Електричні харчоварильні котли з непрямим обігрівом

 

 

 

 

 

Курсова робота

з дисципліни:

«Устаткування закладів ресторанного господарства»

на тему: «Електричні харчоварильні котли з непрямим обігрівом»

для учнів спеціальності 5.05170101

«Виробництво харчової продукції»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:                         учень гр. ВХП-5                      

 

Перевірив: викладач 

 

 

 

Робота допущена до захисту з оцінкою _______________________

 

 

 

2014р.

 

ЗМІСТ

 

	Вступ	3
1.	Загальна частина	4
1.1	Загальна характеристика електричних харчоварильних котлів з непрямим обігрівом	4
1.2	Будова, складові частини електричних харчоварильних котлів з непрямим обігрівом	5
1.3	Принцип роботи електричних харчоварильних котлів з непрямим обігрівом	10
2.	Організаційно-експериментальна частина	16
2.1	Техніко-економічне обґрунтування теми проекту	16
2.2	Розрахунки, що підтверджують працездатність конструкції	17
3.	Проект машини	23
3.1	Опис модернізованої конструкції котла газового  секційного модульного  КПГСМ-60	23
4	Складання нормативної документації	24
4.1	Принцип дії котла газового  секційного модульного  КПГСМ-60	24
4.2	Інструкція  з техніки безпеки при експлуатації газового  секційного модульного  КПГСМ-60	25
	Висновок	29
	Використана література	31

 

 

ВСТУП

 

            На підприємствах громадського  харчування харчоварильні котли використовуються для основного способу варіння, призначені для варіння бульйонів, приготування супів, каш, гарнірів, солодких страв, кип'ятіння молока та інших процесів.

            Застосовуються котли періодичної  дії, робота яких заснована кип'ятінні відповідних продуктів у рідкому середовищі: воді, молоці або бульйоні. Варка в рідкому середовищі заснована на фізико-хімічних перетвореннях речовин, що входять до склад продукту, які протікають під впливом теплоти і вологи, часто на закономірності екстрагування (витяги) поживних речовин з твердої фази в рідку.

Ефективність діяльності сучасних закладів готельно-ресторанного бізнесу базується на використанні різноманітного за принципом дії і конструктивним виконанням устаткування.

Метою курсової роботи є ознайомлення з електричними харчоварильними котлами з непрямим обігрівом, що забезпечує роботу підприємств ресторанного господарства, вивчення основ раціональної експлуатації обладнання, модернізація котла секційно-модулбованого КПГСМ-60.

 

 

 

 

І ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

 

1. Загальна характеристика електричних харчоварильних котлів з непрямим обігрівом

 
          Харчоварочні котли можуть бути з безпосереднім і непрямим обігрівом. Широке застосування знайшли котли саме з непрямим обігрівом через теплоносій (водяна пара), так як у них виходить страва і виріб кращої якості (не підгорає), мають високий ККД, в них простіше регулювати тепловий режим.

         Основні  технічні вимоги, пропоновані до  конструкцій харчо варильних котлів, зводяться до отримання високоякісного продукту з максимальним збереженням харчових, мінеральних, екстрактивних речовин і вітамінів, при мінімальних витратах тепла й фізичного темпу обслуговуючого персоналу.

         Харчоварильні котли випускаються: стаціонарні та пересувні, перекидні і неперекидні, на електричному, газовому обігріві, рідше на паровому і вогневому обігріві. Набагато широке застосування знайшли на підприємствах громадського харчування харчоварильні котли на електричному обігріві, так як вони безпечніші в експлуатації, мають можливість регулювання теплового режиму в широкому діапазоні. Варильна посудина котлів зазвичай мають циліндричну форму з плоским, вигнутим або увігнутим днищем.

         Харчоварильні котли розрізняють по ємності (від 40 до 250 літрів), за потужністю нагрівальних елементів.

         Характеристика  процесу варіння. Варильні обладнання  широко використовують не тільки  в гарячих цехах підприємств  громадського харчування, а й  на підприємствах м'ясної, молочної  та консервної промисловості. Варка - один з основних видів теплової обробки харчових продуктів. Це процес гідротермічної обробки, що полягає в нагріванні речовини в рідкому середовищі. Такий середовищем можуть служити вода, бульйон, молоко, соус, сік, сироп і вологий насичений пар.

           Теплотехнічна особливість процесу варіння характеризується обмеженням температури гріючого середовища, а, отже, і температури поверхневого шару продукту, температурою кипіння рідини, однозначно визначається тиском у робочому обсязі апарату.

             Оскільки при варінні продукт нагрівається вологим середовищем, то навіть при як завгодно великому тепловому потоці виключаються перегрів поверхні продукту, а отже, й випаровування вологи. При цьому створюються оптимальні умови для поверхневого нагріву харчового продукту, так як вологий внутрішній шар характеризується максимальним коефіцієнтом теплопровідності.

 

2. Будова, складові частини електричних харчоварильних

котлів з непрямим обігрівом

 

       На підприємствах громадського харчування для приготування перших, других, третіх страв та соусів застосовують харчоварильні електричні котли. За способом нагрівання їх ділять на котли з безпосереднім нагрівом та непрямим. За конструкцією - на стаціонарні та перекидні.

      Всі харчоварильні котли класифікуються наступним чином. По виду використовуваної енергії: підрозділяються на твердо - паливні, електричні, газові і парові.

         За способом обігріву робочої камери: на котли з безпосереднім (твердопаливні, газові) і непрямим обігрівом, де в якості проміжного теплоносія використовується дистильована вода.

За способом установки: на неперекидні, перекидні і зі знімним варильних посудиною.

         За геометричними розмірами варильного судини: на немодульовані секційні і модульовані та котли під функціональні ємності. Немодульовані харчоварильні котли мають циліндричну форму варильного судини. Секційні модульовані котли і котли під функціональні ємності мають варильний посудину з прямокутної (в плані) варильної ємністю. Варильний посудину котлів під функціональні ємності має в плані розміри, відповідні розмірам функціональних ємностей.

            За класифікацією всі харчоварильні котли мають буквено-цифрову індексацію. У немодульованих котлів букви позначають групу, вид котла і вид енергоносія, а наступні за ними цифри - місткість варильного судини в дм.   

        Стаціонарні харчоварильні котли з непрямим нагрівом.  На сьогоднішній час випускаються котли з герметичними кришками типу КПЕ-100, КПЕ-160, КПЕ-250. З негерметичними кришками типу КПЕ-100НГ, КПЕ-160НГ, КПЕ-250НГ. Відрізняються вони вмістом, потужністю та габаритами.

         Котел харчоварильний електричний КПЕ-160. Електричний котел харчоварильний моделі КПЕ-160 використовується в цілях приготування різноманітних страв, інверта, цукрового сиропу, глазурі, джему, зефірної маси, а також різних начинок. Котел варильний КПЕ160 застосовується в галузях харчової промисловості.

 

 

 

 

Рис. 1.1  Принципові схеми котлів з непрямим способом нагрівання

а – стаціонарні; б – перекидні; 1 – варильна ємність; 2 – пароводяна сорочка;

3 – затискачі; 4 - клапан-турбінка; 5 – кришка; 6 – запобіжний клапан; 7 – манометр; 8 – воронка; 9 – поворотний механізм; 10 – станина; 11 – парогенератор;

12 – теплова ізоляція; 13 – кран для зливання рідини; 14 – захисна сітка;

15 – кран для зливання рідини і випускання повітря

 

Електричні перекидні харчоварильні котли.

На підприємствах громадського харчування використовують перекидні харчоварильні котли КПЕ-40, КПЕ-60, які аналогічні за конструкцією, але відрізняються місткістю котлів та габаритами.

 

1— варильна ємкість; 2— зовнішній казан; 3— теплоізоляція; 4— пароводяна сорочка;

5— парогенератор; ;6— фланець; 7— постамент; 8— інжесекційний пальник;

 9— поворотний кран; 10— манометр; 11— наповнювальна лійка; 12— кран рівня; 13— дверці; 14— блок газової автоматики.

 

  Котли харчоварильні електричні секційні модульні.

            На підприємствах громадського харчування широке застосування одержали котли харчоварильні секційні модульні електричні КПЕСМ-60 та КПЕСМ-60М, які аналогічні за конструкцією, габаритами та потужністю.

        Котел КПЕСМ-60М складається з варильного котла, виготовленого з нержавіючої сталі, та кожуха. Замкнутий простір між ними створює пароводяну сорочку, в нижній частині якої змонтовані три тени й електрод захисту від "сухого ходу". Котел поміщений у прямокутний корпус і встановлений на двох тумбах. Тумби розташовані на звареній рамі, яка має регульовані за висотою ніжки. З боків тумби облицьовані листовою сталлю, а зверху — нержавіючою сталлю. В тумбах змонтовані чавунні кронштейни підшипників ковзання, на які опирається своїми цапфами котел. В лівій тумбі встановлена станція керування з електроапаратурою. На лицьову сторону тумби виведені сигнальні лампи "Сильно" (зелена), "Слабко" (жовта), лампочка "Немає води", кнопки "Пуск", "Стоп" й перемикач для встановлення режиму роботи. Котел має два режими роботи. В правій тумбі знаходиться механізм перекидання котла, маховик якого виведений на передню панель тумби.

Варильний котел закривається кришкою, яка має фіксуючий пристрій. Пароводяна сорочка сполучена патрубком із арматурним стояком, на якому розташований електроконтактний манометр, запобіжний клапан й наповнювальна лійка.

          Над котлом встановлений місцевий вентиляційний відсмоктувач, який кріпиться на рамі котла і сполучений з загальною системою вентиляції. Котел входить до складу технологічної лінії модульного обладнання.

 

 

 

 

 

 

1, 27 - сливні крани; 2 – запобіжний клапан; 3 - кришка; 4 - кран для наливу води;

5 - мановакууметр; 6 - стіл; 7 - панель управління; 8 - воронка; 9 - клапан; 10 - відображувач; 11 - важиль; 12 – пробно -пусковий кран; 13 - фільтр; 14 – термо- балон датчика-реле температури; 15 - парогенератор; 16 - електронагрвачі; 17 - каркас; 18 -кожух; 19 - теплоізоляція; 20 – варочна ємкість; 21 - перемикач; 22 - датчик-реле тиску;

23 - заземлюючий зажим; 24, 26, 28 -кожух; 25 - датчик-реле температури.

 

1.3  Принцип роботи електричних харчоварильних

котлів з непрямим обігрівом

          Котел харчоварильний електричний КПЕ-160 стаціонарний. Котел закривають відкидною двостінною кришкою, яка врівноважена пружинною противагою, що дає можливість фіксувати її в будь-якому положенні. Для щільного прилягання до варильного котла кришка обладнана прокладкою з термостійкої харчової гуми та відкидними . болтами. В центрі кришки встановлений клапан-турбінка з відображувачем та паровідвідною трубкою, яка запобігає утворенню в котлі тиску вище 0,0025 МПа. Пара, яка створюється при варінні продуктів, проходить через клапан-турбінку до паровідвідної трубки й виводиться в каналізацію. Клапан-турбінка при цьому обертається.

          В нижній частині варильний котел має зливний кран, призначений для зливання рідин (молока, бульйону), а також води після промивання котла. Для захисту зливного крана від забруднення всередині котла встановлюють сітку з нержавіючої сталі.

         Котел обладнаний трубопроводами холодного та гарячого водозабезпечення, які розташовані під облицюванням котла. Зовні під котлом встановлена змішувальна трубка з поворотним патрубком, яка при закриванні котла автоматично відводиться в сторону. Водозапірні вентилі розташовані на постаменті.

          Залита в парогенератор кип'ячена вода нагрівається тенами до кипіння й частково перетворюється на насичену пару, яка заповнює весь простір пароводяної сорочки, і, доторкаючись до стінок варильного котла, конденсується, виділяючи при цьому велику кількість тепла, за рахунок чого відбувається нагрівання продуктів у варильному котлі. Конденсат стікає в парогенератор й знову пе­ретворюється на пару.

        Оскільки в пароводяній сорочці утворюється підвищений тиск, кожний котел має запобіжну й регулюючу апаратуру.

         В якості запобіжної апаратури котел обладнаний подвійним запобіжним клапаном, розташованим на арматурному стояку і сполученим з пароводяною сорочкою. Подвійний пароводяний запобіжний клапан - це циліндричний корпус, в якому розміщені два клапани: паровий та вакуумний. Паровий клапан служить для випускання пари з пароводяної сорочки, якщо робочий тиск перевищує 0,05 МПа. Паровий клапан відрегульований на заваді та запломбований. Вакуумний клапан відкривається під тиском зовнішнього котла, коли після вимкнення котла в пароводяній сорочці внаслідок конденсації пари утворюється понижений тиск. Через клапан, що відкрився, в пароводяну сорочку поступає повітря й тиск вирівнюється. В сучасних конструкціях котлів подвійний запобіжний клапан суміщений з повітряним клапаном, що дає можливість вручну випускати повітря з пароводяної сорочки в початковий період нагрівання. Для того, щоб під час роботи паровий клапан не прикипав, до сідла встановлюють важіль підривання.

            До регулювальної апаратури відноситься контрольно-вимірювальний прилад - електроконтактний манометр ЕКМ, встановлений на арматурному стояку. Прилад вимірює тиск пари в пароводяній сорочці та здійснює регулювання нагріву. ЕКМ має одну рухому ма­нометричну стрілку, яка показує тиск пари в сорочці, та дві нерухомі. Міняючи за допомогою ключа положення стрілок нерухомих контактів, задають нижній та верхній рівні тиску в пароводяній сорочці. Всі три стрілки підключені до електросхеми автоматики котла.

          Котел має два режими роботи. При першому режимі він вмикається на повну потужність. Внаслідок підвищення тиску в пароводяній сорочці котла манометрична стрілка підходить до верхнього нерухомого контакту. При цьому відбувається замикання електросхеми автоматики та відключення п'ятьох тенів. Варіння відбувається при роботі одного тена, тобто на 1/6 потужності котла. Тиск у пароводяній сорочці трохи падає, а варіння здійснюється в режимі "тихого кипіння".

          В процесі варіння неодноразово відкривають кришку котла (знімають піну, жир, добавляють пасеровані овочі, спеції), що визиває його охолодження та зниження тиску в пароводяній сорочці нижче заданої межі. Тому, як тільки манометрична стрілка доторкнеться до контакту нижньої межі, відбувається вмикання ще п'ятьох тенів, і котел знову починає працювати на повну потужність.

          При другому режимі котел працює на повній потужності до моменту закипання, а потім повністю відключається. Досмажування продуктів здійснюється за рахунок акумульованого тепла без витрат електроенергії.

         Автоматика керування тепловим режимом котла та автоматика захисту тенів від "сухого ходу" змонтовані на станції керування, які встановлюють поруч з котлом в зручному для обслуговування місці. На зовнішній стінці станції керування розташовані чотири сигнальні лампи, кнопки керування й перемикач ПК. Крім цього, кнопки керування є і на арматурній станції котла.

          Для вмикання котла слід натиснути на кнопку "Пуск", при цьому загораються сигнальні лампи Л1, Л2, Л3. Як тільки котел перейде на 1/6 потужності, відключається лампа Л3. ЛампаЛ1 горить при подачі напруги до котла та при нормальному рівні води в парогенера­торі. Лампа Л2 сигналізує про роботу одного тена, лампа Л3 - про підключення до мережі п'яти тенів. При загоранні лампи Л4 решта ламп відключається. Лампа Л4 сигналізує про відключення елекронагрівачів котла через недостатню кількість води в парогенераторі.

           Режим роботи котла встановлюють за допомогою перемикача ПК перед включенням котла: положення "І" відповідає режиму розігріву котла, положення "ІІ" - автоматичній роботі.

            Котел харчоварильний електричний КПЕ-60 перекидний. Котел встановлений на чавунній вилкоподібній станині за допомогою двох цапф, які закріплені на зовнішній стороні корпуса котла. Вилкоподібна станина має закріплені підшипники, за допомогою яких здійснюється обертання цапф (перекидання котла). Перекидання відбувається при обертанні маховика поворотного механізму, встановленого на правій стійці вилкоподібної станини і сполученого з цапфою шляхом шпонки. Поворотний механізм має черв'ячну передачу.

         Котел складається з варильного котла, виготовленого з нержавіючої сталі, й зовнішнього корпуса. Зовнішній корпус покритий теплоізоляцією та облицьований листовою сталлю. Замкнутий простір між варильним котлом й зовнішнім корпусом створює па­роводяну сорочку, на знімальному дні якої змонтовані три тени й встановлені електроди захисту тенів від "сухого ходу".

          Варильний котел закривається легкознімальною кришкою, яка має в центрі ручку, а з внутрішньої сторони - гачок, за допомогою якого кришку вішають на кронштейн. Кронштейн закріплений на водопроводі, підведеному до котла. Водопровід закінчується пово­ротною трубкою й має водозапірний вентиль.

         Через парову цапфу проходить трубка, яка з'єднує арматуру стояка з пароводяною сорочкою. На арматурному стояку встановлені: електроконтактний манометр, подвійний запобіжний клапан та наповнювальна лійка. В нижній частині корпуса котла є кран рівня. Поруч з котлом встановлена станція керування. Передбачене також автоматичне відключення тенів від електромережі при пе­рекиданні котла. Далі побудова та принцип дії котла аналогічні побудові та принципу дії котла КПЕ-160.

          Котли харчоварильні електричні секційні модульні. На підприємствах громадського харчування широке застосування одержали котли харчоварильні секційні модульні електричні КПЕСМ-60 та КПЕСМ-60М, які аналогічні за конструкцією, габаритами та потужністю.

         Перед початком роботи оглядають котел та перевіряють його готовність до роботи. При необхідності в пароводяну сорочку через наповнювальну лійку добавляють кип'ячену воду до тих пір, поки вона не виливатиметься через відкритий кран рівня.

                    Під час першого пуску котла в його сорочку заливають 7-8 л кип'яченої води, яка попередньо повинна бути відстояна в якій-небудь посудині протягом 24 годин.

                  На електроконтактному манометрі встановлюють границі нижнього та верхнього тиску. Як правило, стрілку електроконтактного манометра, яка відповідає нижній межі тиску, встановлюють на величину 0,005, а стрілку верхньої межі, яка відповідає верхній межі тиску - на величину 0,035 МПа.

             Наладжують манометр таким чином: у гніздо, яке розташоване в центрі манометра, вставляють спеціальний ключ і, повернувши його від себе, встановлюють стрілки в необхідне положення.

              Після включення котла до електромережі рукоятку пакетного перемикача режимів роботи котла встановлюють у положення "І" або "II".

              Положення "І" - для варіння супів. Після розігрівання котла до величини верхньої межі тиску відбувається автоматичне відключення значної частини його електричної потужності і лише 1/6 частина її забезпечує режим "тихого ходу", внаслідок чого страва буде доведена до готовності.

            Положення "II"- для варіння крупів, овочів, макаронів. У цьому випадку після розгорання котла відбувається повне відключення його від електромережі і продукти доварюються за рахунок тепла, акумульованого котлом.

            Після заповнення котла продуктами та водою його накривають кришкою і натискають кнопку "Пуск". Одночасно загорається сигнальна лампа "Сильно". Для продувки пароводяної сорочки котла кран його наповнювальної лійки залишають відкритим. Після того, як з лійки з'явиться щільна струмина пари, кран її закрива­ють. Така продувка прискорює розігрівання котла при мінімальних витратах електроенергії.

           Після відключення 5/6 електричної потужності котла лампа "Сильно" погасне і загориться лампа "Слабко".

           Під час роботи контролюють роботу електроконтактного манометра та запобіжного клапана.

          Після закінчення варіння натискають на кнопку "Стоп", обережно відкривають кришку та виймають вміст котла.

          Після розвантаження котла його промивають гарячою водою з додаванням соди.

        Автоматичний захист тенів від "сухого ходу" відключає тени котла при недостатньому рівні води в парогенераторі та пароводяній сорочці, а також усуває можливість ввімкнення котла, якщо перед роботою в сорочку не залита вода. В обох випадках на передній панелі котла загорається сигнальна лампа "Немає води".

 

 

ІІ ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

 

2.1 Техніко-економічне обґрунтування  теми проекту

            Котли з газовим обігрівом мають перевагу перед електричними, так як вони дешевші за рахунок більш дешевого палива - газу. Одиниця теплоти, отримана в результаті спалювання газу, в 7-13 разів дешевше, ніж при використанні електричної енергії. При місткості газового котла 250 л, тривалість розігріву 60 хв, витрата газу в період розігріву 4,2 м3/год, що відповідає потужності тенів (в камері згоряння) 46,6 кВт.

         В той же час потужність тенів котлів електричних дорівнює 30 кВт при такому ж обсязі варильного судини і часу нагрівання, що і у котла КПГСМ-250. Настільки висока потужність топки котла пояснюється його більш низьким ККД порівняно з ККД котлів з електронагрівом. ККД котла КПГСМ-250 становить 60 - 65 %.

        Таке низьке значення ККД пояснюється великими втратами тепла з відхідними газами. В режимі варіння витрата газу становить 0,7 м3/год, що відповідає потужності тенів 7,7 кВт. Однак вартість одиниці теплоти, що виробляється на газ набагато дешевше, що перекриває витрати.

 

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА

 

Корисна ємкість, л	60
Тривалість розігріву, хв	55
Граничний робочий тиск пари в сорочці, кг/см	20,5
Габарити, мм : - довжина - ширина - висота	935 1025 1040
Маса, кг	140

 

 

2.2 Розрахунки, що підтверджують працездатність конструкції

 

      Технологічні розрахунки:

1. Продуктивність П (кг/с) апарату періодичної дії у загальному випадку можна визначити за формулою:

m - маса завантаженого в апарат продукту, кг;

- тривалість технологічного циклу, з,

2. Технологічний цикл складається з завантаження продукту в котел, обробки продукту і розвантаження котла.

Отже:

де  - час, необхідний для завантаження продукту в котел, його обробки і розвантаження котла, с. Приймемо, з урахуванням всіх операцій, час технологічного циклу - 2400 с.

3. Масу продукту m, що завантажується в апарат за робочої місткості апарату розраховуємо за формулою:

   де      - щільність завантажуваного продукту, кг/м3. Приймемо щільність, яка дорівнює 1340 кг/м3;

внутрішній об'єм або місткість апарату, величина задана і дорівнює 0,06 м3;

- коефіцієнт заповнення об'єму  апарату, приймемо = 0,8.

       Тоді, маса складе:

  = 64 кг.

       Одержимо продуктивність:

  або 72 кг/год

          
    Теплотехнічні розрахунки:

Корисна теплота - Qпол, Вт, визначається в залежності від масової витрати продукту - П, кг/год та його середньої питомої масової теплоємності - с, Дж/ (кг.К) в інтервалі заданих температур (t - tн), °С.

Qпол = П * з  * (t - tн) / 3600,Де з - питома теплоємність. Питому теплоємність можна розрахувати за формулою:

з = 4190 - (2514 - 7,54t) а, Дж/ (кг*К);

де - 4190 - теплоємність води, Дж/ (кг*К);

t - температура розчину, 0С;

а - концентрація сухих речовин в масі, кг/кг;

 

при СВ = 1,5 %, а= (100 - 1,5) /100 = 0,985

або,

з= 4190 - (2514 - 7,54×125) × 0,985 = 2642

 

Початкову температуру у відповідності з температурою середовища приміщення приймаємо у величині - 30°С, а кінцеву температуру продукту необхідно прийняти - 125°С.

 

Qпол= 72 *2642 * (125 - 30) / 3600 = 5019 Вт

 

Зазвичай витрати теплоносіїв в теплообмінних апаратах визначають по рівнянню теплового балансу. Так як апарат розраховується на задану продуктивність по продукту - П, кг/год, то витрата пара - Д, кг/с буде дорівнювати:

Д = Qпол * Хп / (іп - i к);

де: Qпол - корисна теплота (тепловий потік), Вт (див.;

Хп - коефіцієнт теплових втрат.

Хп = 1,03 - 1,05;

іп та ік - питомі втрати пара і його конденсату, Дж/кг, в залежності від температури насичення пари або тиску пара.

Для пари складе:   іп = 2750 кДж/кг;

           конденсату ік = 136,2 кДж/кг

Д= 5019 * 1,03/ (2750 - 136,2) = 1,97 кг/з

Визначимо площу поверхні нагріву.

Потрібна для нагрівання площа поверхні теплообміну F, м2 визначається з основного рівняння теплопередачі.