курсовая оборудование

В качестве конструкционного материала в тепловых аппаратах используются не-

ржавеющую сталь марки 12Х18Н10Т и чугун соответствующей толщины Si :

-	для рабочего объема котла и фритюрницы S1 =0,002 м
-	для сковороды	S1	=0,01м
-	для рубашки	S2	=0,002 м
-	для кожуха	S4	=0,001м

исредними теплофизическими характеристиками:

С=0,462кДж / кг ×К

ρ=7900 кгм3

4. Методические указания к выполнению расчетно-пояснительной записки курсового проекта

Раздел 1. Введение

Вразделе указывается цель курсового проекта, назначение проектируемого аппарата и его роль в технологическом процессе приготовления пищи, приводится описание технологии тепловой обработки продуктов и параметры процесса (время, температура, и т.д.).

Раздел 2. Аналитический обзор существующих аппаратов.

Вобзоре дается краткое описание аппаратов отечественного и зарубежного производства, выполняющих аналогичные технологические процессы (режимы работы, устройство и принцип действия). В разделе необходимо отметить конструктивные особенности, достоинства и недостатки с точки зрения удобства эксплуатации, безопасности работы, приводятся их основные технические характеристики и иллюстрации.

Раздел 3. Расчет аппарата

В разделе выполняется конструктивный и тепловой расчет. 3.1. Конструктивный расчет

Конструктивный расчет позволяет определить размеры основных конструктивных элементов аппарата (рабочей камеры, теплогенерирующего и теплопередающего устройства, теплоизоляции), габаритные размеры аппарата.

Расчетные схемы аппаратов (вид сбоку в разрезе) приведены на рисунках 1, 2 и 3. На рисунке 4 показана схема фритюрницы в форме параллелепипеда (вид сверху).

11

Теплоизоляция наносится на поверхность рабочей камеры в соответствии со схе-

мой аппарата. Толщина изоляции Sиз = S5 принимается одинаковой для горизонталь-

ных и вертикальных плоскостей и рассчитывается из условий обеспечения требуемой температуры поверхности аппарата tк4 при расчетной температуре промежуточного теплоносителя tптк и заданной температуре окружающей среды tв .

Рис 1. Схема котла *):

1 – крышка; 2 – варочный сосуд (рабочая камера); 3 – паровая рубашка; 4 – кожух; 5 – корпус пароводяной рубашки; 6 – теплоизоляция; 7 – ТЭН; 8 – парогенератор.

12

.

Рис. 2. Схема сковороды:

1 – масляная рубашка; 2 – теплоизоляция; 3 – кожух; 4 – чаша; 5 – крышка; 6 –рубашка; 7 – ТЭН.

Рис 3. Схема фритюрницы с конической и пирамидальной «холодной» зоной:

1 – кожух; 2 – рабочая камера (ванна); 3 – крышка; 4 – теплоизоляция; 5 – ТЭИ; 6 – фильтр; 7 – сетка вкладыш; γ - угол скоса “холодной” зоны;

13

Рис. 4. Схема фритюрницы в форме параллелепипеда (вид сверху).

* - в скобках указаны параметры для рабочей камеры в форме параллелепипеда

Объем рабочей камеры	Vрк	определяется общей массой загружаемых компонентов
М , их средней плотностью	ρ пр	и коэффициент загрузки Кз , и коэффициентом запол-
нения жарочной поверхности		KП :
		Кз = Vпр		,
			Vрк
		KП = Fтп		Fрк
Коэффициент загрузки	K3	учитывает увеличение объема загружаемых продуктов

при нагревании в котле, объема фритюра вытесняемого ТЭНами у фритюрницы, а так же позволяет осуществлять перевертывание обжариваемых порционных кусков на сковороде.

Форма рабочей камеры определяет качество готового продукта и удобство его приготовления.

Для аппаратов с цилиндрической формой рабочей камеры глубина (высота) Нрк и

диаметр Dрк рассчитываются через рабочий объем Vрк и заданный коэффициент формы камеры mф , определяемый выражением:

m= Hрк

фDрк

14

Для рабочих объемов имеющих форму параллелепипеда длина Lрк и ширина Bрк

рассчитываются через площадь дна рабочей камеры Fрк и заданный коэффициент формы рабочей поверхности μ ф , определяемый выражением:

μ= Врк

фLрк

Теплопередающие устройства в аппаратах с косвенным обогревом предназначены для передачи энергии от источника к продукту посредством промежуточного теплоносителя. Теплопередающее устройство у котла и сковороды выполняется в виде паровой или масляной рубашки, окружающей рабочую камеру.

В расчетах принять:

-	толщину паровой и масляной рубашки Н р =S p =0,02 м; ;
-	глубина воды парогенератора Нпг =0,03 м

Площадь теплопередающей поверхности Fтп в котле и сковороде определяется геометрией рабочей камеры. С целью упрощения конструкции применить плоскую форму дна рабочей камеры и рубашки.

Для фритюрницы поверхность теплопередачи к продукту Fтп равна площади поверхности обрабатываемого продукта fтп , т.к. продукт полностью погружен в промежуточный теплоноситель (масло). Жарка продукта происходит в «горячей» зоне. «Холодная» зона выполняется в виде усеченной пирамиды (для рабочей камеры в виде параллелепипеда) или конуса (для цилиндра).

В расчетах принять H x =0,4H рк

3.2. Тепловой расчет Целью теплового расчета является:

-расчет составляющих уравнения теплового баланса

-определение мощности нагревательных элементов

-определение коэффициента полезного действия аппарата. Общий вид уравнения теплового баланса:

Qзатр =Qпол +Qпот ,

где: Qзатр - общее количество энергии затраченной при работе теплового аппарата.

15

Qпол - полезная энергия, энергия затраченная на нагрев продукта.

Qпот - потери энергии, т.е. затраты энергии не связанные с тепловой обработкой продукта.

Уравнения теплового баланса для котла:

-режим нестационарный

Qзатрн =Q11 +Q12 +Q2 +Q3 +Q41 +Q42 ;

-режим стационарный

Qзатрст =Q12 +Q3

Уравнения теплового баланса для сковороды и фритюрницы:

-режим нестационарный

Qзатрн =Q2 +Q3 +Q41 ;

-режим стационарный

Qзатрст =Q11 +Q12 +Q13 +Q3 ;

где: Q11	- затраты энергии на нагрев продуктов, кВт;
Q12	- затраты энергии на испарение влаги из продукта, кВт;
Q13	- затраты энергии на образование корочки продукта при жарке, кВт;
Q2	- затраты энергии на нагрев аппарата, кВт;
Q3	- затраты энергии в окружающее пространство, кВт;
Q41	- затраты энергии на нагрев промежуточного теплоносителя аппарата, кВт;
Q42	- затраты энергии на испарение промежуточного теплоносителя, кВт.

Потери теплоты от дна теплового аппарата малы и в расчетах не учитывать. Количество теплоты затраченной на получение пара в пароводяной рубашке опре-

деляется в соответствии с температурой насыщения (в нашем случае по температуре

кипения воды в водонагревателе tптк ) по таблице Приложения 1.

Масса единовременной загрузки j-х компонентов Mi определяется по заданной производительности с учетом потерь влаги x .

Масса вспомогательного промежуточного теплоносителя M4 и М3 определяется по их массой доле g4 и g3 ( табл. 5)

Количество кусков мяса n размещаемых на жарочной поверхности определяется отношением:

16

n = M1 = M1 mП 0,135

В виду взаимосвязи конструктивных и теплотехнических параметров расчет теплового аппарата рекомендуется проводить в последовательности, приведенной в таблице 6.

В записке должны быть представлены расчетные формулы с пояснением входящих параметров и их размерностей. Результаты расчета можно округлять до одного знака

после запятой.

№Расчетный параметр

п/п
1	2

1M j масса j-х

компонентов продуктов, кг.:

-мясо и картофель

-жир (масло)

-вода

-для котла

-для фритюрницы,

сковороды

2М – общая масса загружаемых продуктов, кг

-для котла

-для сковороды

-для фритюрницы

3Vрк , м3 ,объем рабочей

камеры

Таблица 6

Расчетная формула

3

	M1,2	=	и(τто +τ3 )
			60	× 0,01× x

М3 = М1,2 g3

М4 = М2 g4

τ	=τ +τ
то	Н с

τто =τс

j

M = åМ j

j=2,4

j=1,3

j=3,4

	Vрк =			M
		K	3	× ρ	× К	П
				пр

j

ρпр = å g j ρ j

17

4Параметры рабочей

камеры 4.1 Для цилиндра

4.1.1Диаметр рабочей камеры, Dрк , м

4.1.2Высота рабочей камеры

Нрк , м

4.1.3Площадь основания рабочей камеры, Fрк , м2

4.1.4Объем холодной зоны

фритюрницы

Vx , м3

4.1.5Глубина холодной зоны

	фритюрницы H x , м
4.2	Для параллелепипеда
4.2.1	Площадь				основания,
	Fрк , м2
4.2.2	Высота		Нрк	, м
4.2.3
	Ширина,				, м
			Врк

4.2.4Длина, Lрк , м

4.2.5Объем холодной зоны

фритюрницы	V x , м3

4.2.6 Глубина холодной зоны фритюрницы H x , м

			æ V		ö0,33
	Dрк = 1,084		ç	рк		÷
			ç m		÷
			è ф ø
Н	рк	=1,084V	0,333		×m0,667
		рк				ф

Fрк =0,79D рк2

V x =0,26D 2рк ×H x

H x =0,4H рк

æ V

ö0,667

Fрк = 0,932ç

рк

÷

ç m

÷

è

ф

ø

Н

рк

=1,084V 0,333 ×m0,667

рк

ф

B = (

F

×m

)0,5

рк

рк

ф

æ

F

ö0,5

Lрк

= ç

рк

÷

ç m

÷

è

ф ø

x 1

x é

æ

1

ö

2 ù

V =

3

H êF

+çF 2

× L ÷

+ L

ú

ê

рк

ç

рк

x ÷

x

ú

ë

è

ø

û

H x =0,4H рк

18

5

Параметры

пароводяной и

масляной рубашки

5.1

Для цилиндра

5.1.1

Диаметр,

Dр

, м

D p

=D pk +2(S p +S2 )

5.1.2

Высота,

H p , м

H p

=H рк +S p

+S2

5.1.3

Объем промежуточного

теплоносителя,

Vпт :

- пара

Vпт =VП , м3

VП =0,785[Dp2 (H рк +S p ) −Vрк ]

- воды

Vпт =VВ , м3

VВ =0,785 ×D p2 ×H пг

- вапора

Vпт =VВП , м3

VВП =(VП +VВ ) ×β

5.2

Для параллелепипеда

5.2.1

Высота

H p , м

H p

=H рк +S p

+S2

5.2.2

Ширина Вр , м

В р

=В рк +2(S p

+S2 )

5.2.3

Длина

L

p

, м

Lp

Lрк

2 S p

S2

=

+ (

+

)

5.2.4

Объем

промежуточного

теплоносителя

Vпт

- пара

Vпт =VП , м3

VП =(H p ×B p ×Lp ) -V рк

- воды

Vпт =VВ , м3

VB =B p ×L p ×H пг

- вапора

Vпт =VВП , м3

VВП =(VП +VВ ) ×β

6

Поверхность

теплопередачи теплоты

к продукту

Fтп, м2

6.1

- котел:

æ V

ö0,667

- цилиндр

Fтп = ( 3,69mф + 0,92) ç

рк ÷

ç m

÷

è

ф ø

- параллелограмм

Fтп =2Hрк ( Bрк +Lрк ) +Lрк ×Bрк

6.2

- сковорода

Fтп =Fрк ×K П

6.3

- фритюрница

Fтп =

U × tс × f

60 × m

7

Коэффициент

тепло-

отдачи

i , Вт / м

2

×К

α

i – 3,4

i

9,74

0,07(ti

tB )

α=

+

−

- для вертикальной по-

19

верхности

-для горизонтальной поверхности

-для нестационарного режима

-для стационарного режима

8Толщина

теплоизоляции S5 , м :

9Габаритные размеры аппарата

9.1Наружный диаметр

аппарата, D , м

9.2 Высота аппарата Н , м

-котел, сковорода

-фритюрница

9.3 Длина аппарата, L , м

-котел, сковорода

-фритюрница

9.4 Ширина аппарата, B ,

м

10Площадь поверхности теплоотдачи в окружающую среду,

Fi , м2

10.1для цилиндра

-боковая поверхность

-крышка

10.2для параллелепипеда

-боковая поверхность

-крышка

11 Q1 - полезные затраты энергии, кВт:

-для котла (автоклава)

α=	+	−
i 1,3[9,74	0,07(ti	t B )]

	ti = tiср =	t k + t н
		i i
		2
	ti = tik

S5		λ		(tк		− tк )	,
	=		из		пт	4
		α 4			(t4k	− tв )

D =D pk +2(S p +S5 +S2 +S4 )

H =H рк +S p +S2 +S5 +S4 +H кр +H ПГ

H =H рк +H x +H кр

L =Lpk +2(S5 +S p +S2 +S4 )

L =Lрк +2(S5 +S1 +S4 )

B =Bрк +L −Lрк

F4 =3,14D ×H

F3 = 3,14 D 2 4

F4 =2H (B +L)

F3 =L ×B

Q1 =Q11 +Q12

Q1 =Q11 +Q12 +Q13

20