Теплотехнический расчет пищеварочного котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Пищеварочные котлы предназначены для варки первых блюд, каш, овощей, кипячения молока и других процессов.

В отрасли применяются котлы периодического действия, работа которых основана на кипячении соответствующих продуктов в жидкой среде -- воде, молоке, бульоне.

Варка в жидкой среде независимо от способа действия соответствующего аппарата основана на физико-химических превращениях веществ, входящих в состав продукта, которые протекают под действием теплоты и влаги, а варка бульонов -- еще и на закономерностях экстрагирования (извлечения) питательных веществ из твердой фазы в жидкую. Пищеварочные котлы могут быть с непосредственным и косвенным обогревом. Машиностроительной промышленностью в настоящее время серийно выпускаются лишь котлы с косвенным обогревом, способ действия которых состоит в том, что варочный сосуд обогревается паром, образующимся в парогенераторе. При этом пар конденсируется, отдавая теплоту конденсации стенкам варочного сосуда, и в виде конденсата стекает обратно в парогенератор.

Основные технологические требования, предъявляемые к конструкциям варочных аппаратов, сводятся к получению высококачественного готового продукта с максимальным сохранением пищевых (белков, жиров, углеводов), минеральных, экстрактивных веществ, витаминов при минимальных затратах теплоты.

1. Обзорная часть

1.1 Рынок технологического оборудования

Нa pынкe пpeдcтaвлeны кoтлы двуx пpинципиaльнo paзныx мoдификaций, oтличaющиecя вapиaнтaми oбoгpeвa cтeнoк вapoчнoгo cocудa. В мoдeляx c нeпocpeдcтвeнным (пpямым) oбoгpeвoм пpoиcxoдит кoнтaкт вмoнтиpoвaннoгo в днищe ТЭНa c нaгpeвaeмoй cpeдoй. В этиx aппapaтax вoзникaeт знaчитeльнaя нepaвнoмepнocть тeмпepaтуp нa oбoгpeвaeмыx пoвepxнocтяx, чтo мoжeт пpивecти к пoдгopaнию пpoдуктoв. Пpи paбoтe c тaкими кoтлaми тpeбуeтcя пocтoянный кoнтpoль нaд вapoчным пpoцeccoм.

В cилу этиx пpичин нaибoльшee pacпpocтpaнeниe нa пpeдпpиятияx питaния пoлучили кoтлы c кocвeнным oбoгpeвoм, в кoнcтpукции кoтopыx пpeдуcмoтpeн нeкий oбъeм, пpимыкaющий к oбoгpeвaeмoй пoвepxнocти c внeшнeй cтopoны, - пapoвoдянaя pубaшкa. Пpинцип дeйcтвия тaкиx aппapaтoв ocнoвaн нa paвнoмepнoм co вcex cтopoн oбoгpeвe coдepжимoгo вapoчнoгo кoтлa гopячим вoдяным пapoм.

Пo вapиaнту кpeплeния paбoчeй кaмepы paзличaют cтaциoнapныe и oпpoкидывaющиecя кoтлы. Кoтeл c нeпoдвижным вapoчным cocудoм, из кoтopoгo coдepжимoe выгpужaeтcя вpучную, a жидкocть для мoйки cливaeтcя чepeз cливнoй кpaн, нaзывaют cтaциoнapным. В кoнcтpукции oпpoкидывaющeгocя кoтлa, пpeднaзнaчeннoгo для пpигoтoвлeния пopциoнныx cупoв, coуcoв и дpугиx жидкиx блюд, пpeдуcмoтpeн пoвopoтный мexaнизм, пoзвoляющий coкpaтить вpeмя eгo oпopoжнeния и caнитapную oбpaбoтку. В настоящее время выпускаются пищеварочные котлы российской и зарубежной промышленностью. DIETA (Финляндия), MKN (Гepмaния), итальянская фирма Tecnoinox, ОАО "Завод "Проммаш", Чувашторгтехника ОАО, 77 Металлообрабатывающий завод - наиболее известные производители пищеварочных котлов.

77 Металлообрабатывающий завод Министерства Обороны Российской Федерации непрерывно и успешно работает с 1947 года. Постоянная основная номенклатура завода: пищеварочные котлы различной ёмкости и модификаций, металлические шкафы и ящики, замки, мебельная и строительная фурнитура, металлические двери, ворота, заборы, решётки и прочие аналогичные изделия. Завод имеет собственный торгово-выставочный салон. Большое количество продукции выполняется на заказ.

Чувашторгтехника - ведущий российский производитель оборудования для предприятий общественного питания. Чувашторгтехника работает на рынке технологического оборудования уже более 45 лет. Продукция компании Чувашторгтехника производится с учетом европейских стандартов, ее отличает современный дизайн и широкий ассортимент. Продукцию компании Чувашторгтехника по достоинству оценили потребители, как центральных регионов страны, так и Урала и Сибири, а также республик Белоруссии, Казахстана и Грузии.

Кoмпaния MKN - вeдущий пpoизвoдитeль пpoфeccиoнaльнoгo тeплoвoгo куxoннoгo oбopудoвaния в Гepмaнии. Нa ee дoлю пpиxoдитcя бoлee 20 пpoцeнтoв дaннoгo pынкa. Линия Optima, в cocтaв кoтopoй вxoдит и cиcтeмa MKN-Vapro, пpeднaзнaчeнa для кoмпaктныx куxoнь pecтopaнoв и кopпopaтивныx cтoлoвыx. Бoлee 150 видoв oбopудoвaния, oт элeктpoплит дo aппapaтa для вapки мaкapoн, мoгут пpocтo и удoбнo кoмбиниpoвaтьcя. В дaнную линию вxoдят пapoвapoчныe и cкopoвapoчныe кoтлы paзличнoгo oбъeмa (oт 40 дo 500 л) и фopмы.

Наиболее известные московские поставщики пищеварочных котлов любых типов - ПКФ "Продтехника", Торговый Дизайн, Союзагрокомплект, "Иней", Диалог Плюс, Компания БИО и др.

1.2 Область применения и современные конструкции

Варочное оборудование широко применяется не только на предприятиях массового питания, но и на предприятиях мясной, молочной и консервной промышленности. Варка - один из основных видов тепловой обработки пищевых продуктов. Это процесс гидротермической обработки пищевых продуктов в жидкой среде: воде, бульоне, молоке, соусе и т. п.

На предприятиях массового питания эксплуатируются котлы различных типов, отличающиеся способом обогрева, вместимостью, формой варочных сосудов и видом энергоносителей.

В зависимости от давления в варочном сосуде все котлы классифицируются на пищеварочные, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении, и автоклавы, работающие при повышенном давлении (200…250 кПа).

В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на твердотопливные, газовые, электрические и паровые. По способу установки котлы бывают неопрокидывающиеся, опрокидывающиеся и со съемным варочным сосудом. По способу обогрева различают котлы с косвенным и непосредственным обогревом. Котлы с косвенным обогревом получили наибольшее распространение. В качестве промежуточного теплоносителя в таких котлах используется вода (кипяченая или дистиллированная).

По конструктивному оформлению котлы классифицируются на немодульные, секционные модульные и секционные модульные с функциональными емкостями.

Варочный сосуд котлов обычно имеет цилиндрическую форму с плоским, выпуклым или вогнутым днищем. Основным параметром такого сосуда считается его диаметр О. Остальные параметры -- высоту цилиндрической части H и высоту h -- выбирают из конструктивных и эксплуатационных соображений на основании: Н/D = 0,3-1,21 и h/D = 0,05-0,1. В последнее время появились котлы с варочным сосудом в форме параллелепипеда.

Основными частями пищеварочного котла являются: варочный сосуд, парогенератор, пароводяная рубашка, постамент, арматура (двойной предохранительный клапан, клапан-турбинка, который устанавливается на крышках неопрокидывающихся котлов, наполнительная воронка, электроконтактный манометр, кран уровня воды -- в парогенераторе). Снаружи котлы покрываются теплоизоляцией и декоративным кожухом.

В нижней части котла установлен кран уровня, соединенный с полостью рубашки, с помощью которого в ней производится контроль уровня воды в пароводяной рубашке.

Особенностью газового пищеварочного котла является наличие газовых горелок вместо тэнов, а также парогенератора, содержащего два концентрических щелевых кармана, один из которых образует газоход, а другой заполнен водой.

Полость внутреннего цилиндра водяного кармана является топкой -- камерой сгорания. Такая конструкция дает возможность более эффективно использовать теплоту уходящих продуктов сгорания, которые из топочной камеры направляются через кольцевой газоход (карман) и дымовой патрубок в вытяжную трубу.

Система автоматики газовых котлов производит их отключение при внезапном прекращении подачи газа, осуществляет регулирование температурного режима и отключение подачи газа при опрокидывании для выгрузки.

1.3 Направления развития конструирования

В настоящее время в отечественном и зарубежном торговом машиностроении наблюдается тенденция к разработке модульных тепловых технологических аппаратов с применением рядов предпочтительных чисел при определении основного параметра аппарата и в целях максимальной унификации конструкций основных узлов.

В последние годы наметилась тенденция на использование в конструкциях аппаратов греющих элементов, состоящих из унифицированных листоканильных панелей.

Такое конструктивное решение создает оптимальные условия для унификации основных узлов, уменьшения металлоемкости, улучшает технологические и эргономические показатели и улучшает условия труда обслуживающего персонала.

Типоразмерный ряд аппаратов при использовании листоканальных панелей может быть существенно расширен, при этом все аппараты вписываются в унифицированные габариты модульных линий.

Однако при подобном конструктивном решении возникают новые задачи расчетного и экономического характера.

1.4 Газоснабжение предприятий общественного питания

Транспортирование газа от места добычи к месту потребления осуществляется по газопроводам. Газопровод состоит из отдельных звеньев труб, соединенных между собой с помощью сварки или различных фасонных частей (фитингов). Для транспортирования газа широко используются трубопроводы больших диаметров, которые позволяют наиболее эффективно перекачивать огромные количества газа из районов его добычи в районы наибольшего потребления.

Использование газа на предприятиях общественного питания в качестве топлива имеет ряд преимуществ перед твердым и жидким топливом. Это -- улучшение санитарно-гигиенических Условий на производстве; возможность автоматизации процессов тепловой обработки продуктов; легкость регулирования процecсa горения и учета расхода газа; получение высоких температур сразу после зажигания смеси, а следовательно, сокращение времени на разогрев аппарата до рабочего состояния и др.

Использование газового оборудования способствует повышению производительности труда, снижению себестоимости продукции, повышению к. п. д. аппаратов; позволяет улучшить экономические показатели благодаря сокращению затрат на энергоноситель и высвободить часть электроэнергии, которую; можно использовать на более широкую механизацию трудоемких процессов. Газ является самым дешевым топливом.

Недостатками горючего газа являются его токсичность и взрывоопасность при определенном соотношении с воздухом.

На предприятиях используют газы, добываемые из недр земли и искусственные. Горючие газы поступают в специальные устройства --газгольдеры, из них -- в магистральный газопровод, проложенный в земле. В зависимости от величины давления газопроводы делятся на газопроводы низкого, среднего и высокого давления.

На предприятиях общественного питания для подачи газа допускается применение газопровода только низкого давления. Для бесперебойного снабжения газом всех предприятий и жилых домов городские газовые сети выполняют в виде кольцевого газопровода. Давление газа в газопроводах низкого давления измеряется с помощью U-образного манометра, заполненного водой, в мм вод. ст.

Внутренний газопровод состоит из дворовой и внутридомовой газовых сетей.

Внутридомовая газовая сеть состоит из ввода в здание, разводящих трубопроводов, стояков и внутрицеховой разводящей сети. Участок от дворового газопровода до запорного устройства в здании называется вводом. Это стальная труба диаметром не менее 50 мм, прокладывается под землей на глубине не менее 0,8 м. Газовый разводящий трубопровод устраивают в тех случаях, когда от одного ввода газ подается в несколько стояков. Из ввода газ поступает в стояк, который устанавливают строго вертикально. Стояки служат для подачи газа в помещения верхних этажей.

На рис. 1 представлена примерная схема газоснабжения предприятия. В верхней и нижней частях стояка устанавливают пробки для его прочистки. На вводе в здание, непосредственно за стеной, устанавливают запорный кран или задвижку (в зависимости от диаметра трубопровода) и общий газовый счетчик. От стояка 4, имеющего пробки 2 и 6, отходят трубопроводы 9, подающие газ в помещение, где установлены газовые аппараты.

Рис.1. Схема газоснабжения предприятия

Трубопровод прокладывают в верхней части помещения. От него делают ответвления, подающие газ непосредственно к аппаратам 10, 11, 12, 13. На месте ответвлений трубопроводов устанавливают тройники или крестовины 5. Краны 7, 8 располагают перед каждым газовым аппаратом и каждой газовой горелкой, а также перед счетчиком и на вводе в каждое помещение. Там, где трубопровод проходит через стену или перекрытие, на него устанавливают защитные манжеты 3 -- трубы большего диаметра, выступающие по обе стороны перекрытия или стены, чтобы предохранить нижний этаж от попадания в него воды, например, при мытье полов. Пространство между газопроводом и манжетой заделывается паклей и битумом.

Для лучшего обнаружения мест утечки и ремонта труб последние прокладывают открыто вдоль стен, без заделки в стену или короба. Трубы прокладываются на высоте не менее 2 м от пола. От стен к газовым аппаратам трубы прокладывают горизонтально в канавках пола. На эти участки труб не разрешается устанавливать арматуру. Канавки пола перекрывают настилом. Крепят трубы к стене крючьями - трубодержателями, подвесками, хомутами и др. Для предохранения труб от коррозии газопровод покрывают масляной краской.

Для перекрытия газопроводов низкого давления с условным проходом от 15 до 75 мм в качестве запорных устройств применяют краны с ограничением поворота пробки на 90°, при больших диаметрах -- устанавливают задвижки.

Перед пуском в эксплуатацию газопровод испытывают на прочность и герметичность под давлением сжатого воздуха.

Газопровод делают герметичным, однако при его эксплуатации возможна утечка газа. Чаще всего она наблюдается в резьбовых соединениях. Газ при утечке поднимается вверх и скапливается под потолком, так как все виды газа (за исключением сжиженного) легче воздуха. Поэтому при обнаружении утечки газа запрещается зажигать спички и включать электроприборы. Утечку газа обнаруживают по специфическому запаху, который приобретает газ после добавления к нему этил-меркаптана. Места утечки газа определяют путем смазывания мыльным раствором мест соединения труб и установки арматуры. Если при этом появляются пузыри, значит есть утечка газа. Помещение, в котором обнаружена утечка газа, необходимо проветрить. Если после проветривания запах не исчезает, закрывают кран на вводе в помещение и вызывают службу горгаза.

Сжиженный газ используют при отсутствии газопровода (на сезонных предприятиях). Он представляет собой смесь углеводородов, главным образом пропана и бутана и в меньшей степени этана и пентана. Этот газ характеризуется тем, что при невысокой температуре (25--30° С) и повышении давления до 0,98--1,47 МПа (10--15 кгс/см²) он переходит в жидкое состояние.

Баллоны со сжиженным газом и устройства, с помощью которых снижают давление газа перед подачей его к оборудованию, располагают в металлических шкафах у несгораемых стен или вне здания.

Особенностью сжиженных газов является то, что при испарении объем их увеличивается более чем в 200 раз. Например, при испарении 1 м³ сжиженного газа получается 200 м³ горючего газа. Если баллон имеет емкость 80 л (0,08 м³), то это составляет 16 м³ (0,08-200) сетевого газа, или 16000 л. Поэтому один баллон эквивалентен 16м³ сетевого газа при нормальных условиях. Причем теплота сгорания сжиженных газов значительно выше и составляет 84--92 МДж/м³.

Для учета расхода газа на предприятиях применяют газовые счетчики. При расходе газа до 1000 м³/ч устанавливают ротационный газовый счетчик PC.

Проходящий через счетчик газ приводит в движение роторы, которые вращаются в противоположных направлениях за счет разности давления на входе и выходе газа. Вращаясь, роторы поочередно отделяют определенный объем газа от входящего потока и подают его к выходному отверстию. Таким образом происходит заполнение и опорожнение сначала измерительной камеры, расположенной между одним из роторов и стенкой корпуса, а затем камеры, расположенной между другим ротором и стенкой корпуса. Счетный механизм отсчитывает число оборотов ротора, соответствующее расходу газа. На шкале, расположенной на лицевой стороне счетчика, нанесены цифры, указывающие расход газа. Цифры белого цвета указывают расход газа в целых кубических метрах. Цифры красного цвета, за запятой,-- в десятых и сотых долях кубического метра.

Счетчики устанавливают в сухих помещениях на расстоянии не менее 1 м от тепловых аппаратов. Они должны быть доступны для осмотра и снятия показаний. Один раз в два года счетчики подвергают проверке и клеймению.

Если на предприятии счетчик отсутствует, учет расхода газа следует вести суммированием расхода газа тепловыми аппаратами за определенный период, исходя из производительности горелок (по паспорту) и времени работы аппаратов.

2. Описание проектируемого аппарата

2.1 Структурная схема

Расчет производим на основе принципиальной конструктивной схеме устройства газового котла (рис. 1).

Рис. 1 Принципиальная конструктивная схема устройства газового котла: 1- корпус варочной емкости; 2- крышка варочной емкости; 3- днище варочной емкости; 4- парогенератор; 5- изоляция; 6-станина; 7- теплогенерирующее устройство.

Газовые пищеварочные котлы неопрокидывающиеся КПГ-160 конструктивно выполнены как электрические типа КПЭ, но в отличие от электрических имеют свои особенности, связанные с работой на газообразном топливе. Неопрокидывающиеся газовые котлы имеют парогенератор, состоящий из двух концентрических карманов, каждый из которых образован двумя стальными цилиндрами, вставленными один в другой. Так образуются два кольцевых газохода и два кармана, последние заполняются водой до уровня контрольного крана.

Полость внутреннего цилиндра вместе с дном наружного корпуса образует топочную камеру, в которой устанавливают газовые инжекционные горелки. Карманы имеют по одному окну для выхода продуктов сгорания из топки в кольцевые газоходы и далее в дымовой патрубок. Для более полного использования тепла уходящих продуктов сгорания окна расположены на противоположных сторонах и вместе со стенками образуют удлиненный газоход. Из него продукты сгорания через патрубок и присоединенную к нему вытяжную трубу удаляются в атмосферу. На вытяжной трубе для регулирования тяги устанавливается шибер с несколькими отверстиями.

Снизу, парогенератор закрыт днищем наружного котла, в котором имеются отверстия над карманами с водой для сообщения с рубашкой.

Ранее выпускавшиеся котлы снабжены автоматикой безопасности -электромагнитного типа, состоящей из стационарной: запальника, термопары и электромагнитного клапана, и автоматикой регулирования теплового режима работы с помощью соленоидного клапана и электроконтактного манометра.

Газовые горелки вводятся в камеру через проем в постаменте. В проеме установлен щит, в котором предусмотрены два окна с откидными крышками. Через верхнее окно зажигай стационарный запальник, обогревающий термопару, наблюдают за горением. С помощью заслонки нижнего окна регулируют поступление вторичного воздуха в топку. Подача первичного воздуха регулируется дисковым регулятором, который перемещается по резьбе сопла. На газовом коллекторе котла, укрепленном на передней стенке, установлены филы кран переносного запальника, электромагнитный клапан с кнопкой, кран вспомогательной горелки, соленоидный клапан, краны основных горелок. На корпусе котла в специальном кожухе установлены электромагнитные реле тумблер для ручного выключения и включения соленоидного клапана.

В настоящее время газовые котлы выпускаются с газов автоматикой безопасности и регулирования типа 2АРБ-2. Блок автоматики устанавливается на коллекторе котла, датчики - в регулируемой среде.

2.2 Режим работы

Котел пищеварочный может работать в двух режимах, которые задаются тумблером, находящимся на станции управления.

Режим I -- доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и автоматический перевод его на малую мощность для доваривания. В таком режиме котел работает при варке супов, борщей и других блюд.

Режим II -- доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и доваривание за счет аккумулированной теплоты (при этом котел отключен от электрической сети). В таком режиме котел работает при варке каш, макаронных изделий, кипячении молока.

2.3 Безопасная эксплуатация

Прежде чем приступить к варке, проверяют санитарное состояние котла и нажимают на рычаг предохранительного клапана. Затем проверяют наличие воды в парогенераторе. Если из открытого крана уровня вода не вытекает, то заливают ее через наполнительную воронку, при этом кран воронки, контрольный кран уровня и воздушный клапан должны быть открыты. Как только вода появится из крана уровня, его закрывают и заполнение прекращают. Если котел снабжен воздушным клапаном, то его оставляют открытым, а кран воронки закрывают. Воздушный клапан закрывают при появлении из него пара. Когда котел воздушного клапана не имеет, оставляют открытым кран наполнительной воронки, через нее удаляется воздух из рубашки. Наличие воздуха в рубашке ухудшает теплоотдачу от пароводяной смеси к стенкам котла, что приводит к увеличению времени разогрева и перерасходу энергии.

На сливное отверстие внутреннего неопрокидывающегося котла устанавливают сетку-фильтр, чтобы предохранить сливной кран от засорения частицами продукта. Варочный котел при варке первых блюдо заполняют продуктами и водой до уровня ниже верхней кромки котла на 8--12 см. При варке каш, бобовых загрузка котла продуктами не должна превышать 0,5--0,7 его емкости.

Крышку котла закрывают, предварительно проверив состояние резиновой прокладки. Прижимные болты завинчивают в два приема, чтобы не допустить перекоса крышки, срыва резьбы болтов. Отвинчивают болты при открывании крышки также в два приема. Приподнимают за кольцо клапан-турбинку, чтоб проверить ее исправность.

Стрелки электроконтактного манометра устанавливают на верхний -- не более 39,2 кПа (0,4 кгс/см²)--и нижний -- не более 14,7--20 кПа (0,15--0,2 кгс/см²) -- пределы давления специальным ключом или смотрят, соответствует ли положении стрелок заданным пределам давлений. При установке стрелок ключ вставляют в отверстие в центре манометра и нажимают на рычаг, снабженный упором. С помощью этого рычага переводят стрелки и устанавливают их в необходимое положение. С помощью переключателя устанавливают режим работы котлы.

О начале кипения содержимого в котле узнают по вращению кольца клапана-турбинки (для неопрокидывающихся котлов). В процессе работы пары кипения из котла отводятся в помещение через клапан-турбинку и в канализацию по пароотводной трубке. Во время работы следят за давлением пара в рубашке по манометру. Если давление по манометру поднимается выше 39,2 кПа, следует выключить котел.

В процессе варки возникает необходимость добавить продукты, проверить их готовность. Деревянной палочкой приподнимают за кольцо клапан-турбинку, выпускают избыточный пар из-под крышки котла, отвинчивают болты, сначала ослабив их, потом отвинтив до конца, и открывают крышку, соблюдая осторожность, чтобы не получить ожогов паром. После этого крышку снова закрывают в указанной выше последовательности.

Котел выключают за 5--10 мин до окончания варки, затем, осторожно открыв крышку, котел разгружают и после разгрузки промывают теплой водой с добавлением соды; ежедневно промывают клапан-турбинку и пароотводную трубку, для чего открывают вентиль с надписью «Промывка». Промывают пароотвод при закрытой крышке, воду сливают через сливной кран. Котел оставляют открытым для просушки. С внешней стороны его протирают мягкой влажной тканью. Детали, выполненные из нержавеющей стали, периодически протирают войлоком или суконной тканью. Один раз в три месяца шток противовеса смазывают солидолом. Периодически, не реже одного раза в месяц, рекомендуется разбирать предохранительный клапан и очищать его от накипи. Затем его снова собирают и пломбируют. Эту работу выполняет механик.

Перед розжигом газового котла следует убедиться, что нет утечки газа, проверить, все ли газовые краны закрыты, проветрить помещение, топку и дымоход, проверить тягу, поднося тонкий лист бумаги к смотровому отверстию. Бумага должна слегка втягиваться. После этого закрывают регуляторы первичного воздуха у горелок и открывают кран на подводящем газопроводе. Берут переносный запальник и зажигают его, открыв предварительно кран запальника. Вносят зажженный запальник в топку через дверцы, и факел направляют на стационарный запальник. При этом нажимают на кнопку электромагнитного клапана или пусковую кнопку блока автоматики.

Через минуту кнопку отпускают, убедившись в устойчивом горении стационарного запальника, открывают кран горелок -- горелки загораются. В этот же момент необходимо отрегулировать подачу первичного воздуха в горелку так, чтобы пламя было нормальным, т. е. прозрачным, слегка голубоватого цвета, без коптящих языков.

В случае затухания пламени, отрыва или проскока внутрь горелки следует отключить подачу газа, отрегулировать горелку и вновь проветрить топку и дымоход. Не разрешается работать, если нет тяги. Нельзя оставлять работающие аппараты без присмотра. После окончания варки закрывают регуляторы первичного воздуха, перекрывают краны горелок и кран на подводящем газопроводе. Для опрокидывающихся котлов перед опрокидыванием выключают газ.

3. Теплотехнический расчет

Расчет теплового баланса и мощности нагрева аппарата

Теплотехнический расчет пищеварочного котла включает в себя определение его основных конструктивных размеров, составление теплового баланса, проведение расчетов процессов теплоотдачи и теплопередачи, установление требуемой тепловой мощности энергоподвода.

Определение основных конструктивных размеров пищеварочного котла.

Определению подлежат основные размеры внутреннего варочного сосуда, рубашки котла, толщины изоляции котла и его общих габаритных размеров.

Варочный сосуд

Из антропологических соображений и удобств его эксплуатации принимаем общую высоту пищеварочного котла Н_общ=1,2м.

Диаметр варочного сосуда находится из условия минимального расхода металла на его изготовление приближенной зависимости

- заданная емкость варочного сосуда;

- коэффициент заполнения варочного сосуда;

- принятая толщина цилиндрической части варочного сосуда;

- принятая толщина донной части варочного сосуда;

- принятая толщина крышки варочного сосуда, м;

-коэффициент, учитывающий влияние выпуклости крышки;

- коэффициент, учитывающий влияние выпуклости (при знаке «-» влияние вогнутости) днища варочного сосуда.

,

Высота цилиндрической части варочного сосуда вычисляется по формуле

Поверхность теплообмена (фактическая) варочного сосуда приближенно определяется соотношением

Масса варочного сосуда приближенно определяется соотношением:

- толщина стенки варочного сосуда;

- толщина стенки крышки котла;

- толщина стенки днища варочного сосуда;

- плотность стали, из которой изготовлен варочный сосуд.

Рубашка котла

Диаметр рубашки котла определяется соотношением

где m - величина зазора рубашечного пространства, принятого на основе рекомендации равным 0,008м.

Высота рубашки котла вычисляется по соотношению

где - величина зазора между условными уровнями днища варочной емкости и рубашки котла.

Масса рубашки котла

- толщина стенки рубашки котла;

- толщина кольца соединяющего стенки рубашки и варочного сосуда;

- коэффициент неучтенной массы узла.

Парогенератор котла

Парогенератор газового пищеварочного котла включает в себя цилиндрические емкости, заполненные водой, и цилиндрические камеры для продуктов сгорания газового топлива.

-диаметр цилиндрического корпуса парогенератора

- коэффициент, учитывающий влияние выпуклости днища парогенератора;

- высота корпуса парогенератора;

- толщина стенки парогенератора;

- толщина крышки тэнника парогенератора.

Высота парогенератора

где Н_общ- общая высота варочного котла, принимается равной 1,2 м;

Н_Р =0,81м- высота рубашки котла;

Н_ТЕХ =0,3м - высота технологического зазора между основанием и днищем парогенератора.

Диаметр внутренней поверхности первой водяной камеры парогенератора D₁

D₁ = D_г+2·Д₁

D_г= D_в/2- диаметр горелочного устройства, м;

Д₁=0,02м - зазор между боковой поверхностью горелочного устройства и внутренней поверхностью первой водяной камеры.

D₁ = 0,285+0,04=0,33м

Диаметр наружной поверхности первой водяной камеры парогенератора

D₂ = D₁+2·д

где д =0,01 м - ширина щели водяной камеры.

D₂ = 0,33+0,02=0,35м

Диаметр внутренней поверхности второй водяной камеры парогенератора

D₃ = D₂+2· Д₂

Д₂=0,03м- величина щели кольцевых газоходов.

D₃ =0,35+0,06=0,41м

Диаметр наружной поверхности второй водяной камеры D₄

D₄ = D₃+2·д

D₄ = 0,41+0,02=0,43м

Диаметр корпуса газового парогенератора D_пг

D_пг = D₄+2· Д

D_пг = 0,43+0,04=0,47м

Масса рабочей жидкости (воды), заполняющей цилиндрические емкости газового парогенератора, определяется по формуле:



где D₁, D₂, D₃, D₄ -диаметры цилиндрических оболочек, образующих парогенератор, м;

Н_ПГ =0,09 высота корпуса парогенератора, м;

с_ж = 1000 кг/м³ - плотность воды, заливаемой в парогенератор;

Масса металла корпуса парогенератора определяется по формуле:

где D_ПГ =0,47 м - диаметр корпуса газового парогенератора

S_пг =0,008 м - толщина днища газового парогенератора,

S_К=0,0015 м -толщина стенок цилиндрических карманов парогенератора.

Определение толщины тепловой изоляции

Исходя из того, что тепловая изоляция должна снижать температуру наружных ограждений до безопасных значений, исключающих возможность ожогов, и уменьшать потери тепла в окружающую среду наружными поверхности ми аппарата, ее расчет ведут, задаваясь величиной максимально допустимой температуры наружных стенок варочного аппарата, принимаемой равной

Расчетная формула для определения толщины тепловой изоляции для стационарного режима выведена на основе предположения о равенстве количества тепловой энергии, прошедшей через слой изоляции и тепловой энергии, отданной ее поверхностью в окружающую среду:

где л_ИЗОЛ =0,08 Вт/(м °С) - коэффициент теплопроводности материала изоляции;

- температура наружной поверхности тепловой изоляции;

- температура внутренней поверхности тепловой изоляции;

- температура окружающей среды (воздуха);

а₀ - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к воздуху и в окружающую среду, Вт/(м °С), определяемый как сумма коэффициентов теплоотдачи свободной конвекции б_{СВ.КОНВ} и коэффициента теплоотдачи излучения б_ИЗЛ ;

Коэффициент л выбирают, исходя из вида теплоизоляционного материала. Принято л_ИЗОЛ =0,08 Вт/(м К)

Коэффициент теплоотдачи от наружной боковой стенки (покрытой изоляцией) к воздуху находится из критериального уравнения

где - критерий Грасгофа для воздуха (окружающей среды);

-- критерий Прандтля для воздуха (окружающей среды );

-- коэффициент кинематической вязкости воздуха;

- коэффициент температурного расширения воздуха;

- высота боковой поверхности рубашки котла;

м/с²- ускорение свободного падения.

Значение коэффициента теплоотдачи б₀ находится из определения числа Nu_в:

где - коэффициент теплопроводности воздуха.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности котла в окружающую среду излучением определяется по формуле

где - постоянная Стефана-Больцмана;

-- коэффициент лучеиспускания серого тела (степень черноты).

Требуемая толщина слоя изоляции равна0,018м

Внутренний диаметр облицовки изоляции рубашки котла будет равен



Внутренний диаметр облицовки изоляции газового парогенератора определяется по формуле

Тепловой баланс нестационарного режима работы пищеварочного котла (режим разогрева)

Тепловой баланс режима разогрева пищеварочного котла, определяющий общий расход тепловой энергии Q_р в течение времени разогрева ф_р, записывается в виде

где - полезная тепловая энергия, затраченная на разогрев содержимого варочного сосуда от начальной до конечной температуры, кДж;

- тепловая энергия, затраченная на разогрев рабочей жидкости (воды) залитой в парогенератор, кДж;

- тепловая энергия, затраченная на разогрев самого варочного сосуда от начальной до конечной температуры, кДж;

- потери тепла в окружающую среду крышкой варочного сосуда в течение процесса, кДж;

- тепловая энергия, затраченная на разогрев крышки от начальной до конечной (максимально допустимой) температуры крышки, кДж;

- заданное время разогрева.

Указанные величины определяются по следующим зависимостям. Полезная тепловая энергия

- объем нагреваемого продукта в варочном сосуде;

- плотность содержимого варочного сосуда;

- теплоемкость содержимого варочного сосуда;

- температура содержимого варочного сосуда в начале периода разогрева;

- температура содержимого варочного сосуда конце периода разогрева.

Тепловая энергия, затраченная на разогрев рабочей жидкости (воды) залитой в парогенератор

- объем жидкости (воды) заливаемой в парогенератор пищеварочного котла;

- плотность жидкости (воды)₍в парогенераторе пищеварочного котла;

- теплоемкость жидкости (воды) в парогенераторе пищеварочного котла;

- температура жидкости (воды) в парогенераторе пищеварочного котла в начале периода разогрева;

- температура жидкости (воды) в парогенераторе пищеварочного котла конце периода разогрева при давлении пара в рубашке 140 кПа.

Тепловая энергия, затраченная на разогрев самого варочного сосуда от начальной до конечной температуры

где М_i - массы разогреваемой металлической конструкции котла, включающих: M_В =53,93кг - масса варочного сосуда, М_р=36,21кг - масса рубашки котла, М_ПГ=20,43кг - масса корпуса парогенератора, М_оБ=20,4кг- масса облицовки рубашки и корпуса парогенератора

- теплоемкость конструкционного металла;

- температура конструкционного материала варочного сосуда и парогенератора в начале периода разогрева;

- температура конструкционного материала варочного сосуда в конце периода разогрева.

- температура конструкционного материала рубашки и парогенератора котла в конце периода разогрева;

- температура поверхности облицовки котла в конце периода разогрева;

- толщина листа облицовки.

Потери тепла в окружающую среду с боковой поверхности котла в течение процесса разогрева

F_ОБ - поверхность облицовки котла, определяем по формуле:

- температура поверхности облицовки котла в конце периода разогрева;

Потери тепла в окружающую среду с поверхности крышки котла в течение процесса разогрева

где F_КР - площадь поверхности крышки варочного сосуда, приближенно определяем по формуле:

б_{ОКР. КР} - суммарный коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности крышки варочного сосуда в окружающую среду, Вт/(м² °С) определяется аналогично ранее выполненному расчету теплоотдачи в окружающую среду от боковой поверхности облицовки, при температуре крышки котла t_Kp= 98 С.



Определение минимально необходимой теплопередающей поверхности варочного сосуда.

Минимально необходимая площадь обогреваемой части варочного сосуда определяется зависимостью:

где - средняя поверхностная плотность теплового потока. kBт/м²;

к - коэффициент теплопередачи от пара к нагреваемой среде (содержимому варочного сосуда), кДж/(м²К);

- полезная разность температур, К.

Использование комплекса (k·ДТ ) вызвано тем, что разогрев содержимого варочного сосуда происходит при нестационарном режиме, при котором наряду с изменением температур теплоносителя и содержимого сосуда изменяются и их свойства.

Величина комплекса (k·ДТ) с достаточной точностью может быть определена по формуле:

где к_кон - соответственно значения коэффициента теплопередачи в начале и в конце интервала времени ф_р, кДж/м²К;

- соответственно значения полезной разности температур в начале и в конце интервала времени ф_р, К.

;

- температура насыщения пара в рубашке аппарата при максимальном давлении пара Р=140кПа

- температура жидкости в варочном сосуде в начальный момент

- температура жидкости в варочном сосуде в конечный момент

Коэффициент теплоотдачи К_КОН, кДж/м² К может быть определен:

где

- коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности варочной емкости к содержимому варочного сосуда, Вт/м ²К;

- коэффициент переноса тепловой энергии через конденсаторную пленку, образующуюся на наружной поверхности варочного сосуда, Вт/м²·К;

- коэффициент переноса тепловой энергии из ядра паровоздушной смеси, заполняющей рубашку к поверхности конденсатной пленки, Вт/м²;

Дальнейший теплотехнический расчет требует знания температур на границе раздела t_ст (граница раздела конденсатная пленка наружная поверхность стенки), t_ст (граница раздела внутренняя поверхность стенки нагреваемая жидкость). Эти величины до проведения расчета неизвестны. Поэтому их находят предварительно и приближенно, задавшись значениям коэффициентов теплоотдачи.

В расчете предварительно принято ; ; . По выбранным с заданной расчетной схемой подогревателя значениям коэффициентов теплоотдачи определяется предварительное значение коэффициента теплопередачи К, Вт/м²К,

Предварительное значение средней тепловой нагрузки в конечный период разогрева q, Вт/м², определяется по формуле:

Температура наружной поверхности стенки нагревателя (со стороны koi конденсирующегося пара) определяется по формуле:

Температура внутренней поверхности стенки нагревателя (со стороны нагреваемой жидкости) определяется по формуле:

Температура поверхности конденсатной пленки в конце периода разогрева определяется по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к поверхности нагрева (Вт/(м² °С), определяется по критериальной зависимости при конденсации пара на горизонтальной поверхности:

- критерий Нуссельта;

- критерий Рейнольдса;

- поправочный коэффициент, учитывающий волновое течение пленки конденсата;

- плотность конденсата при t_П=134^оС

кинематический коэффициент вязкости конденсата при t_П=134^оС

- коэффициент теплопроводности конденсата при t_П=108,9^оС

- ускорение свободного падения.

0,29

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара:



Действительный коэффициент теплоотдачи при конденсации технического пара с учетом содержания в нем примеси некодсенсирующихся газов определяется по формуле:

б_п - коэффициент теплоотдачи чистого пара на вертикальной или вертикальной поверхности, Вт/(м^{2 о}С);

е - содержание неконденсирующихся газов в техническом паре, % по массе, принимается в пределах е=0,5...2,5%. Принято е =2,5%

Для расчета теплоотдачи от стенки емкости к нагреваемой жидкости не-ооходимо предварительно определить значения комплекса Gr_ж·Pr_ж

- критерий Грасгофа для жидкости в емкости при

- критерий Прандтля для жидкости

- коэффициент кинематической вязкости для жидкости в емкости

- коэффициент температурного расширения для жидкости в емкости.

Режим свободной конвекции жидкости в емкости турбулентный и коэффициент теплоотдачи определяется по критериальному уравнению

Значение коэффициента теплоотдачи б_ж находится из определенного числа Nu_ж:

-теплопроводность жидкости.

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к нагреваемой среде К, Вт/(м²°С) определяется по формуле:



Правильность принятой температуры стенки по одному из ниже приведенных уравнений проверяют по формуле:

Расчетная температура стенки отличается от принятой на 4 градуса, т.е. не более чем на 5%, следовательно, расчет повторять при новом значении t_ст нет необходимости.

Величина комплекса (k·ДТ)

Необходимая поверхность нагрева для парового нагревателя F, м² рассчитывается по формуле:

Минимально необходимая площадь обогреваемой части варочного сосуда меньше фактической F_ф, следовательно, аппарат выполнит необходимый разогрев содержимого варочного сосуда.

Определение теплового коэффициента полезного действия спроектированного аппарата

Тепловой КПД аппарата определяется по формуле:

Определение тепловой мощности котла и необходимого расхода газового топлива

Необходимая тепловая мощность пищеварочного котла в период нестационарного режима разогрева определяется по формуле:

Заключение

Кoгдa тpeбуeтcя пpигoтoвить пищу для бoльшoгo кoличecтвa пoceтитeлeй, a мecтa нa куxнe для нecкoлькиx eдиниц тeплoвoгo oбopудoвaния aбcoлютнo нe xвaтaeт, нa пoмoщь пpиxoдят пищeвapoчныe кoтлы, нeoцeнимыe для пpигoтoвлeния кaш, cупoв, oтвapки oвoщeй или кипячeния бoльшиx oбъeмoв вoды или мoлoкa и oтнocящиecя к вapoчным aппapaтaм пepиoдичecкoгo дeйcтвия.

На основе выбранной модели произвели теплотехнический расчет пищеварочного котла, который включает в себя определение основных конструктивных размеров, составление теплового баланса, проведение расчетов процессов теплоотдачи и теплопередачи, установление требуемой тепловой мощности энергоподвода.

котел парогенератор тепло изоляция

Список литературы

1. Богданов Г.А. Оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1986.

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

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

4. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1976.

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.

Размещено на Allbest.ru