Варочный котел

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Мясная промышленность является одной из крупнейших отраслей пищевой промышленности, она призвана обеспечивать население страны пищевыми продуктами, являющимися основным источником белков. Для увеличения выпуска мяса и мясопродуктов ежегодно реконструируются и вводятся мясоперерабатывающие предприятия. Постоянно происходит техническое перевооружение и оснащение предприятий мясной отрасли АПК страны современным технологическим оборудованием, новейшей техникой, комплексно механизируются и автоматизируются производства. Все больше используется вычислительная техника. Проводится большая работа по повышению качества, улучшению и обогащению ассортимента мясных продуктов.

В настоящее время потребление пищевых продуктов не только полностью обеспечивает, но у значительной части населения превышает энергетические потребности.  В то же время потребности в белках, в первую очередь в животного происхождения, удовлетворяется лишь на 80%. У значительной части населения отмечается чрезмерное потребление жиров и углеводов, недостаток витаминов и минеральных веществ.

На протяжении последних десятилетий вследствие механизации и автоматизации труда, сокращения продолжительности рабочего дня и рабочей недели, развития общественного и личного транспорта, расширения коммунальных услуг энергозатраты человека снизились в 1,5 - 2 раза. Необходимо, чтобы ассортимент и состав мясопродуктов соответствовал меняющимся физиологическим потребностям профессиональных и возрастных групп населения страны. Производство качественных мясных продуктов -- это комплексная задача. Ее решение зависит от совершенствования комплексной и безотходной технологий переработки сельскохозяйственного сырья, дальнейшей автоматизации и механизации сельского хозяйства и перерабатывающих отраслей, снижение сырьевых, энергетических и трудовых затрат, повышение трудовой и производственной дисциплины, профессионального роста кадров.

Одной из важнейших задач, является дальнейшее повышение качества продукции и ее пищевой ценности, более полное использование сырья и различных белковых добавок. Требуется комплексное рациональное использование сырья, получаемого при убое скота, переработка мяса и молока, а также белковых компонентов животного и растительного происхождения при производстве мясопродуктов. Большой удельный вес стоимости сырья, свыше 95%, в затратах обусловливается решающее влияние его рационального использования на эффективность колбасного производства. Необходимо постоянно совершенствовать все технологические процессы и приводить их в рациональных и оптимальных режимах. В отечественной промышленной практике известны рецепты свыше 200 видов различных колбас и соленых изделий, причем, каждое из них имеет характерный внешний вид, вкус, состав, свойства, назначение и срок хранения.



1. Состояние вопроса. Обзор существующих конструкций

Варка - один из основных видов тепловой обработки пищевых продуктов. Это процесс гидротермической обработки, заключающийся в нагреве вещества в жидкой среде. Такой средой могут служить вода, бульон, молоко, соус, сок и влажный насыщенный пар.

Процесс варки осуществляется путем погружения в жидкость, орошения горячей жидкостью, а также обработки паром, пароводяной и паровоздушной смесями, продуктами горения, электроэнергией и облучением. Наибольшее распространение получили первые три способа варки, которые не требуют сложного оборудования и позволяют обрабатывать большое количество продукции.

Самым простым по выполнению и техническому оснащению является способ конвективной обработки продукта -- погружение в предварительно нагретую воду, температуру которой поддерживают, нагревая стенку варочного котла.

К оборудованию для варки мяса и мясных продуктов относят чаны и варочные котлы.

Варочное оборудование широко используется не только в горячих цехах предприятий общественного питания, но и на предприятиях молочной, мясной и консервной промышленности.

Основными режимными параметрами варочных тепловых аппаратов являются: температура кипения; давление греющей среды, определяющее указанную температуру; агрегатное состояние греющей среды (жидкое или парообразное); продолжительность варки. Эти параметры однозначно определяют конечные кулинарные свойства изделий, а их выбор зависит от свойств исходного пищевого сырья.

Продолжительность процесса варки определяется условием завершения биохимических превращений, вызываемых нагревом продукта. В большинстве случаев изделие достигает кулинарной готовности тогда, когда центральный слой прогревается до определенной температуры. Например, для мяса и рыбы 75...80^оС, кондитерских изделий 98 °С и т. д. Нагрев до указанных температур обеспечивает гибель основных болезнетворных микроорганизмов и делает кулинарное изделие безопасным.

Существуют опрокидываемые пищеварочные котлы, либо котлы оборудованные неподвижной варочной емкостью. Котлы пищеварочные имеют широкий ассортиментный ряд, с одним или двумя варочными сосудами. Варочный сосуд пищеварочного котла может иметь цилиндрическую, либо прямоугольную формы. Для котлов предусмотрены три режима работы: варка, разогрев, варка на пару. Котлы пищеварочные изготавливаются из пищевой нержавеющей стали, имеют удобные габариты, отличные эксплуатационные характеристики, длительный срок службы. В современных пищеварочных котлах повсеместно используются современные механизмы управления с применением электронных компонентов, которые позволяют непрерывно контролировать температурный режим и качество приготовляемых блюд.

Более совершенными по конструкции и особенностям подогрева продукта являются котлы с косвенным обогревом рабочей камеры, которые камеры отличаются от котлов с непосредственным обогревом наличием специального узла варочного сосуда - рубашки, в которую поступает промежуточный теплоноситель.Форма и размер паровой рубашки определяется объемом и формой варочного сосуда.

Температуру пара можно регулировать путем изменения давле-ния. Для контроля за давлением служат манометрические датчики (например, электроконтактные манометры). Однако при регули-ровании температуры пара приходится учитывать, что в случае наличия в рубашке воздуха эта температура определяется парци-альным давлением пара в паровоздушной смеси и будет меньше температуры кипения, соответствующей общему давлению.



Таблица 1.Технические характеристики варочных котлов

Показатель	Г2-ФВА	Вулкан	К7-ФВ2А	К7-ФВЗ-Е
Вместимость (общая),	0,6	0,6	0,46	1,1
Давение пара в рубашке, МПа	0,05	0,05	0,07	0,3
Температура воды во время варки,	До 100	До 100	80...100	85...100
Занимаемая площадь,	3,0	2,6	2,3	3,2
Масса, кг	490	450	240	700

В электроконтактном манометре (рис. 4) имеются три стрелки: одна подвижная, показывающая давление, и две неподвижные, перемещаемые вручную с помощью специального ключа. Неподвижными стрелками перед началом работы котла устанавливают верхний и нижний уровни давления в рубашке. Стрелки электроконтактного манометра включены в электрическую цепь управления котла. При включении котла давление пара в его рубашке начинает возрастать. При достижении верхнего заданного уровня давления подвижная стрелка совпадает с неподвижной, с помощью которой задан верхний предел давления, при этом замыкаются их контакты и котел автоматически переключается на 1/6 или 1/9 мощности (режим тихого кипения). Давление в паровой рубашке начинает падать. При совпадении подвижной стрелки с нижней неподвижной стрелкой замыкаются их контакты, и котел вновь переключается на максимальную мощность. Таким образом давление в рубашке котла автоматически поддерживается между верхним и нижним пределами давления. При этом тепловой режим котла также автоматически регулируется.



Рисунок 3 - Электроконтактный манометр (ЭКМ)

1 - нижний неподвижный контакт; 2 - подвижная указывающая стрелка; 3 - верхний неподвижный контакт; 4 - клеммная коробка

Чтобы исключить корректировку манометрических датчиков, используемых в системах автоматики пищеварочных котлов, не-обходимо осуществлять продувку рубашек. Эта операция заключа-ется в вытеснении воздуха из рубашки паром в период пуска кот-ла в работу. Целесообразна продувка рубашек и с точки зрения улучшения теплообмена между теплоносителем и нагреваемой средой. При наличии даже незначительного количества воздуха во влажном насыщенном паре существенно снижается коэффициент теплоотдачи и увеличивается время разогрева аппарата.

В едином корпусе двойного предохранительного клапана (рис. 5) размещены два клапана? паровой, предохраняющий рубашку от взрыва, и вакуумный, исключающий деформацию (смятие) ру-башки при вакууме.



Рисунок 4 - Схема двойного предохранительного клапана

Паровой клапан состоит из золотника, прижатого к седлу пружиной или гру-зовой втулкой. При превышении предельно допустимого уровня давления 5,0 кПаэтот золотник вместе с втулкой при-поднимается и открывается. В результате излишек пара вытекает в атмосферу и дальнейший рост давления в рубашке прекращается.

Вакуумная часть клапана срабатывает в момент выключения нагревателей котла. В этом случае пар в рубашке конденсируется, что приводит к образованию в ней разрежения. Возникает опас-ность смятия стенки рубашки под действием столба атмосферно-го воздуха. В этот момент под действием разности давлений возду-ха (атмосферного) и в рубашке приподнимается грузовой шарик ваку-умного клапана, что обеспечивает поступление атмосферного воз-духа в рубашку и выравнивание давлений.

Клапан-турбинка (рис. 6) устанавлива-ется на крышке неопрокидывающихся котлов и предо-храняет варочный сосуд от повышения давления сверх 2,5 кПа. При повышении давления сверх допу-стимого пар, поступающий в корпус клапана-турбинки, ударяет в винтовые канавки шпинделя-турбинки, при-поднимает его от седла и приводит во вращательное движение. С внутренней стороны крышки укреплен от-ражатель, который предотвращает попадание в турбинку мелких частиц пищи при интенсивном кипении содержимого варочного сосуда.



Рисунок 5 - Клапан - турбинка

Пищеварочные котлы имеют два режима работы. Режим I - доведение содержимого до кипения при ра-боте котла на полной мощности и затем переключение на 1/6 или 1/9 мощности для осуществления процесса вар-ки. Режим II - доведение содержимого котла до кипе-ния также при работе на полной мощности, а затем пол-ное отключение.

Конденсатоотводчики используются в конструкциях паровых варочных аппаратах при наличии давления в рабочей камере для отвода конденсата.Наиболее распространены конденсатоотводчики сильфонного типа и поплавковые. Назначение сильфонного конденсатоотводчика (рис. 7) заклю-чается в том, чтобы не пропускать через греющую рубашку аппарата пролетный (т. е. неконденсирующийся) пар. Появление пролетного пара возможно в том случае, если количество поступающего е аппарат пара больше, чем может сконденсироваться на поверхности нагрева.



Рисунок 6 - ?Сильфонный конденсатоотводчик

1 ?конденсационный штуцер; 2 ?кла-пан; 3 ?корпус; 4 ?сильфон; 5 ? про-кладка; 6 ?крышка; 7? штуцер для присоединения к паровому котлу

В качестве промежуточного теплоносителя используется влажный пар.

Принципиально все пищеварочные котлы с косвенным обогревом стенки варочного сосуда устроены одинаково и различаются лишь конструкцией парогенератора.

Для гидротермической обработки (варки) круп и бобовых используют аппараты ВА-800М, выполненные из нержавеющей стали. Варочный аппарат ВА-800М (рис. 7) представляет собой цилиндр 1, имеющий с торцовых сторон бандажи 2, которыми он опирается на роликовые подшипники, закрепленные на станине 4. Вращение цилиндра производится через клиноременную передачу электродвигателем 5. Загрузку в аппарат и выгрузку из аппарата продукта осуществляют через люк 7. После заполнения аппарата продуктом, перед началом варки, люк должен быть закрыт герметически при помощи винта и специальной скобы.

На внутренней поверхности цилиндра аппарата имеются направляющие, способствующие перемещению продукта при вращении цилиндра. Они крепятся с таким уклоном, чтобы продукт при вращении перемещался от торцовых сторон цилиндра к люку.

По оси цилиндра с торцовой стороны в чугунный патрубок вводится труба 6 для подачи пара. Воздух при подаче пара в цилиндр выводится по трубе 3 с противоположной стороны. Через эту трубу пар сбрасывается после окончания варки. У выходящего отверстия внутри цилиндра установлены сетки для предохранения труб от попадания в них продукта. В выводящем патрубке имеется отверстие для отвода конденсата.На пароподводящей трубе устанавливают манометр и предохранительный клапан. /8/

Для приема выгружаемого продукта аппарат оборудован специальной воронкой 9, которая предотвращает разбрасывание

Рисунок 7 - . Варочный аппарат ВА-800М разгружаемого продукта.

1- варочный сосуд; 2- бандажи; 3-труба для выведения воздуха; 4-станина; 5- электродвигатель; 6-труба для подачи пара; 7-загрузочный люк; 8- кран-пробоотборник; 9-воронка для приема продукта

Котлы КПП-100, КПП-160 и КПП-250 имеют аналогичную конструкцию и различаются только размерами.

Котел КПП-100 предназначен для приготовления первых, вторых и третьих блюд, а также варки овощей, колбасных изделий, субпродуктов, мяса, окороков и др. в кухнях предприятий общественного питания, а также на предприятиях мясной промышленности.

Котел КПП-100 является стационарным и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из внутреннего (варочного) корпуса (1), изготовленного из нержавеющей стали, наружного корпуса (2), облицовки (3) и подставки (4).

Пространство между внутренним и наружным корпусами служит греющей паровой рубашкой, обеспечивающей равномерный обогрев варочной емкости конденсирующимся паром давлением до 0,05МПА.

Пар в паровую рубашку поступает из паропровода через патрубок (5), на котором устанавливается кран (6).

Между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляция из алюминиевой фольги. Котел закрывается крышкой (7).

Котел оборудован контрольно-измерительными приборами и арматурой: манометром (9), предохранительным клапаном (10), заливным устройством (11), сливным краном (12) термодинамическим конденсатоотводчикам (15), дополнительным краном (16).

Рисунок 8- Котел пищеварочный паровой КПП-100



Рисунок 9- Котел пищеварочный паровой КПП-160

Рисунок 10- Котел пищеварочный паровой КПП-250

Котел типа «Вулкан» (рис. 2, б) имеет резервуар 1 с коническим днищем 3 и рубашку 5. Сверху он закрыт крышкой 6, уравновешенной противовесом 8. Рубашка опирается на стойки 2. Пар в рубашку поступает через вентиль 10, а содержимое котла сливается через кран 4. Вода поступает в резервуар через трубу 9, конденсат отводится через конденсатную трубу 11. Для снижения давления в котле служит патрубок 7, отводящий пар. Рубашка котла имеет клапаны для продувки, а резервуар - предохранительный клапан, исключающий образование внутри вакуума.



Рисунок 11 - Котел типа «Вулкан»

котел мясной промышленность

Котел варочный опрокидной К7-ФВА предназначен для тепловой обработки мясопродуктов и полуфабрикатов.

Представляет собой сосуд цилиндрической формы с эллиптическими днищами и паровой рубашкой. Смонтирован на полых цапфах, через одну из которых подводится пар в паровую рубашку, а через другую отводится конденсат. Устанавливается на двух стойках сварной конструкции, соединенных двумя стяжками. Внутри котел -- из нержавеющей стали. Для продувки парового пространства и пуска воды в нижней части днища наружного сосуда и для удаления воздуха из паровой рубашки в верхней имеются пробно-спускные краны.

Рисунок 12 - Варочный котел К7-ФВА



2.Описание технологической линии

Аппаратурно-технологическая схема производства ливерных колбас представлена на рисунке 13.

Ливерные изделия вырабатывают в виде колбас и паштетов. Последние по форме сходны с мясными хлебами. Фарш ливерных изделий в отличие от других видов колбасных продуктов имеет пластическую структуру (мажущуюся консистенцию). Чтобы получить такую структуру, ливерные изделия вырабатываю из вареного сырья. Их обычно не подвергают обжарке, так как обжарка сопровождается значительным уплотнением наружного слоя. Существует заметное различие в структуре высоких сортов ливерных колбас и колбас пониженной сортности, в состав сырья для которых входит много коллагена. Образующийся из коллагена желатин застудневает при охлаждении готовой продукции, образуя упругий, хотя и непрочный пространственный каркас. Он повышает связность структуры продукта и придает ей некоторую упругость.

Условия производства ливерных колбасных изделий благоприятствую развитию термоустойчивых и термофильных микроорганизмов не погибающих при температуре варки этих изделий. Благоприятные условия для развития термофилов создаются на поверхности варочных аппаратов и в материальных трубопроводах, в особенности, если санитарное состояние оборудования неудовлетворительное. Так как сырье длительное время может сохранять температуру на уровне, способствующем развитию в нем микроорганизмов. Все это таит в себе вероятность чрезмерного загрязнения продукции микрофлорой и даже ее порчи. В случае несоблюдения установленных санитарных требований к организации производственного процесса количество микробов в готовом продукте может достигать иногда 500 тыс. клеток в 1 г фарша.

Существует два способа производства ливерных изделий, исключающих влияние или уменьшающих значение этих условий: «холодный» и «горячий». «Холодный» вариант состоит в том, что сырье вначале варят, а затем охлаждают до температуры, близкой к 0° С, после чего направляют в производство. Добавляемый при куттеровании бульон также охлаждают до возможно более низкой температуры, но так, чтобы он не застудневал. Рассчитывают, чтобы температура фарша после куттерования не превышала 10-15°С. «Горячий» вариант отличается тем, что сырье варят после жиловки. В производство сырье направляют горячим, стремясь к тому, чтобы оно вплоть до варки батонов сохраняло температуру не ниже 50° С. Бульон после упаривания и до момента загрузки в куттер должен иметь температуру не ниже 80° С. Последний получил большее распространение, так как обеспечивает условия лучшей организации производственного процесса.

При поступлении сырье жилуют, освобождая его от наиболее крупных частей, имеющих низкую пищевую ценность (жилы, хрящи сухожилия, железы и т.д.). Мясо (телятину или свинину), печень, легкие и другие крупные субпродукты нарезают после этого на пласты или куски. Далее сырье направляют в варочный котел и варят в перфорированных корзинах 4 в варочном котле 3. Варкой достигается частичное обезвоживание, необходимое в тех случаях, когда в производство поступают субпродукты, содержащие много воды, кроме того, при варке разрушаются коллагеновые волокна в составе субпродуктов, богатые клейдающими веществами.



Рисунок 13 - Аппаратурно технологическая схема производства вареных колбас

Соответственно особенностям состава и строения субпродуктов варке в течение 15-20 мин (бланшировке) подвергают сырье, не содержащее грубых и прочных коллагеновых образований (мясо, щековина, печень). Продолжительность варки в данном случае должна быть достаточной лишь для того, чтобы прогреть куски сырья до температуры, при которой денатурирует большая часть белковых веществ. Бланшируют сырье при температуре воды, близкой к точке кипения. Сырье, в структуре которого содержатся грубые коллагеновые образования, варят в течение времени, достаточного для его размягчения (3-4 ч). Каждый вид субпродуктов варят в отдельности. Получающийся при этом бульон упаривают для повышения концентрации и добавляют к сырью во время последующего его измельчения на куттере.

Вареное и бланшированное сырье измельчают вначале на волчке 6 (диаметр отверстий выходной решетки 2 мм), а затем на куттере 8. К концу измельчения в куттер добавляют соль, специи, бульон (до 20%), если это предусмотрено рецептурой. Измельчают на куттере до получения однородной, хорошо связанной массы (5-8 мин). Полученный таким образом фарш шприцуют в кишечную оболочку вакуумным шприцом 9. После вязки или наложения петли батоны навешиваются на палки, которые затем размещаются на рамах. При навешивании на палки следят, чтобы батоны не соприкасались друг с другом во избежание слипов.

Применяют паровую или водяную варку батонов в течение 40-60 мин в соответствии с их диаметром. После варки батоны охлаждают под душем .



3.Описание конструкции проектируемого устройства и принципа действия

Котел К7-ФВЕ (рис. 2, в) предназначен для варки и бланшировки субпродуктов и варки окороков в двух корзинах 9 из нержавеющей стали. Он представляет собой бескаркасную прямоугольную металлоконструкцию (резервуар 2), под которой расположен слой теплоизоляции толщиной 50 мм. Днище 1 и крышка 3 двухстворчатой конструкции изоляции не имеют. Посередине котла на вертикальных внутренних стенках закреплена перегородка 4, разделяющая его на две части и служащая направляющей для корзин 9. Крышка 3 открывается и закрывается с помощью рычажно-винтовой системы 5, смонтированной с правой стороны котла.Толщина слоя теплоизоляции 50 мм.предназначен для варки и бланшировки субпродуктов и варки окороков в двух корзинах 9 из нержавеющей стали. Посреди-не котла на вертикальных внутренних стенках закреплена перегородка, разделяющая его на две части и служащая направляющей для корзин. Он представляет собой бескаркасную прямоугольную металлоконструкцию (резервуар 2), под которой расположен слой теплоизоляции толщиной 50 мм. Днище 1 и крышка 3 двухстворчатой конструкции изоляции не имеют. Посередине котла на вертикальных внутренних стенках закреплена перегородка 4, разделяющая его на две части и служащая направляющей для корзин 9. Крышка 3 открывается и закрывается с помощью рычажно-винтовой системы 5, смонтированной с правой стороны котла. Сборник бульона 6 - цилиндрическая емкость с крышкой, выполненная из листовой нержавеющей стали. Для наполнения бульоном и его слива в корпусе сборника предусмотрены отверстия с патрубками.

В котел электроталью7 и захватным устройством 8 устанавливают корзины 9 с субпродуктами, затем заливают воду и подают пар через барботер. При достижении заданной температуры внутри котла начинается варка. После ее окончания бульон с жиром частично сливают в сборник, открывая вентиль на сливном трубопроводе.

Рисунок 14- Котел К7-ФВЕ



4.Расчетная часть

4.1 Технологический расчет

Производительность варочного котла М , кг/ч , как аппарата периодического действия найдём из формулы:

(1)

где- продолжительность цикла обработки, с, составляет 3-6 часов;

G₀ - единовременная загрузка продукции, кг;

с - плотность продукта, согласно источнику , кг/ (печень говяжая = 1020 кг/ )

ц- коэффициент заполнения, он зависит от вида операции и обработки продукции в интервале 0,6-0,85;

V - геометрический объём аппарата, мі.

кг/ч

4.2 Конструктивный расчёт

Толщины стенок варочного сосуда и рубашки определяется условиями обеспечения их надёжной эксплуатации, что в свою очередь, связано с прочностью конструкции и устойчивостью к линейным деформациям. Узел варочный сосуд-рубашка воспринимает нагрузку, представляющую воздействие наружного и внутреннего давления.

За счёт перепада давлений стенки цилиндрической части сосуда и рубашки, а также днища различной формы испытывают напряжение.

Выбор толщины стенок д, мм , производится не только из условий прочности, но и с учётом коррозии металлических стенок при длительной эксплуатации, а также учитывается возможность вероятностного утоньшения стенок в результате изготовления элементов конструкции и вычисляется по следующей формуле

Д = Др + с₁ + с₂ + а

где Др- расчётная толщина стенки, обеспечивающая надёжную работу конструкции под нагрузкой без разрушения, мм;

с₁ - прибавка к расчётной толщине, учитывающая процессы коррозии при работе конструкции, мм;

с₂ - прибавка к расчётной толщине, компенсирующая возможное локальное уменьшение толщины стенок при изготовлении аппарата, мм;

а - изменение толщины стенки, связанное с округлением результата вычислений суммы (Др + с₁ + с₂) до ближайшего стандартного значения толщины листа, из которого изготавливается конструкция.

Прибавка к расчётной толщине, учитывающая процессы коррозии при работе конструкции рассчитывается по следующей формуле

с₁ = Аф

где А - скорость коррозии металла, мм/год ;

ф - срок службы аппарата, лет ( 10 лет)

С₁ =0,4?10=4 мм

Прибавка к расчётной толщине (с₂), компенсирующая возможное локальное уменьшение толщины стенок при изготовлении аппарата принимается равной (5…15) , мм.

Расчётная толщина стенок Др , мм , цилиндрических устройств из условий прочности определяется исходя из следующего

Др = ,

где ?Рmax - максимальный перепад давлений, который может испытывать цилиндрическая стенка варочного сосуда (или рубашка), МПа (для котла принимаем 0,05 МПа);

D - внутренний диаметр цилиндра (для варочного сосуда D=D1, а для рубашки D=D2) мм;

[у] - допускаемое напряжение материала стенки мПа

ц - коэффициент прочности сварных швов

?р = мм

Тогда толщина стенки:

? = 2,43+ 4+ 0,15 = 6,58 мм.

Следовательно, толщина стенок варочного сосуда составила 7 мм. Толщину стенки рубашки принимаем такую как и для варочного сосуда.

В связи с тем, что пищеварочные котлы с цилиндрической формой варочного сосуда в основном устанавливаются автономно их размеры по длине и ширине не ограничены. Высота же котла (Н) принимается исходя из удобства обслуживания с учетом принятого в нашей стране модуля М =100 мм и сложившейся практика конструирования модульных тепловых аппаратов. Принимаем Н= НР + НП = 1100 мм. Полный объем варочного сосуда V , дм³ , котла с учетом коэффициента заполнения найдем по формуле:



V=,

где V_п- полезный объем варочного сосуда, дм³;

К - коэффициент заполнения варочного сосуда (К = 0,80).

V = дм³

Внутренний диаметр варочного сосуда Д_В , м , можно определить исходя из соотношения Н_В/Д_В, которое для стационарных пищеварочных котлов составляет примерно 0,6 [4]. При этом, исходя из удобства обслуживания, максимальная высота варочного сосуда не должна превышать 0,6 м. Тогда

V = ,

Откуда диаметр варочного сосуда Д_В найдем по формуле:

Д_{В =} ,

Дв = = 1,71 м,

где V - полный объем варочного сосуда, м³⁾

Принимаем Д_В= 1710 мм, тогда

Н_В=,

Нв= 1,03 м



С учетом толщины стенки варочного сосуда (7 мм) его наружный диаметр (Двн) составит 1717 мм

Паровая рубашка у стационарных пищеварочных котлов в зависимости от их вместимости, типа и фирмы производителя колеблется в пределах 20…40 мм. Принимаем толщину паровой рубашки у проектируемого котла 30 мм. Тогда внутренний диаметр рубашки (Д_Р) составит

Д_Р=1717 + 30 = 1747 мм

С учетом толщины стенки рубашки котла 7мм его наружный диаметр(Днр ) составит 1754 мм.

При стационарном режиме тепловая изоляция будет иметь температуру со стороны наружной стенки 60 °С, а со стороны паровой рубашки - 100 °С. Теплопроводность шлаковаты составляет 0,058 Вт/(м?К),

Коэффициент теплоотдачи б , рассчитывается по формуле:

б=9,74+0,07(tп?tв)

где tп- средняя температура i-гo элемента ограждения аппарата при соответствующем режиме его работы, °С

tв- температура окружающей среды, °С

б = 9,74 + 0,07(60 - 20) = 12,5 Вт/(м²К).

Толщина слоя теплоизоляции определяется по формуле :

д_из= 0,058?(100-60)/12,5?(60-20)= 0,0046 мм.

Тогда внутренний диаметр кожуха (Двнутр) будет равен:

Двнутр= 1754 + (4,6?2) = 1762,3 (1763) мм.

Рубашка варочного сосуда опускается ниже его днища примерно на 30 мм. Соответственно высота рубашки котла (Н_Р) равна:

Н_Р = Н_В+ 30 = 1030 + 30 = 1060 мм.

Откуда высота постамента составит

Н_П = 1100 - 1060 = 40 мм.

4.3 Тепловой расчёт

При подводе энергии в тепловой аппарат выполняется тепловой расчет с целью определения требуемой поверхности теплообмена, удаления влаги из материала, расхода энергоносителя и т.п. Тепловой расчет позволяет выбрать энергоноситель, способ нагрева и конструкцию теплообменной поверхности с учетом тепловых потерь и изоляции. Одной из форм выражения закона сохранения энергии является уравнение теплового баланса. Это уравнение показывает, какое количество энергии поступает в аппарат с энергоносителем и как оно тратится на те или иные процессы, происходящие в аппарате, и, таким образом, позволяет оценить эффективность его работы путем анализа количественного соотношения отдельных энергозатрат при проведении теплового процесса. В реальных аппаратах подведенная к ним энергия расходуется не только на проведение требуемого технологического процесса, но и на различного рода процессы, неизбежно сопутствующие ему, что приводит к непроизводительным затратам энергии. Анализ этих затрат позволяет выделить среди них наиболее существенные и наметить пути их уменьшения, т. е. сделать аппарат более совершенным.

Уравнение теплового баланса для паровых пищеварочных котлов имеет вид:



Q = Q1+ Q5+ Q6

где Q - общее количество теплоты , затраченное в процессе , кДж

Q1 - количество теплоты затраченное на нагрев продукта (свинина) , кДж

Q5-потери теплоты в окружающую среду, кДж.

Q6 - тепло, затраченное на разогрев конструкции котла, кДж;

Определяем количество теплоты затраченное на нагрев продукта:

Q1=W? c (tк - tн)+Gпр? cпр(tпрк - tпрн)+?Wr,

где W - общее количество воды, заливаемой в рабочий объем аппарата, кг

с=4190- теплоемкость воды Дж/(кг•К);

G=1647,3кг -суммарное количество отдельных продуктов, загруженных в аппарат, кг;

tк, tн- конечная и начальная температуры воды, °С.

tк=92,5°C и tн=20°С. В процессе слабого кипения (варки) тепло расходуется на потери в окружающую среду.

Спр - теплоемкость продукта (свинина полужирная 3056)

tпрк , tпрн-конечная и начальная температура продукта соответственно, °С.

?W- количество влаги удаляемой в процессе кипения содержимого котла, кг;

r- удельная теплота парообразования, кДж/кг,

Q1= 1417?4190?(92,5-20)+1647,3?3600?(92,5-20)+30?2307=860?кДж



Определение потерь тепла из котла в окружающую среду

Q5 =?б•F•(tп?tв)?ф ,

где F- площадь наружная поверхность i-го элемента,

б- коэффициент теплоотдачи, Вт/? К , °С

tп- температура поверхности теплоизоляции котла, °С

tв- температура окружающей среды, °С

Коэффициент теплоотдачи б , для элементов котла рассчитывается по формуле:

б=9,74+0,07(tп?tв)

где tп- средняя температура i-гo элемента ограждения аппарата при соответствующем режиме его работы, °С

tв- температура окружающей среды, °С

Средняя температура i-гo элемента ограждения tп , аппарата рассчитывается по формуле:

tп=tн+tк2 ,

Средняя температура для поверхности котла:

tп1==60 °С

Средняя температура для крышки аппарата:



tп2==55 °С

Тогда коэффициент теплоотдачи для поверхности варочного котла равен:

б1=9,74+0,07(60?20)=12,54 Вт/?К

Коэффициент теплоотдачи для крышки варочного котла равен:

б2=9,74+0,07(55?20)=12,19 Вт/?К

Площадь поверхности котла F , , рассчитывается по формуле:

F = р ? D1? ?

где D1- диаметр варочного сосуда, м

h- высота варочного сосуда, м

F=3,14?1,71?0,6=3,22

Площадь поверхности крышки F рассчитываем по формуле:

F= р ?,

где D2- диаметр крышки котла, м



F= 3,14 =2,41

Таким образом :

Q5=(12,54?3,22 ?(60-20)+12,19?2,41?(55-20))?4200=4320166,42 Дж

Определяем расход тепла на разогрев конструкций котла

Q6=Q6м

где Q6м- тепло, затраченное на нагревание металлоконструкций котла, кДж;

Q6м =C•G•(tк-tн)

где С=0,5?- теплоемкость металлоконструкций котла, Дж/(кг•°С);

G=700 кг - вес металлоконструкций котла, кг (из условия);

tк=100°C- средняя температура нагрева металлоконструкций котла, °С

tн=20°С, tн-начальная температура металлоконструкций котла, °С.

Q6м =0,5• 700? (100-20)=28? Дж

Тогда общие затраты теплоты рассчитываются по формуле :

Q=860?+4,32?+28?=892,32? Дж

Определим необходимый расход пара D , кг , расходуемого в процессе варки по формуле:



D = Q/ ( h??h?)

где h?и h? - удельные энтальпии пара и конденсата , кДж/кг.

Для заданного давления пара Р = 0,3 МПа.

h?=340,57 кДж/кг

h?=2675,53 кДж/кг

Расход пара будет равен:

D=892320000/ (2675,99 -- 340,57) = 382071 кг

Коэффициент полезного действия котла ? , определяем по формуле:

? = ? 100%

? = •100% = 96,37%



5.Правила эксплуатации и требования безопасности

При выполнении курсового проекта ознакомилась с особенностями эксплуатации оборудования для варки продуктов, с основными признаками классификации этого оборудования, изучили принцип работы варочного котла К7-ФВЕ , правила эксплуатации этого аппарата. В ходе выполнения работы был произведен расчет производительности разрабатываемого аппарата, тепловой расчет и конструктивный расчет . Выполнен чертеж общего вида варочного котла и рабочих органов( решетка-фильтр и барботер), а также выполнена машинно-аппаратурная схема производства ливерных колбас.

Размещено на Allbest