Оборудование для реализации процесса варки

Замкнутое пространство между варочным сосудом, корпусом и съемным дном, предназначенное для воды и пара, является пароводяной рубашкой. В съемное дно вмонтированы три трубчатых электронагревателя.

С внешней стороны к варочному сосуду приварен стальной кожух со съемным дном, в котором вмонтированы три тэна и электрод защиты от «сухого хода». Пространство между варочным сосудом и кожухом заполнено водой и паром, образует пароводяную рубашку.

Рубашка заполняется водой через наливную воронку, установленную на правой тумбе котла. Для проверки наличия воды в пароводяной рубашке котел имеет контрольный кран.

На левой тумбе котла смонтирован смеситель для холодной и горячей воды, заливаемой в варочный сосуд.

Кожух варочного сосуда покрыт теплоизоляционным материалом. Корпус котла изготовлен из стальных листов, покрытых белой эмалью. Котел оснащен электроконтактным манометром, обеспечивающим заданный режим варки, и предохранительным клапаном, смонтированным на правой тумбе. Тумбы имеют бескаркасную конструкцию: к сварной раме, установленной на регулируемых по высоте ножках, крепятся стальные, покрытые белой эмалью облицовки, накрываемые сверху, листом из нержавеющей стали. Внутри тумб смонтированы чугунные кронштейны, на которые с помощью пустотелых цапф устанавливается котел. В правой тумбе размещен поворотный механизм, посредством которого котел наклоняется вперед для слива содержимого и назад, обеспечивая доступ к тэнам. В левой тумбе размещена панель с электроаппаратурой.

Рисунок 4 - Котел пищеварочный 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 - предохранительный клапан; 14 - противовес;15 _ трубопроводы.

Это опрокидывающийся стационарный котел (рис. 4), который состоит из варочного сосуда, выполненного из нержавеющей стали, наружного корпуса из листовой конструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой. В пространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляции.

К нижней части наружного корпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельном щитке смонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов). Герметичность достигается за счет установки паронитовой прокладки между фланцем корпуса парогенератора и щитком.

Варочный сосуд закрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустенной крышкой, уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными винтами. Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеется сливной кран с сеткой.

Рисунок 5 - Внешний вид котла КПЭ - 160

По внешнему виду (рис. 5), конструкции, электрической схеме (различаются только мощностью тэнов) котел КПЭ-160 не отличается от котла КПЭ-100, различны лишь установочные размеры котла и станции управления. Монтаж котла КПЭ-160 осуществляется аналогично монтажу котла КПЭ - 100.

Конструктивно котлы КПЭ - 100, КПЭ - 160, КПЭ - 250 выполнены аналогично и различаются лишь длиной варочного сосуда. Котлы предназначены для приготовления бульонов, овощей, гарниров с использованием функциональных емкостей, а также для приготовления первых блюд, напитков и кипячения молока на предприятиях общественного питания. Котлы КПЭ имеют номинальную вместимость варочного сосуда 100, 160 и 250 дм3.

Котлы электрические, с косвенным обогревом стенок, опрокидывающиеся являются наиболее совершенные, за базовый вариант целесообразно принять котел пищеварочный электрический - КПЭ-60.

2. Описание конструкции и принципа действия проектируемого аппарата

Опрокидывающийся пищеварочный котёл КПЭ-60 (рис. 6) состоит из варочного сосуда 1 и наружного корпуса 2, на съемном днище, которого смонтированы три тэна 12 , находящиеся во время работы котла в воде. Съемное днище дает возможность быстро заменять тэны.

Рисунок 6 - Котел пищеварочный КПЭ - 60: 1 - варочный сосуд; 2 - наружный корпус; 3 - пароводяная рубашка; 4 _  откидная крышка; 5 - электроконтактный манометр; 6 - наполнительная воронка; 7  _  предохранительный клапан; 8 - теплоизоляция; 9 - кожух; 10 _  постамент; 11 _  парогенератор; 12 - трубчатые нагреватели; 13 - кран уровня; 14 - дно сварочного сосуда.

Пароводяная рубашка 3 до определенного уровня заполняется дистиллированной или кипяченой водой (в количестве 311 л).При недостаточном количестве воды в рубашке тэны оголяются, выходят из строя, так как они не рассчитаны на работу в воздушной среде. Поэтому включать тэны в электросеть следует лишь после того, как проверен уровень воды в пароводяной рубашке. Максимальный уровень давления в рубашке поддерживается паровым предохранительным клапаном 7 и контролируется манометром 5. Рубашка представляет собой герметичный объем, примыкающий с внешней стороны к обогреваемой поверхности. Промежуточным теплоносителем служит влажный насыщенный пар. Поддерживая в рубашке постоянное давление, обеспечивает абсолютное изотермическое поле на стенке варочного сосуда, так как изобарный процесс для влажного насыщенного пара одновременно является и изотермическим. Если при этом рассматривать различные зоны рубашки, то в них лишь изменяется степень сухости пара при строго постоянной температуре.

Температура пара регулируется путем изменения давления, с помощью электроконтактного манометра. При этом учитывается, что при наличии в рубашке воздуха температура греющего пара определяется парциальным давлением пара в паровоздушной смеси и меньше температуры кипения, соответствующей общему давлению.

Чтобы исключить корректировку манометрических датчиков, осуществляют продувку рубашек. Эта операция заключается в вытеснении воздуха из рубашки паром в период пуска котла в работу.

Кипяченая вода, залитая в парогенератор котла до крана уровня, нагревается тэнами до кипения и частично превращается в насыщенный пар, который, соприкасаясь со стенками варочного сосуда, конденсируется. Освобождающаяся при этом энергия расходуется на нагрев варочного сосуда и нагруженных в него продуктов, а конденсат вновь стекает в парогенератор. При выключении котла и охлаждении паровой рубашки в результате конденсации пара резко понижается давление до значений значительно меньше атмосферного. В этом случае наружная стенка рубашки испытывает внешнее давление атмосферного воздуха, работает на смятие и может деформироваться по условиям потери устойчивости. Для исключения этой деформации рубашки снабжают вакуумным клапаном.

Двойной предохранительный клапан (рис. 7) состоит из парового клапана, срабатывающего на верхний предел давления и предохраняющего рубашку от взрыва, и вакуумного клапана, выравнивающего давление в рубашке с атмосферным при выключении котла и предохраняющего 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 - рубашка котла; 6 - золотник вакуумного клапана; 7 - седло вакуумного клапана;

В нижней части котла установлен кран уровня 17, предназначенный для контролирования уровня воды, заливаемой в пароводяную рубашку. Нижний уровень воды в пароводяной рубашке контролируется автоматически с помощью электрода (защита от «сухого хода»).

При работе котла может быть осуществлено два режима регулирования нагрева, которые могут быть заданы с помощью тумблера, находящегося на станции управления:

Режим 1 - доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и затем автоматическое переключение на 1/6 мощности для доваривания. Этот режим используется при варке супов, борщей и других блюд.

Режим 2 -- доведение содержимого до кипения па полной мощности, а затем доваривание за счет аккумулированного тепла при отключенном котле от электрической сети. Этот режим используется при варке каш.

3. Расчетная часть проекта

3.1 Тепловой баланс

Тепловая мощность аппарата Qзатр , Q'затр , Вт, составляет

где Qзатр и Q'затр - соответственно тепловая мощность аппарата в период разогрева и при стационарном режиме, Вт;

Q1 , Q'1 - соответственно полезно используемая тепловая мощность для нагрева продукта до температуры кипения и его варку, Вт;

Q5 и Q'5 - потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла и при стационарном режиме, Вт;

Полезно используемая тепловую мощность определяем по формуле

где Gв - количество нагреваемой воды, кг;

св - теплоемкость воды, Дж/кг*К;

tк - конечная температура воды,° С;

tн - начальная температура заливаемой воды в котел,° С;

- конечная температура продукта, ° С

- начальная температура продукта, ° С

?Wисп и ?W - соответственно количество пара, ушедшего через неплотности в атмосферу в период разогрева и в период кипения при варке;

r - теплота парообразования воды, Дж/кг;

ф - время разогрева, с;

ф' - время термообработки, с;

Количество нагреваемой воды определяем по формуле

где V - объем варочного сосуда, л;

K - коэффициент заполнения котла, К=0,85…0,9;

g - плотность воды, кг/м3

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла определяем по формуле

где - коэффициент теплоотдачи от поверхности i-го элементав окружающею среду, Вт/м2 К;

- площадь поверхности i-го элемента, м2 ;

tni - средняя температура поверхности й - го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве при стационарном режиме определяем по формуле

где - коэффициент теплоотдачи от поверхности й - го элемента вокружающею среду, Вт/м2 К;

- площадь поверхности й - го элемента, м2 ;

tni - средняя температура поверхности й - го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

К расчету принимаем Q'1 =4515,2 кДж, Q'5 =1657,3 кДж,

=4515,2+1885,1=6400,4 кДж.

Коэффициент полезного действия з, %, в период разогрева котла, определяем по формуле

где з - коэффициент полезного действия, %.

Коэффициент полезного действия з', %, в стационарном режиме, определяем по формуле

з'= =63,1%.

3.2Конструктивный расчет

Определяем размеры варочного сосуда :

где внешний диаметр варочного сосуда, м;

V - вместимость сосуда, мі ;

К =0,8;

К1 = 0,05.

Высота вогнутости варочного сосуда

где высота вогнутости варочного сосуда, м.

Высота варочного сосуда

Определяем размеры наружного котла, установив предварительно его диаметр, который должен быть больше диаметра варочного сосуда на 0,1 м. Это необходимо для того, чтобы между варочным сосудом и наружным котлом образовалось пространство, представляющее собой рубашку для промежуточного теплоносителя(см. Приложение 1).

Исходные данные для расчета находятся в приложении 1

Устанавливаем толщину изоляции стенок наружного котла, для чего предварительно определяем удельные потери теплоты теплоизолированным котлом и коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности котла воздуха соответственно по формулам и для тонкой стенки; температуру изолированной стенки = 60°С по таблице, температуру стенки наружного котла‚ принимаем равной температуре пара (при заданном избыточном давлении 40 кПа=109,3°С).

где - коэффициент теплоотдачи, Вт/мІМ°С;

Q - потери теплоты, Вт/мІ;

T - температура внутренней поверхности изоляции, °С;

T - температура воздуха, °С.

Находим коэффициент теплопроводности мятой (гофрированной) альфоли

Толщина изоляции определяется из формулы

Диаметр защитного кожуха D, будет равен

Учитывая, что для удобства обслуживания общая высота котла не должна превышать м и принимая сферическую крышку

м, определяем высоту постамента

3.3 Расчет нагревательных элементов

Длина активной части трубки тэна LА , м, составляет

где Dт - диаметр трубки ТЭНа, м.

Длина активной части трубки ТЭНа LAO ,м, после опрессовки составляет

где ц - коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, ц=1,15.

Полную развернутую длину трубки после опрессовки LТ м, определяем по формуле

где Lп - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

Электрическое сопротивление проволоки тэна R, Ом, после опрессовки составляет

где U - напряжение сети, В;

P - мощность одного тэна, Вт.

Электрическое сопротивление проволоки тэна R0 , Ом, до опрессовки составляет

где лr - коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки, лr =1,3.

Удельное сопротивление проволоки gt ,Ом*м, при рабочей температуре определяем по формуле

где g20 - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20 C, Омм

л - температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления проволоки при изменении температуры, град-1 ;

t - рабочая температура проволоки, С.

Диаметр проволоки ТЭН d, м, определяем по формуле

где d - диаметр проволоки ТЭН, м.

Принимаем d=0,0006 м,

Определяем длину проволоки ТЭН Lпр ,м, из выражения 

где Lпр - длина проволоки ТЭНа.

Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке из выражения

Длину одного витка спирали lв , м, определяем по формуле

где 1,07 - 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 =1,073,14(0,006+0,0006)=0,022м,

Количество витков спирали n, шт, составляет

где n - количество витков спирали, шт

n=11,7/0,022=532 шт,

Расстояние между витками спирали a, м, определяем по формуле

а= (0,595320,0006)/532=0,0007 м,

Шаг спирали s, м, определяем по формуле

где s - шаг спирали, м.

S= 0,0007+0,0006=0,0013,

Коэффициент шага Кш , определяем по формуле

где Кш - коэффициент шага.

Кш = 0,0013/0,0006=2,2,

Коэффициент стержня намотки Кс , определяем по формуле

где Кс - коэффициент стержня намотки.

Кс =0,006/0,0006=10,

Диаметр спирали ТЭНа dсп , м, составляет

где dсп - диаметр спирали ТЭНа, м.

dсп = 0,0006(10+2)=0,0072 м,

Общая длина проволоки l0 , м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составляет 

где l0 - общая длина проволоки, м.

Удельная нагрузка на поверхности проволоки спирали , находим по формуле

где - активная поверхность спирали,

Предельно допустимая удельная нагрузка на поверхности спирали для воды , следовательно диаметр спирали выбран правильно.

4. Правила безопасности эксплуатации проектируемого аппарата

Перед включением аппарата в работу проверяют:

· уровень воды в пароводяной рубашке(парогенераторе);

· надежность соединения корпуса аппарата с заземляющей шиной;

· состояние защитной, предохранительной и указывающей арматуры;

· санитарное состояние варочного сосуда.

Порядок включения котла в работу:

- открывается продувочный кран или кран на заливной воронке. Оставляют открытым до полного удаления воздуха из пароводяной рубашки, т.к. наличие воздуха в рубашке снижает теплоотдачу от пароводяной смеси к стенкам котла и увеличивает время его разогрева;

- варочный сосуд заполняется кипяченой водой на 100--120 мм ниже уровня верхней крышки. При использовании не кипяченой воды на стенках котла и тэнах быстрее образуется накипь, которая ухудшает теплопередачу, удлиняет время варки продуктов и ускоряет выход котла из строя. Когда из крана уровня появится вода, заполнение пароводяной рубашки прекращается. После этого рычагом приподнимают над седлом предохранительный клапан, чтобы не допустить его прикипания;

- электрические котлы включаются нажатием кнопки «Пуск» с предварительным включением режима работы;

- задается верхний и нижний пределы давления (как правило, устанавливаются один раз, но контролируются ежедневно).

В процессе работы аппарата контролируется:

- давление в греющей рубашке и в рабочей камере аппарата;

- медленный разогрев при нормальной работе теплогенерирующего устройства свидетельствует о недостаточной продувке рубашки или чрезмерном загрязнении тепловоспринимающей поверхности (накипь).

После окончания процесса варки:

- за 5...10 мин до окончания работы опрокидывающихся котлов прекращается нагрев, нажав кнопку «Стоп»;

- затем снимают крышку, осторожно вращая маховик поворотного механизма, переворачивают котел и выгружают его содержимое в подставленную тару. В герметически закрытых котлах;

- рабочая камера промывается слабым раствором соды и просушивается;

- внешние поверхности протираются мягкой тканью;

- промывается пароотвод. Регламентные профилактические работы, согласно инструкции по эксплуатации, выполняются механиком по утвержденному графику.

Автоматическая защита от «сухого хода» должна:

1. не допускать включения котла при недостаточном покрытии тэнов водой;

2. отключать котел от электрической сети при понижении воды в пароводяной рубашке ниже допускаемого уровня, а также при опрокидывании котла;

3. оповещать световым сигналом обслуживающий персонал о недостаточном уровне воды в пароводяной рубашке.

Заключение

В ходе курсовой работы изучено оборудование для реализации процесса варки. Наиболее совершенные аппараты это аппараты периодического действия.

Наибольшее распространение на предприятиях общественного питания получили котлы электрические.

В курсовом проекте изучены варочные аппараты: КПЭ 40, КПЭ 60, КПЭСМ 60, КПЭ 100, КПЭ 160, КПЭ 250.

В данном курсовом проекте приведена конструкция котла КПЭ-60, даны правила эксплуатации проектируемого аппарата. Приведен расчет теплового баланса, расчет тэнов, расчет КПД, а так же его конструктивные параметры.

По итогом расчетов номинальная мощность в период разогрева составила 8 кВт, мощность в период варки 1,3 кВт. Также дана техническая характеристика проектируемого аппарата.

Список используемых источников

1) Вышелесский, А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. - М. : Экономика, 1976. - 399 с.

2)Беляев М.И. Оборудование предприятий общественного питания. 3 том. М.: Экономика, 1990.

3) Белобородов В.В. Оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1978.

4) М. А. Богданова, «Оборудование предприятий общественного питания», М.: «Экономика», 1986.

5) Гусева Л.Г. Тепловое и электрическое оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1979.

6) Дорохин В.А. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник). Киев: Тэхника. 1990.

7) Золин В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания. М.ИРПО: Академия, 2000.

8) Ключников В.П. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник). М.: Экономика, 1985.

9) Кокурин В.Ф. и др. Секционное оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1969.

10) http://www.studopedia.su/18_148774_oprokidivayushchiesya-kotli.html

Приложение 1

Таблица 1- Исходные данные для конструктивного расчета

Размещено на Allbest.ru