Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Оборудование предприятий общественного питания. 4

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Задание 4

2 Основные принципы расчёта и проектирования теплового оборудования 5

2.1 Методика теплового расчёта

2.1.1 Определение полезно используемого тепла 6

2.1.2 Определение потерь тепла в окружающую среду 7

2.1.3 Определение расходуемого тепла на разогрев конструкций 14

3 Методика расчёта трубчатых электронагревателей 18

Заключение 22

Список литературы 23

Введение

Тепловым называют оборудование, предназначенное для тепловой обработки продуктов.

При конструировании и проектировании различных видов теплового оборудования, учитывают различные условия, обеспечивающие наибольшую эффективность производства и эксплуатации этого оборудования. С этой целью пользуются целым рядом различных показателей, которые образуют группу технико-экономических характеристик теплового оборудования. Технико-экономические характеристики позволяют оценить скорость обработки, энергозатраты, себестоимость, и др. показатели, которые характеризуют эффективность работы того или иного теплового оборудования. Как правило, многие из этих показателей указываются в техническом задании на оборудовании, по которому производят его проектирование, а также в техническом паспорте на оборудовании, предъявляемом покупателю на его приобретение.

Одной из важнейших технико-экономических характеристик является его производительность. В общем случае под производительностью понимают, способность оборудования совершить ту или иную работу, в том числе и связанной с обработкой какого-либо количества продукта, в течение какого-либо времени.

Целью курсовой работы по технологическому оборудованию предприятий общественного питания является получить студентами навыков в самостоятельной работе, научить студентов пользоваться справочной литературой, развить у них изобретательность, а также закрепить полученных ранее знаний по различным дисциплинам.

Выполнение проекта позволит студентам уяснить всю сложность технических решений технологических задач с тем, чтобы в своей производственной деятельности правильно ставить задачи перед инженерами-механиками для создания эффективного технологического оборудования.

1 Задание

Задание на проектирование включает в себя исходные данные в соответствии с вариантом заданий.

Разработка конструкции, расчет производительности и тепловой расчет оборудования и электронагревательных элементов производили, используя данные для реальных настольных фритюрниц, подобранных по заданию курсовой:

Таблица 1

Показатели	Значение
Номинальное количество жира, заливаемого в жарочную ванну, л	2,4
Время разогрева номинального количества жира, мин, не более	8
Количество жарочных ванн, шт	1
Номинальная мощность, кВт	2
Номинальное напряжение, В	220
Габаритные размеры, мм Длина ширина высота	430 200 300
Наименование блюда	Картофель фри

2 Основные принципы расчета и проектирование теплового

оборудования

Для проведения теплового расчета в задании указана определенная конструкция аппарата и технологический процесс. Конструктивные размеры основных элементов аппарата увязываются затем с данными теплового расчета.

Задачей теплового расчета электрического теплового оборудования является определение максимальной и минимальной мощностей и расчет трубчатых электронагревателей.

Тепловые балансы аппаратов составляются, ориентируясь на прилагаемые методики и пользуясь рекомендуемой литературой. При выполнении курсового проекта недостающие величины принимаются ориентировочно по опыту работы или другим литературным источникам.

2.1. Методика теплового расчета фритюрницы

Большинство видов теплового оборудования характеризуются высокой тепловой инерционностью, что связано с особенностью их конструкции, используемыми конструкционными материалами и типами электронагревателей. Такое оборудование рассчитывают для двух режимов работы – нестационарного (разогрева) и стационарного (непосредственной обработки). 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) 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 поглощать большое количество тепловой энергии или количество поглощенной ими энергии примерно равно количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду.

В общем виде уравнение теплового баланса выглядит следующим образом:

для нестационарного режима

Q′ = Q′_П+ Q′_ср+Q′_об,

для стационарного режима

Q′′ = Q′′_П+ Q′′_ср+Q′′_об,

Где Q′ и Q′′ - 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 Q′′).

Прежде всего, определяют количество одновременно загружаемого продукта для жарки во фритюрнице из выражения:

где V_ч – объем загрузочной чаши фритюрницы, л;

j - коэффициент заполнения фритюрницы (j = 0,6-0,7);

d_n – истинная плотность загружаемого продукта, кг/м³;

d_ж – плотность жира, кг/м³;

G_о - количество одновременно загружаемого продукта для жарения, кг;

Часовая производительность определяется по следующей формуле:

М – часовая производительность фритюрницы, кг/ч;

t - продолжительность цикла обработки, мин.

2.1.1. Определение полезно используемого тепла

Режим разогрева (нестационарный)

При расчете жарочного оборудования в условиях нестационарного режима полезная теплота затрачивается на нагрев масла при жарке во фритюре.

Для расчета полезно используемого тепла, расходуемого на нагрев пищевого жира во фритюрнице в режиме разогрева, пользуются формулой

где М_ж – вес пищевого жира, кг;

С_ж – теплоемкость пищевого жира, принять равной 1,676 кДж/(кг∙ºС);

t₁ – температура нагрева жира принимается равной 160-170 ºС (в нестационарном режиме принимаем среднюю температуру – 85 ºС)

t₀ – начальная температура пищевого жира, ºС;

t - время нагрева жира, ч.

Стационарный режим

При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из отдельных статей расхода, которые определяют по формуле

где первое слагаемое – расход тепла на нагрев продукта;

второе – расход тепла на испарение влаги из продукта;

третье – расход тепла на образование корочки на продукте;

М – масса нагреваемых продуктов, кг

с – теплоемкость продукта, принять равной, кДж/(кг∙ºС);

t₂ – температура нагрева продукта, принимаемая равной 90-100 ºС;

t₄ – начальная температура продукта равная, ºС;

ω_n– истинный продукт ужарки, %;

r – скрытая теплота испарения при атмосферном давлении, принять равным 2258,2 кДж/кг;

К – процентное содержание корки в продукте;

С_к – теплоемкость корочки, принять как теплоемкость сухого вещества равную 1,67 кДж/(кг∙ºС);

t₃– температура образования корочки, ºС (135-140 ºС);

Q_П" = 1,56∙3,517∙(100-20) + 0,01∙60∙1,56∙2258,2 + 0,01∙1,56∙25∙1,67∙(140-100) + +0,01∙20∙1,676∙1,56∙(170-20)=2628,93 кДж/ч

2.1.2. 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.

Для определения потерь тепла от фритюрницы в окружающую среду при нестационарных и стационарных режимах можно воспользоваться следующей формулой:

где - потери тепла через стенки аппарата в окружающую среду, кДж;

- потери тепла через крышку аппарата в окружающую среду, кДж;

- потери тепла через дно аппарата в окружающую среду, кДж.

Теплопотери через дно незначительны, так как тепловые потоки, как правило, направлены снизу вверх, поэтому при расчете не учитываются.

Потери тепла в окружающую среду через отдельные элементы поверхности оборудования определяются по формуле:

Q_ср =

;

где F – площадь поверхности теплообмена (крышка, стенки), м²;

a₀ – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м² с ⁰С;

t_п – средняя температура поверхности ограждения, ⁰С;

t₀ – температура окружающей среды, ⁰С;

t - продолжительность периода разогрева (тепловой обработки), с.

В процессе отдачи тепла ограждением в окружающую среду имеет место теплоотдача конвекцией и лучеиспусканием, поэтому коэффициент теплоотдачи в данном случае определяется по формуле:

a₀ = a_к + a_л,

где a_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м^{2 0}С;

a_л – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, Вт/м² ⁰С.

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией прежде всего необходимо выяснить характер теплообмена: происходит ли он при вынужденном или свободном движении воздуха, относительно теплоотдающей поверхности.

Надо помнить, что при вынужденном движении коэффициент теплоотдачи определяется при помощи критерия Рейнольдса Re и Прандтля Pr. Первый из них характеризует динамику потока, второй – физические константы рабочего тела.

Необходимо знать, что 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.

На основе определяющих критериев находится критерий Нуссельта Nu, включающий значение коэффициента теплоотдачи конвекцией и характеризующий собой тепловое подобие.

Указанные критерии имеют следующий вид:

Re =

; Pr = ; Gr = ; Nu = ;

где ω – скорость движения конвективной среды, м/с;

ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с;

l – определяющий геометрический размер, м; Определяющим геометрическим размером при этом выбирается наибольший линейный размер или диаметр ограждения;

а – коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

l - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м⁰С;

b - коэффициент объемного расширения воздуха, I/⁰С;

b =

a_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией. Вт/м²×⁰С;

Dt – перепад температур между ограждением и воздухом

При свободной конвекции в неограниченном пространстве критериальное уравнение имеет вид:

Nu = c(Gr×Pr)ⁿ,

Величины с и n для отдельных областей изменения произведения (Gr×Pr) можно принять из таблицы 2.1.

Таблица 2

Gr×Pr

1×10^-3 - 5×10²

5×10² - 2×10⁷

2×10⁷ - 1×10¹³

1,18

0,54

0,135

1/8

1/4

1/3

Определяющей температурой является полусумма температур рабочего тела (воздуха) и стенки.

По величине определяющей температуры воздуха выбирают по таблице физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (Gr×Pr), с и n и численную величину критерия Nu.

По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием a_л определяется по формуле Стефана-Больцмана:

a_л =

где Е – степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов (для стали шлифованной Е=0,58)

С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м²×К⁴);

С₀ = 5,67 Вт/(м²×К⁴);

t_п – средняя температура теплоотдающей поверхности, ⁰С;

t₀ – температура окружающего поверхность воздуха, ⁰С;

Т_п – абсолютная температура поверхности ограждения, К

Т_п = t_п+273

Т₀ – абсолютная температура окружающей среды, К

Т₀ = t₀+273

Нестационарный режим.

Для расчета потерь тепла в окружающую среду можно пользоваться формулой:

где t¢ - время разогрева жира, час;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м²час⁰С;

- средняя температура поверхности ограждения за время разогрева, ⁰С

t_К –температура поверхности ограждения к концу разогрева, ⁰С;

t_Н – начальная температура поверхности ограждения принимается равной температуре окружающей среды, ⁰С.

Температуру отдельных поверхностей аппарата к концу разогрева можно принять:

а) для вертикальных поверхностей t_к = 60 – 65⁰С;

б) для изолированной крышки жарочного оборудования t_к = 160-180⁰С;

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией определяющая температура для воздуха, окружающего корпус (ограждение) будет равна:

Результаты теплового расчета при определении потерь тепла в окружающую среду для нестационарного режима сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты расчета для нестационарного режима

Показатель	Значение	Показатель	Значение
Для крышки		Для корпуса
t_n^’, ºС	90	t_n^’, ºС	40
t, ºС	55	t, ºС	30
λ, Вт/(м·К)	0,0291	λ, Вт/(м·К)	0,0268
ν, м²/с	18,97∙10^-4	ν, м²/с	16,00∙10^-4
Pr	0,696	Pr	0,701
∆t, ºС	70	∆ t, ºС	20
β, 1/⁰С	0,00292	β, 1/⁰С	0,0034
Gr	17388,8	Gr	7062,45
Gr·Pr	12102,6	Gr·Pr	4950,74
c	0,54	c	1,18
n	¼	n	1/8
l, м	0,315	l, м	0,3
Nu	5,66	Nu	3,417
Е	0,5	Е	0,5
С₀, Вт/(м²×К⁴)	5,67	С₀, Вт/(м²×К⁴)	5,67
α_к,, Вт/м²×ºС	0,5253	α_к, Вт/м²×ºС	0,305
α_л, Вт/м²×ºС	4,047	α_л, Вт/м²×ºС	3,15
α₀ Вт/м²×ºС	4,557	α₀ Вт/м²×ºС	3,46
α₀ кДж/м²×^ºС	16,45	α₀ кДж/м²×ºС
F, м²	0,05985	F, м2	0,402
Q₂’кр, кДж	68,93	Q₂’кор, кДж	100,242
Итого:	Q₂^’, кДж	169,174
Итого:	Q₂^’, кДж/ч	1268,805

Стационарный режим

При стационарном режиме потери тепла в окружающую среду определяется:

где - коэффициент теплоотдачи при стационарном режиме от поверхности в окружающую среду, Вт/м² ⁰С;

- средняя температура поверхности ограждения при стационарном режиме, ⁰С; »const для данной поверхности; принять равной температуре отдельных поверхностей к концу разогрева t_к;

t¢¢ - продолжительность стационарного режима варки, с.

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяющая средняя температура воздуха, соприкасающегося с ограждением, будет равна:

При этой температуре для стационарного режима выбираем физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности a, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем определяют произведение (Gr×Pr), величины с и n и численную величину критерия Nu.

По значению критерия Nu при стационарном режиме определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием a_л определяется по формуле Стефана-Больцмана:

Результаты теплового расчета при определении потерь тепла в окружающую среду для стационарного режима сведены в таблицу 4

Таблица 4 – Результаты расчета для стационарного режима

Показатель	Значение	Показатель	Значение
Для крышки		Для корпуса
t_n^”, ºС	160	t_n^”, ºС	60
λ, Вт/(м·К)	0,0364	λ, Вт/(м·К)	0,0291
ν, м²/с	30,09*10^-4	ν, м²/с	18,97*10^-4
Pr	0,690	Pr	0,696
∆ t, ºС	140	∆ t, ºС	40
β, 1/⁰С	0,00242	β, 1/⁰С	0,00319
Gr	11479,798	Gr	9406,19
Gr·Pr	7829,22	Gr·Pr	6546,708
c	0,54	c	0,54
n	¼	n	¼
l, м	0,315	l, м	0,3
Nu	5,08	Nu	4,857
Е	0,5	Е	0,5
С_0,Вт/(м²×К⁴)	5,67	С_0,Вт/(м²×К⁴)	5,67
α_к,,Вт/м²×ºС	0,586	α_к,,Вт/м²×ºС	0,471
α_л, Вт/м²×ºС	5,626	α_л, Вт/м²×ºС	3,49
α₀ Вт/м²×ºС	6,21	α₀ Вт/м²×ºС	3,963
α₀ кДж/м²×ºС	22,3662	α₀ кДж/м²×ºС	14,266
F, м²	0,05985	F, м²	0,402
Q₂^”кр, кДж	187,406	Q₂^”кор, кДж	229,39
Итого	Q₂^”, кДж/ч	416,796

2.1.3.Определение расхода тепла на разогрев конструкции

Для выполнения расчета расхода тепла на разогрев конструкции последней ведется только для нестационарного режима работы аппарата. Расход тепла на разогрев конструкции фритюрницы определяется выражением:

где - тепло, расходуемое на нагревание металлических конструкций, кДж;

- тепло, расходуемое на нагревание изоляции, кДж;

где G_mi – масса i-го элемента металлической конструкции кг.

Для каждого элемента вес рассчитывается по формуле

где V_i – объем элемента i-ой конструкции, м³;

r_i – плотность материала элемента конструкции, кг/м³;

c_mi – удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×⁰С). Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в приложении В.

t_mi – средняя конечная температура нагрева металлоконструкции, ⁰С.

t₀ – начальная температура металлоконструкции, ⁰С.

Конечную температуру по элементам конструкции можно принять:

внутренняя поверхность жарочной емкости – 180⁰С;
крышка – 160⁰С;
наружные стены – 60-65⁰С;

где G_и – вес изоляционной конструкции, кг;

– толщина изоляционного слоя, м, определяется по формуле

где l_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала в зависимости от средней температуры изоляции;

q =α´₀(t_н.с-t₀), Вт/м², - удельные тепловые потери поверхности;

с_и – теплоемкость изоляции, кДж/(кг×⁰С).

t_и – средняя температура нагрева изоляции, ⁰С.

t_и =

где t_вар.ем – температура частей изоляции, касающихся жарочной емкости,⁰С;

t_н.с – температура частей изоляции, касающихся наружных стен,⁰С

t₀ – начальная температура изоляции, равная температуре окружающей среды, ⁰С.

Таблица-5 Результаты расчета расхода тепла на разогрев конструкции

Показатель	Значение
Потери, связанные с нагревом жарочной емкости фритюрницы
Крышка
Площадь поверхности, м²	0,05985
Объем поверхности, м³	0,00005985
Вес крышки, кг	0,467
Плотность материала элемента конструкции, кг/м³	7800
Удельная теплоемкость материала конструкции, Дж/(кг×⁰С)	462
Средняя конечная температура нагрева металлоконструкции фритюрницы, ⁰С	160
Q₃^’, кДж	30,194

Продолжение таблицы 5

Корпус
Площадь поверхности, м²	0,5052
Объем поверхности, м³	0,0005052
Вес корпуса, кг	3,94
Плотность материала элемента конструкции, кг/м³	7800
Удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×⁰С)	462
Средняя конечная температура нагрева металлоконструкции фритюрницы, ⁰С	60
Q₃^’, кДж	72,82
Изоляция
Толщина изоляционного слоя, м	0,0154
Вес изоляционной конструкции фритюрницы, кг	0,079
Площадь изоляции, м²	0,1713
Плотность материала изоляции (альфоль гладкая), кг/м³	30
Коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·ºС)	0,0772
Средняя температура нагрева изоляции, ⁰С	110
Q₃^и, кДж	8,54
Q₃, кДж	111,556
Q₃, кДж/ч	836,37

Полученные данные сводим в итоговую таблицу 6:

Таблица 6

Расход тепла, кДж/ч	Режим разогрева	Стационарный режим
Полезно используемое тепло	=4525,2	=2628,93
Потери тепла в окружающую среду	=1268,805	=416,796
Потери тепла на разогрев конструкции	=836,37	-
Итого	6630,375	3045,726

3 Методика расчета электронагревателей

Для выполнения расчета электронагревателя надо знать его мощность, допустимые удельные мощности на поверхности трубки тэна, номинальное напряжение, рабочую температуру и среду, в которой будет работать нагреватель.

Мощность электронагревателя определяется на основании мощности аппарата или его определенного узла, (жарочная поверхность, шкаф) и числа нагревателей в нем.

Мощность аппарата определяется из теплового баланса по формуле

где Q — максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева или стационарного режима (определяется из теплового баланса), Дж;

— время разогрева или стационарного режима, с.

Мощность одного тэна Р_э определяется по формуле

где п — количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева.

При расчете важно правильно выбрать диаметр проволоки. При завышении его потребуется большая длина проволоки, что вызовет перерасход дорогостоящего материала и увеличение габаритов нагревателя, при занижении диаметра – спираль быстрее перегорит.

Для выполнения расчета по таблице 7 выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.

Таблица 7

Рабочая среда

Рекомендуемый материал оболочки тэна

Удельная

мощность W, Вт / м²

Жиры пищевые

Ст.10, Ст. 20 с защитным покрытем

3 10⁴

Оборудование предприятий общественного питания. 4 📙 Курсовая → 🆔 145223