Разработка жарочной поверхности

курсовая.pdf

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)
Факультет «Пищевые технологии»
Кафедра «Пищевая инженерия»
«Расчт и проектирование теплового оборудования»
ПОЯНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине «Оборудование предприятий общественного питания»
.ЮУрГУ – ПТ – 450 ПЗ КП
Нормоконтролер преподаватель
Руководитель преподаватель
студент группы ПТ-450
РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ТЕПЛОВОГО АППАРАТА 5
РАСЧЕТ ТЕЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 7
Основные принципы расчета 7
Определение полезно используемого тепла 8
Определение потерь тепла в окружающую среду 10
нестационарном режиме работы теплового аппарата 13
стационарном режиме работы теплового аппарата 15
Определение потерь тепла на нагрев оборудования 13
Уравнение теплового баланса 17
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ 18
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 23
Разработ. Курятников ий
ЮУрГУ – ПТ – 450 ПЗ КП
Целью курсового проекта является знакомство с основными принципами
работы и проектирования теплового оборудования.
Основной задачей проекта является разработка жарочной повеохности с
заданными параметрами и функциями путем проведения необходимых
Графическая часть проекта представляет собой общий вид оборудования
схему расположения и сборочный чертеж электронагревателей.
производства жареных основным способом штучный изделий в горячем цехе
рационально применение жарочных поверхностей. Они предназначены для
жарки продуктов основным способом как самостоятельно так и в составе
технологических линий. К сковородам предъявляются следующие основные
жарочная поверхность должна обладать антипригарными свойствами;
температура всей жарочной поверхности должна быть равномерной.
Для выполнения первого требования конструкция данного теплового
оборудования должна обеспечивать точную горизонтальную установку
жарочной поверхности. Наиболее простым способом выполнения этого
является применение винтовых ножек. Антипригарность во многом зависит от
свойств материала жарочной поверхности и от качества ее обработки.
Наиболее предпочтительным материалом является чугун который обладает:
высокой твердостью что позволяет получить низкую шероховатость при
механической обработке;
низким коэффициентом теплового расширения что практически
исключает термическую деформацию при эксплуатации.
Высокая теплоемкость чугуна обеспечивает равномерный нагрев жарочной
поверхности и ее медленное остывание также на равномерность нагрева
большое влияние оказывает конструкция и расположение нагревательных
ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИИ
РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ТЕПЛОВОГО АППАРАТА
Рабочая камера жарочных поверхностей (рисунок 1.1) представляет собой
гладкую рифленую или комбинированную горизонтальную поверхность с
небольшими бортиками или без них. Данные сковороды предназначены для
жарки на нагретой поверхности рыбы мяса овощей приготовления яичницы
и других изделий в малом количестве жира или без него что позволяет
готовить безопасную и здоровую пищу экономить пищевой жир и ускорить
процесс приготовления.
Рабочие поверхности таких сковород изготавливают из шлифованного
чугуна жаропрочной или нержавеющей стали. В последнее время появились
жарочные поверхности из стеклокерамики. Некоторые сковороды имеют
рифленую гладкую и комбинированную включающую как гладкую так и
рифленую поверхности. В бороздках рифленой поверхности 1 происходит
испарение жидкости выделяющейся из пищевого продукта и образующийся
пар дополнительно нагревает пищу ускоряя тепловую обработку и сохраняя
полезные вещества содержащиеся в исходном продукте. Кроме того жарка на
рифленой поверхности позволяет получить специфический рисунок.
Для сбора жира и отвода других стекающих жидкостей по периметру
рабочей поверхности имеется специальный желоб 2 с отверстием 3. Жидкость
и жир собирается в выдвижных емкостях 4 откуда их легко удалить.
Жарочные поверхности оснащаются терморегулятором 5 позволяющим
поддерживать температуру в пределах до 300350 0С. Некоторые аппараты
имеют несколько рабочих зон с раздельной регулировкой нагрева. При
напольной установке в качестве основания используются металлические
стеллажи или инвентарные шкафы 6. [1]
Рисунок 1.1 Конструкция жарочной поверхности
РАСЧЕТ ТЕЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1 Основные принципы расчета
При тепловом расчете оборудования с целью определения необходимого
количества энергии и тепловой мощности для обработки того или иного
изделия необходимо составить уравнение теплового баланса представляющее
собой сумму различных составляющих энергетических затрат имеющих место
при работе аппарата. К основным составляющим энергетических затрат при
работе электрических тепловых аппаратов относятся:
полезная теплота QП затрачиваемая на непосредственную обработку
потери тепла в окружающую среду Qср;
потери тепла на нагрев оборудования Qоб.
Под нестационарным режимом понимается начальный период работы
оборудования в процессе которого оно выходит на заданный тепловой режим
при котором рабочие камеры поверхности или греющие среды (воздух вода
жир и т.д.) достигают заданной температуры. В условиях стационарного
режима теплообмен происходит без существенных изменений температуры
указанных выше конструктивных элементов. Это объясняется тем что
наступает тепловое насыщение и конструкционные материалы не способны
поглощенной ими энергии примерно равно количеству энергии отдаваемой в
окружающую среду (квазистационарное состояние).
В общем виде уравнение теплового баланса выглядит следующим образом:
для нестационарного режима
Q II QПII QсрII QобII
для стационарного режима
где QI и QII – суммарная тепловая энергия затрачиваемая соответственно
при нестационарном и стационарном режимах работы оборудования.
Так как нестационарный и стационарный режимы при тепловой
обработке продукта протекают последовательно и независимо друг от друга
то необходимую мощность оборудования определяют по тому уравнению
теплового баланса сумма которого окажется больше ( Q или
2 Определение полезно используемого тепла
При расчете полезной теплоты QП необходимо выявить на что она
затрачивается при нестационарном и стационарном режимах работы
оборудования. Прежде всего это зависит от технологии приготовления той
или иной продукции а также от типа теплового аппарата. Тип аппарата и
вид продукции приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Задание на проектирование
Габаритные Ориентировочная Дополнительные Наименование
При расчете жарочного оборудования в условиях нестационарного
режима полезная теплота затрачивается на нагрев масла при жарке основным
способом в сковороде. Количество нагреваемого масла определяют по
количеству обрабатываемых продуктов.
Для расчета полезно используемого тепла расходуемого на нагрев
пищевого жира во фритюрнице в режиме разогрева пользуются формулой:
где mж – масса пищевого жира кг;
Сж – теплоемкость пищевого жира; Сж = 1676 кДж кг оС;
t1 – температура нагрева жира (равная температуре жарки); t1 = 170 оС;
tо – начальная температура пищевого жира оС; t1 = 20 оС.
G0 – количество одновременно загружаемого полуфабриката кг
– кратность количества фритюрного жира количеству продукта;
где S и Sизд – соответствено площадь пода и одного изделия м2; по чертежу
«Общий вид оборудования» S = 0031м2; Sизд=0017м2 [6];
m – масса одного изделия кг; m = 0103кг
К = 075 – коэффициент заполнения пода;
При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из
отдельных статей расхода которые рекомендуется определить по формуле:
QП" = M .G0 . Ссп . (t2 - t4) + 001 . M . . G0 .r + 001 . M .Kк .G0 Ск (t3 - t2) (2.6)
где первое слагаемое – расход тепла на нагрев продукта;
второе – расход тепла на испарение влаги из продукта;
третье– расход тепла на образование корочки на продукте;
Ссп – средняя удельная теплоемкость полуфабриката кДж(кг оС);
Ссп= 3475 кДж (кг оС) [4]
t2 – температура нагрева полуфабриката 0С; t2 = 1000C;
t4 – начальная температура полуфабриката оС; t4 = 180С;
– истинный продукт ужарки %; =27% [5]
r – скрытая теплота испарения при атмосферном давлении кДжкг; r =
Кк – процентное содержание корки в продукте %; Кк = 15%
Ск – теплоемкость корки кДж (кг оС); Ск = 167 кДж (кг оС);
t3 – температура образования корочки оС; t3 = 140 оС
M – часовая производительность по сырью кгч
– продолжительность тепловой обработки ч; = 01ч.
Расчет полезно используемого тепла при нестационарном режиме работы.
формуле 2.5 найдем количество
По формуле 2.4 определим необходимое количество фритюрного жира:
По формуле 2.3 определим количество полезно используемого тепла при
нестационарном режиме работы аппарата:
Расчет полезно используемого тепла при стационарном режиме.
По формуле 2.7 определим часовую производительность фритюрницы:
По формуле 2.6 определим количество полезно используемого тепла при
стационарном режиме работы:
QП"= 1409.141 . 3475 . 82 + 001 . 1409 .27 .141.22582 + 001 . 1409 .15
.141 167 40=1818394 кДжч.
3 Определение потерь тепла в окружающую среду
Потери в окружающую среду при работе теплового оборудования в
основном связаны с теплообменными процессами происходящими между
окружающей средой и внешним ограждением (корпусом) оборудования.
В данном случае потери тепла в окружающую среду будут происходить
непосредственно через саму жарочную поверхность и ее бортики
Потери тепла в окружающую среду определяются по формуле:
где F – площадь поверхности теплообмена м2;
– коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в
окружающую среду кДжм2час оС;
tп – средняя температура поверхности оС;
t0 – температура окружающей среды оС;
В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место
теплоотдачи α0 кДжм2час0С в данном случае определяется по формуле:
где к – коэффициент теплоотдачи конвекцией кДжм2с0С;
л – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием кДжм2с0С.
При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего
необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при
вынужденном или свободном движении воздуха относительно теплоотдающей
В данном случае отдача тепла стенками аппарата в окружающую среду
происходит при свободном движении воздуха поэтому определяющими
являются критерии Грасгофа Gr и Прандтля Pr. Первый характеризует
интенсивность конвективных потоков возникающих вследствие разностей
плотностей рабочего тела (воздуха) и перепада температур между ними и
стенкой аппарата с учетом геометрической характеристики теплоотдающей
поверхности второй – физические константы рабочего тела. У газов число
Прандтля практически не меняется с температурой и обычно принимается
независимой от температуры (для двухатомных газов Pr 072)[ 3 с. 93].
На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu
характеризующий собой тепловое подобие.
Указанные критерии имеют следующий вид:
где v – коэффициент кинематической вязкости воздуха м2с;
геометрическим размером при этом выбирается наибольший линейный
размер (обычно высота) или диаметр (для поверхностей круглой
а – коэффициент температуропроводности воздуха м2с;
g – ускорение силы тяжести мс2;
– коэффициент теплопроводности воздуха Втм оС;
– коэффициент объемного расширения воздуха 1оС;
к – коэффициент теплоотдачи конвекцией Втм2оС;
t – перепад температур между ограждением и воздухом
При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное
уравнение имеет вид:
Величины с и n для отдельных областей изменения произведения (GrPr)
можно принять из таблицы 2.2.
Таблица 2.2 – Величины с и т
Определяющей температурой является полу?