следующие элементы конструкции:

1) боковая поверхность кожуха (бп),

2) крышка двухслойная (кр),

3) нижняя часть котла (нч),

4) бортовая поверхность кожуха (б).

Учитывая, что зеркало котла достаточно большое, то рекомендуется установить двухслойную крышку для снижения потерь теплоты в окружающую среду и снижения тепловыделений. Это значительно утяжелит и усложнит конструкцию котла, но будет способствовать улучшению атмосферы в цехе и экономии подаваемого пара.

В процессе отдачи тепла ограждениями аппарата имеет место теплоотдача лучеиспусканием и конвекцией, поэтому результирующий коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения к окружающему воздуху состоит из двух слагаемых (соответственно для нестационарного и стационарного режимов):

, Вт/м²град; ,Вт/м²град;

где , - коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, Вт/м²град;

, - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²град.

Для нестационарного режима:

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется по формуле:

б_i^л = (Cs / (t^ср_повi - t_в))*[(Т_повi/100)⁴ - (Т_в/100)⁴], Вт/м²град



где Cs - коэффициент лучеиспускания поверхности, Вт/м²град.

Материалы, применяемые для изготовления наружных ограждений аппарата:

1) боковая поверхность кожуха - сталь листовая, покрытая белой эмалью,

С_s = 5,15 Вт/м²К⁴,

2) крышка и бортовая поверхность - сталь нержавеющая, С_s = 1,31 Вт/м²К⁴,

3) нижняя часть котла - сталь листовая черная матовая, С_s = 3,94 Вт/м²К⁴.

T_повi, T_в - абсолютные температуры ограждения и воздуха

Температура поверхности ограждений для нестационарного режима:

t^ср_бп = 40 ⁰С, Т_бп = 40 + 273 = 313 К,

t^ср_кр = 45 ⁰С, Т_кр = 45 + 273 = 318 К,

t^ср_нч = 30 ⁰С, Т_нч = 30 + 273 = 303 К,

t^ср_б = 45 ⁰С, Т_б = 45 + 273 = 318 К.

Т_в = 25 + 273 = 298 К

Коэффициент лучеиспускания от i поверхности:

б^л_бп = (5,15 / (40 - 25)) * ((313/100)⁴ - (298/100)⁴) = 5,877 Вт/м²град

б^л_кр = (1,31 / (45 - 25)) * ((318/100)⁴ - (298/100)⁴) = 1,533 Вт/м²град

б^л_нч = (3,94 / (30 - 25)) * ((303/100)⁴ - (298/100)⁴) = 4,277 Вт/м²град

б^л_б = (1,31 / (45 - 25)) * ((318/100)⁴ - (298/100)⁴) = 1,533 Вт/м²град

Коэффициент теплоотдачи конвекций определяется по критериальному уравнению для свободной конвекции в неограниченном пространстве:

Критерий Грасгофа - Gr рассчитывается по следующим формулам:

где н - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

л - коэффициент теплопроводности, Вт/м град;

в - коэффициент объемного расширения, 1/град;

l - определяющий геометрический размер поверхности ограждения, м;

Дt - перепад температур между теплоотдающей поверхностью ограждения и воздухом;

t_m - средняя температура пограничного слоя воздуха, ⁰С;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Средняя температура пограничного слоя воздуха при нестационарном режиме работы котла составит:

t_{m бп} = (40 + 25) / 2 = 32,5 ⁰С

t_{m кр} = (45 + 25) / 2 = 35,0 ⁰С

t_{m нч} = (30 + 25) / 2 = 27,5 ⁰С

t_{m б} = (45 + 25) / 2 = 35,0 ⁰С

Коэффициент объемного расширения воздуха:

в₁ = 1/(273 + 32,5) = 3,273 * 10^-3 1/К

в₂ = 1/(273 + 35,0) = 3,247 * 10^-3 1/К

в₃ = 1/(273 + 27,5) = 3,328 * 10^-3 1/К

в₄ = 1/(273 + 35,0) = 3,247 * 10^-3 1/К

...