Котел КЭ 100

1





Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Красноярский государственный торгово-экономический институт

Кафедра технологии питания





КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

ТЕМА:

ПИЩЕВАРОЧНЫЙ КОТЕЛ  КЭ-100

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КИДО.000000.004 ПЗ



                                                       Руководитель:

	                                                                            Марченкова Светлана Георгиевна

                                                                                 __________________  (подпись)

                                                                                      ___________________________    

                                                                                 (оценка, дата)

                                                                              Разработал:

                         Студент группы ИТ-06-1

	                               Брюханов И.С.

	                                                                                   «____»_______________2009.г.

	

                                                       Красноярск  2009

 

Федеральное агентство по образованию

           Государственное образовательное учреждение

              Высшего профессионального образования

Красноярский государственный торгово-экономический институт



Кафедра технологии питания



 	УТВЕРЖДАЮ

		                                                                         Зав.кафедрой

						Яброва О.А	

		                                                             «___»___________200__г.



ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по дисциплине



ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

(Тепловое)

На тему : «Пищеварочный котел  КЭ-100. Поверочный расчет»

Специальность, группа 		260501.65  ИТ-06								

Студент		Брюханов Илья Сергеевич									



			Исходные данные:  Рецептура № 100

«Бульон мясной прозрачный»

В курсовом проекте должно быть разработано и изложено: 

Введение:_Производятся общие сведения о тепловом оборудовании			

	1. Общая часть:_Краткое описание аппаратов, сходных с поверяемым и	       	              описание поверяемого аппарата							

	

	2.Расчетная часть: _Расчет производительности аппарата				      			                                Тепловые расчеты							

	3. Расчетно-конструкторская часть:   	

			                          Расчет ТЭНов									

	4. Технико-экономическая часть:     

				               Тепловой  КПД									 

	5. Охрана труда, ТБ, эргономика, техническая эстетика:

																		

	

6.Графическая часть:

________________1.Один лист формата А1- Общий вид и разрез			







          Дата выдачи курсового проекта_______________________

                     Дата окончания курсового проекта_______________________

Руководитель проекта 							

                        Студент: 										

	                                                                   































Оглавление

	Аннотация………………………………………………………………4

	Введение………………………………………………………………..5

	1.Описание поверяемого аппарата………………………….…….…..9

	2. Аппараты, схожие с поверяемым…………………………….……

	3.Расчетная часть………………………………………………….….10

	1).Расчет производительности теплового аппарата………………………….10

	2). Расчет полезно используемой теплоты…………………………………13

	3). Расчет кинетических коэффициентов теплоотдачи………………..……15

	4). Расчет температуры боковых стенок и крышки котла  в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата…………………18

	5). Расчет площадей и объемов……………………………………………………..21

	6). Расчет потерь тепла в окружающую среду…………………………………21

7). Расчет теплоты на нагрев аппарата…………………………………………23

8).Тепловой баланс аппарата………………………………………………………..26

10). Расчет мощности электронагревательных элементов…………………26

11). Расчет ТЭНа котла……………………………………………………………..27

	4.Заключение…………………………………………………………30

	5.Правило эксплуатации аппарата…………………………………..31

	6.Правило техники безопасности при работе с аппаратом……….34

	7.Библиографический список………………………………………36

	8. Графическая часть









	

	Аннотация

Тепловые аппараты, применяемые на предприятиях общественного питания, отличаются устройством, принципом действия, конструктивным исполнением, назначением и правилами эксплуатации.

Предметом написания курсового проекта является пищеварочный котел КЭ-100.Данное умение рассчитывать технические значения тепловых аппаратов в общественном питании будут необходимы.

Проведен поверочный расчет котла КЭ-100 по рецептуре №100  «Бульон мясной прозрачный». Для расчетов было принято время разогрева 40 минут, время тепловой обработки 180 минут, время загрузки ~30 минут, время выгрузки - 60 минут.

Расчетная температура кожуха составила 31,45 °С, что согласуется с паспортными данными котла.

Мощность и КПД котла периода разогрева составила 15,87 кВт и 76,7%, а периода варки – 2,61 кВт и 72,9 %.

Результаты поверочного расчета позволяют сделать вывод: котел КЭ-100 можно применять для приготовления рецептуры №100 «Бульон мясной прозрачный».



























Введение.

Пищеварочные котлы предназначены для варки супов в больших количествах на предприятиях общественного питания с большой проходимостью.

Технологические цели процессов варки обуславливают основные технологические требования к конструкциям пищеварочных котлов. Суть этих требований заключается в следующем:

Конструкция варочных аппаратов должны соответствовать технологическим требованиям конкретного процесса варки пищевого продукта;

В готовом продукте максимально должны быть сохранены пищевые, минеральные, экстрактивные вещества и витамины при минимальных затратах теплоты;

Нагрев продукта должен производиться при температуре не выше 100°С, с регулированием режима варки в пределах температуры кипения;

В аппарате должно быть предусмотрено отключение нагрева перед окончанием варки;

В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на твердотопливные, газовые, электрические и паровые.

В зависимости от способа обогрева различают котлы с непосредственным и косвенным обогревом.

Котлы с непосредственным обогревом могут работать на твердом топливе, газе и электрическом обогреве. По конструкции и эксплуатации они более просты, чем котлы с косвенным обогревом, однако им присущи недостатки: низкий кпд, сложность регулирования теплового режима, возможность пригорания продуктов.

Котлы с косвенным обогревом работают при повышенном давлении в греющей рубашке (до 150 кПа). В качестве промежуточного теплоносителя используется вода.

По соотношению основных геометрических размеров котлы классифицируются на немодулированные, секционные модулированные и котлы под функциональные емкости. Немодулированные пищеварочные котлы имеют цилиндрическую форму варочного сосуда. Секционные модулированные котлы и котлы под функциональные емкости имеют варочный сосуд в виде прямоугольного параллелепипеда.

Наружные размеры этих котлов унифицированы, они имеют одинаковую высоту и ширину (глубину), длина их кратна модулю (у секционных модульных котлов - 210 мм, у котлов под функциональные емкости-100 мм). Варочный сосуд котлов под функциональные емкости имеет размеры, соответствующие размерам функциональных емкостей.

Пищеварочные котлы представляют собой варочный сосуд с крышкой, который помещен в наружный котел. Снаружи котел покрыт слоем тепловой изоляции, уложенной между облицовкой и наружным котлом. В нижней части котла смонтирован парогенератор, объединенный с паровой рубашкой. Конструкция котла устанавливается на постамент. Пар, генерируемый в парогенераторе, заполняет паровую рубашку, соприкасаясь с варочным сосудом, конденсируется, отдает теплоту парообразования стенке, по которой конденсат вновь стекает в парогенератор.

Пищеварочный котел представляет собой двустенный варочный сосуд, расположенный в корпусе, который покрыт кожухом, изготовленным из листов эмалированной стали. Пространство между наружным корпусом и кожухом заполнено тепловой изоляцией. В нижней части наружного котла смонтирован парогенератор. Вся конструкция котла крепится на основании.

Пространство между внутренними и наружными котлами представляет собой герметичную паровую рубашку. На трубопроводах, соединенных с паровой рубашкой, установлены воздушный клапан и контрольно-измерительная и предохранительная арматура - двойной предохранительный клапан, электроконтактный манометр (для твердотопливных и паровых котлов—манометр), наполнительная воронка. На крышке котла расположен клапан-турбинка (если крышка закрывается герметично). Для слива содержимого из варочного сосуда предусмотрен сливной кран: Уровень воды в парогенераторе контролируется с помощью крана уровня.

Станция управления представляет собой металлический ящик, внутри которого размещены: распределительный клеммный щиток, два магнитных пускателя,, кнопки «Пуск» и «Стоп», сигнальные лампы, промежуточные реле, плавкие предохранители, переключатель режимов котла, тумблер с надписями «Автоматическая работа» и «Разогрев».

Сигнальные лампы позволяют визуально контролировать подключение котла и станции управления к электросети, а также режим работы котла. С помощью тумблера включают один из режимов работы. При установлении тумблера в положение «Разогрев» содержимое котла доводится до кипения, после чего все тэны отключаются и продукт доваривается только за счет теплоты, аккумулированной котлом. При включении другого режима после доведения содержимого котла до кипения отключаются пять из шести тэнов. Оставшийся ТЭН обеспечивает режим «тихого кипения», при котором продукты доводятся до состояния готовности.

Если давление по каким-либо причинам превысит верхний предел, то срабатывает двойной предохранительный клапан.

Целью курсового проектирования является закрепление знаний по предмету и приобретение навыков по поверочному расчету и выбору оборудования для выполнения определенных технологических приемов обработки продуктов.









2.Аппараты, схожие с поверяемым.

Котлы пищеварочные паровые и электрические изготавливаются с крышками двух исполнений:

герметичными - КЭ–100, КП–160П, КЭ–160, КП–250П, КЭ–250, КЭ–250КП–2, тип «скороварка»;

негерметичными - КЭ–250К, КЭ–160К, КЭ–100К, тип «кастрюля».

В моделях КЭ–100, КП–160П, КЭ–160, КП–250П, КЭ–250, КЭ–250КП–2 варочный сосуд закрывается крышкой с пружинным устройством. Крышка плотно «прижимается» к верхнему краю варочного сосуда накидными рычагами, поэтому в блюдах, приготовленных в таких котлах, максимально сохраняются питательные вещества.



















КЭ-250К

КЭ-160



Варочный сосуд имеет прямоугольную форму.

























Это создает дополнительное удобство для варки крупных кусков мяса: говядины, свинины, конины (применяется в перерабатывающих производствах)

Котлы изготавливаются на каркасной основе.



Материал - профильная труба 40×40 мм. Наличие каркасной основы значительно увеличивает срок службы изделия — до 15 лет.







Каркасная основа котла

Конструктивные особенности котлов.

Котлы пищеварочные изготавливаются полностью из нержавеющей стали, кроме модели «эконом-класс» КЭ–250КП–2. 

Котлы состоят из варочного сосуда и внешнего металлического короба. Под варочным сосудом котла установлен парогенератор, нагрев воды в котором осуществляется ТЭНами из н/стали. Давление в пароводяной рубашке поддерживается при помощи датчика-реле и контролируется мановакууметром. При достижении давления более 49 кПа, пар отводится из пароводяной рубашки при помощи предохранительного клапана. Варочная емкость котла закрывается крышкой с пружинным устройством.

В моделях КП–160П, КП–250П, КЭ–100, КЭ–160, КЭ–250 установлена герметичная крышка, которая снабжена клапаном, предназначенным для отвода пара при избыточном давлении в варочном сосуде. С внутренней стороны крышки проложена термостойкая пищевая резина. Герметичность крышки обеспечена наличием прижимных элементов. Удобство в работе с котлом достигается расположением панели управления справа, на лицевой стороне изделия.

Принцип работы.

Вода заливается в парогенератор и нагревается электронагревателями до кипения. Образующийся пар создает избыточное давление в пароводяной рубашке, и вытесняет из нее воздух, который выходит через предохранительный клапан. Когда давление в рубашке достигает верхнего заданного предела, котел автоматически переходит на экономичный режим.

Для котлов предусмотрены 3 режима работы.

Режим «1» — варка. Котел включается на полную мощность. При повышении давления до верхнего предела, котел автоматически переключается на 1/6 мощности. При падении избыточного давления до нижнего предела, котел переключается на полную мощность.

Режим «2» — разогрев. Котел также включается на полную мощность и автоматически отключается при повышении давления до верхнего заданного предела.

Режим «3» — варка на пару. Котел включается на полную мощность. При повышении давления до верхнего предела, котел переключается на 1/6 мощности, давление падает, достигает нижнего заданного предела — котел переключается на 1/3 мощности.

Установленный срок службы изделий — до 15 лет. Все модели регулируются по высоте.





Дополнительные услуги.

По желанию заказчика котлы могут быть дополнительно укомплектованы «под заказ»:

Тележка ТП-100 для загрузки/разгрузки кассет;

Кассеты с емкостями для варки прямоугольной формы.





























































3.Описание поверяемого аппарата.



	Пищеварочный котел КЭ-100 представляет собой сварную конструкцию,состоящую из прямоугольного варочного сосуда, наружного котла облицовки (кожуха) и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным котлом служит пароводяной рубашкой. В пространстве между кожухом и наружным котлом уложена теплоизоляция. Он используется на предприятиях общественного питания в виде отдельно стоящего аппарата.

	Котел является неопрокидывающимся.	

К нижней части наружного котла приварен парогенератор, в котором установлены шесть тэнов, электрод защиты от «сухого хода» и кран уровня.

Варочный сосуд закрывается откидной крышкой, имеющей противовес. Плотное прилегание крышки к кромке варочного сосуда обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными болтами. Для слива жидкости из варочного сосуда предусмотрен сливной кран.

Каждый котел оборудован контрольно-измерительными приборами, которые служат для контроля и регулирования величины давления пара в пароводяной рубашке. Узел контрольно-измерительных приборов состоит из электроконтактного манометра (ЭКМ) и двойного предохранительного клапана.

Двойной предохранительный клапан служит для аварийного сброса пара из пароводяной рубашки, когда его давление возрастает выше МПа (0,5 кгс/см2), и устранения разрежения в ней.

Основные показатели котла КЭ-100 указаны в таблице 1.









                                                                                                               Таблица 1

  

Показатели

Размерность

Котел КЭ-100

Полезная емкость

л

100

Номинальное напряжение

В

380

Частота тока

Гц

50

Мощность электронагревателей:

в период разогрева

в период варки («тихого кипения»)



кВт

кВт



18,9

3,15

Рабочее давление пара в рубашке

кПа

130

Время разогрева

мин

40

Размеры варочного сосуда:

диаметр

высота



мм

мм



450

380

Количество ТЭНов

шт.

6

Коэффициент полезного действия

%

75

Габаритные размеры:

длина

ширина

высота



мм

мм

мм



800

800

850

Масса

кг

160



























4.Расчетная часть

1) Расчет производительности теплового аппарата

	Производительность определяется по формуле:

				(1.1)

Где:

 QТ.А. – производительность аппарата, кг/ч (шт./ч);

М – масса готовой продукции, кг;

Τр  - время разогрева, с 

τЗ – продолжительность загрузки, с;

τТО – продолжительность тепловой обработки, с;

τВ – продолжительность выгрузки, с;

М – масса готовой продукции.



Возьмем рецептуру «Бульон мясной прозрачный» № 100:

	Кости пищевые                                    375 г

Говядина для оттяжки                        110 г

Яйца для оттяжки                                13 г

Морковь                                               10 г

Петрушка                                             8 г

Лук репчатый                                      10 г

Вода                                                     1400 г

Выход                                                  1000 г



Технология приготовления:. Говяжьи кости молодняка и свиные слегка обжаривают в жарочном шкафу для улучшения вкуса и внешнего вида бульона.

 Подготовленные кости заливают холодной водой и варят при слабом кипении. В процессе варки с поверхности бульона снимают пену и жир. Продолжительность варки бульона 2—3 ч. Для приготовления оттяжки мясо пропускают через мясорубку, заливают холодной водой (1,5-2л воды на 1 кг мяса), добавляют соль и настаивают на холоде в течение 1-2 ч. Можно добавить пищевой лед вместо части воды. Перед окончанием настаивания в смесь добавляют слегка взбитые белки и перемешивают оттяжку. Для придания мясному прозрачному бульону свойственного ему коричневого оттенка и аромата морковь, лук и белые коренья подпекают до образования светло-коричневой корочки, не допуская подгорания. 

Сваренный бульон охлаждают до 50-60° С, частью его разводят оттяжку, вводят ее в бульон н осторожно размешивают, добавляют подпеченные лук и коренья. Бульон с оттяжкой нагревают и проваривают при слабом кипении 1-1,5 ч до тех пор, пока оттяжка не осядет дно. При этом бульон не только осветляется, но и обогащается из оттяжки растворимыми питательными веществами. 

По окончании варки с бульона снимают жир, осторожно процеживают и снова доводят до кипения. Хранят на мармите не более 2ч.



Общая масса загружаемого сырья по рецептуре:



Масса продуктов, загружаемых в ТА (включая воду), равна

Мсырья = Vк ٠ φ(ρ1α1 + ρ2α2 +…+ ρnαn),              			  (1.2)

Где:

Vк  - объем варочного сосуда, м-3;

φ – коэффициент загрузки равный 0,8 – 0,9;

ρ – плотность загружаемого сырья, кг/м3;

α - весовая доля сырья в соответствии с выбранной рецептурой, равная отношению массы отдельного компонента к общей массе всех ингредиентов данной рецептуры. 





Определяем плотности загружаемых компонентов:			(10)

ρ1(костей) = 1038 кг/м3

ρ2(говядина) = 1130 кг/м3

ρ3(яйца) = 1083 кг/м3 

ρ4(лук репчатый) = 1057 кг/м3 

ρ5(петрушка.) = 145 кг/м3

 ρ6(морковь) = 1040 кг/м3

Находим доли по видам сырья к общей массе всех ингредиентов по рецептуре:











Из формулы (1.2) можно найти Мсырья:

Мсырья = 0,1 ٠0,85 (1038 ٠ 0,19 + 1000٠ 0,726 + 1083 ٠ 0,006 + 1130 ٠ 0,057 + 1057٠ 0,005+1040 · 0,005+145·0,004)=85,35 кг  

Находим массу готовой продукции:

М = Мсырья ٠ Z,                        							(1.3) 

Где:

Z – выход готового продукта.

, тогда

М = 0,52·85,35= 44,38 кг

		По формуле (1.1) определяем производительность пищеварочного котла:



Продолжительность каждой стадии процесса тепловой обработки принимается на основе практических данных.

 = 1800с – продолжительность загрузки; = 10800с – продолжительность тепловой обработки;  =3600с – продолжительность выгрузки. = 2400 - время разогрева.

	2.Расчет полезно используемой теплоты

	Полезно используемая теплота в основном идет на нагрев продуктов и технологической среды (воздуха), а также на испарение влаги из продукта и технологической среды.

	1) Нестационарный режим:

       				   (2.1)

Где: 

средняя теплоёмкость компонента рецептуры, Дж/кг٠ К

масса закладываемого сырья компонента рецептуры, кг

средняя теплоёмкость технологической среды, Дж/кг٠ К

масса технологической среды (часто воды), кг

средняя по объему температура продукта в конце нагрева, 

начальная температура компонента рецептуры, 

испарившаяся влага за период нагрева, кг

удельная теплота парообразования при температуре процесса нагрева, Дж/кг٠ К

Средняя теплоемкость компонентов рецептуры				 (10) 

Cкости = 1675 Дж/кг٠ К

Cговядина = 3600 Дж/кг٠ К

Cяйца =3640 Дж/кг٠ К

Cпетрушка =1500 Дж/кг٠ К

Cморковь = 3940 Дж/кг٠ К

Cлук =3740 Дж/кг٠ К

Cвода(60ºС)  = 4220 Дж/кг٠ К

Находим массу закладываемых компонентов:

Mкости=0,1٠0,85٠1038٠0,19=16,76кг

Mяйца =0,552кг

Mпетрушка=0,493 кг

Mговядина =5,47 кг

Mлук=0,449 кг

Mлук  =0,442 кг

Mводы =61,62 кг

Массу испарившейся влаги за период нагрева можно определить следующим образом:

												(2.2)

Где:

масса воды рассчитанная согласно рецептуры, кг

время разогрева аппарата, с

ΔW=61,92·2400/3600·0.02=0.821 кг



r=2293,7 Дж/кг												(10)

По формуле (2.1) определяем нагрев продуктов до температуры кипения, определяемой в рабочей камере:





Qобщее =25286,4+3937,22=29223,6 кДж/кг·К

2) Стационарный режим:

Определяем варку до кулинарной готовности:

												 (2.3)



 r=2258,2 кДж/кг												(10)





3.Расчет кинетических коэффициентов теплоотдачи.

	Коэффициенты теплоотдачи зависят от многих факторов: от вида среды, от характера и скорости движения среды, физических свойств среды, от формы, размеров и положения поверхности теплообмена, температуры стенки и др.

3.1. Находим коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего теплоносителя:

												 (3.1)

Где:

										(3.1.1)

температура конденсации пара

задается в пределах 0,08….0,4, 

высота варочного сосуда  котла, м

Возьмем ,тогда 							(10)







3.2.Находим коэффициент теплоотдачи по формуле:

												(3.2)

Где: 

коэффициент теплоотдачи от кожуха конвекций в окружающую среду, 

коэффициент лучеиспускания кожуха в окружающую среду,

3.3.Коэффициент находится из критерия Нуссельта:

													(3.3)

		Где:

		 l – определяющий  геометрический размер теплоотдающей поверхности, м                               - коэффициент теплопроводности окружающей среды (воздуха) при температуре Вт/(мК);

 											(10)

3.4.Число Грасгофа определяется по формуле:

												 (3.4)

Где

g- ускорение свободного падения, 

коэффициент объёмного расширения для газов, 1/К

перепад температур между теплоносителем и стенкой, 

определяющий геометрический размер, м

кинематический коэффициент вязкости среды, 

Зададимся:

; 

,



Тогда:





   





		3.5. Найдем критерий Нуссельт с помощью эмпирического уравнения Михеева:

											 (3.5)

Где:

Cr- число Грасгофа

Pr-число Прандтля 

Pr = 0.701												(10)

C и  n- определяется по произведению (Cr٠Pr)

,

значит режим турбулентный, следовательно 







3.6.Коэффициент теплоотдачи излучением  определяется по формуле Стефана- Больцмана:

							 (3.6)

Где 

степень черноты теплоотдающей стенки

коэффициент излучения абсолютного черного тела

температура теплоотдающей поверхности, 

температура окружающей среды, 



Коэффициент теплоотдачи определяется:

													(3.7)

Где:

 коэффициент теплоотдачи от кожуха конвекцией в окружающую среду, 

коэффициент лучеиспускания кожуха в окружающую среду, 



4. Расчет температуры боковых стенок и крышки котла  в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата

4.1. Находим коэффициент теплоперердачи через плоскую стенку

                                                (4.1)

Где:

 – коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя, Вт/(м2∙К) 

-  коэффициент теплоотдачи от кожуха в окружающую среду, Вт/(м2∙К)

- – толщины слоев стенки, м 

 – коэффициенты теплопроводности материалов слоев стенки, Вт/(м∙К)



	4.2. Находим удельный тепловой поток через многослойную стенку:

												 (4.2)



Где:

 – коэффициент теплопередачи через стенку аппарата от теплоносителя (пар) к внешней среде (воздух)

 – температура теплоносителя (пароводяной смеси)

 – температура окружающей среды (t2 = tв).



	4.3. Находим температуру стенок аппарата. Для этого нам потребуются следующие данные:



- толщина рубашки



- толщина изоляции



- толщина кожуха



Рассчитаем температуры стенок: 

 Внутренняя стенка наружного сосуда:

						(4.3.1)

Наружная стенка наружного сосуда: 

					(4.3.2)

Наружная стенка теплоизоляции:

					(4.3.3)

Наружная стенка кожуха:

						(4.3.4.)

Для проверки расчетов нужно определить температуру теплоносителя :







Выполняем проверку:



Поскольку расхождение в конечных температурах не превышает 5%, следовательно проверка сошлась.

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	5. Расчет площадей и объемов

	основные элементы

	размеры i-го элемента,м

	площ,S

	м²

	расчет площ,S

	м²

	объем i-го элемента, V м³

	расчет объема i-го элем, V м³

	Варочный сосуд

	а1=0.565

	b1=0.580

	δ1=0.002

	h1=0.441

	S1=

	=2*a*h+2*b*h+

	+a*b

	

	S1=1,339

	

	S1∙δ1

	V=0.002678

	Наружный

	сосуд

	а2=0.620

	b2=0.637

	δ2=0.002

	h2=0.485

	S2=

	=2*a*h+2*b*h+

	+a*b

	S2=1,617

	

	S2∙δ2

	V=0.003234

	Кожух

	a3=0.8

	b3=0.8

	h3=0.85

	δ3=0.001

	

	S3=

	=2*a*h+2*b*h+

	+a*b

	S3=3.36

	

	S3∙δ3

	V=0.00336

	Теплоизоляция

	

	  δ4=0.048

	S4=S2

	S2=1,617

	→ S4=1,617

	

	S4∙δ4

	V=0,077616

	Крышка

	a5=0.414

	b5=0.552

	δ5=0.002

	S5 =a/b

	S5=0.75

	

	S5∙δ5

	V=0.0015

	

	6. Расчет потерь тепла в окружающую среду

	Потери теплоты нагретыми наружными поверхностями аппарата в окружающую среду определяют по формуле:

												(6.1)

	 - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду от кожуха     

	поверхность теплоотдачи наружной рабочей камеры, 

	 – средняя температура (конечная), оС; 

	 – начальная температура, оС; 

	 – время работы ТА, с.

	

	

	Расчет  необходимо произвести для двух периодов:

	1) Нестационарный режим. В процессе разогрева ТА температура изменяется от  до  ,поэтому в расчете учитывается усредненная температура:

															(6.2)

	Для расчета коэффициента  для крышки воспользуемся формулой:

											6.3)

	Возьмем поверхности крышки 95,тогда

	

	

Из формулы (6.3) найдем коэффициент  кожуха и крышки:

 

 возьмем из формулы (3.7): 

Подставим полученные данные в формулу (6.1):





Неучтенные потери теплоты для каждого периода принимаем равными 20%,тогда: 

кожуха

крышки

Q5= Q5 кожуха +Q5 крышки =460,3+380,71=841,01 кДж 



	2) Стационарный режим. Температура берется рассчитанная по формуле (4.3.4):

	кожуха

крышки

Также как и в нестационарном режиме рассчитаем неучтенные потери:

кожуха =

крышки =

= крышки +кожуха = 4164,426+3472,6944=7637.12 кДж



7. Расчет теплоты на нагрев аппарата

	Для проведения данного расчета нужно выделить в аппарате конструктивные элементы (детали), имеющие одинаковые материалы и конечную температуру нагрева. Температуру элемента котла определяют как среднюю арифметическую величину температур его поверхностей 

Начальная температура элементов котла принимается равной температуре окружающей среды, т.е. 20 ºС

Расход тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяется по формуле:



											(7.1)

Где:

массу i-го элемента определяем по формуле:



											 (7.2)



Где:

 – объем i-го элемента(табл.3) , м3

 – плотность материала i-го элемента, кг/м3 (прил. 18);

 – площадь поверхности i-го элемента, м2;

 – толщина i-го элемента, м.

Расчет теплоты на нагрев пищеварочного котла имеет следующие составляющие:



                    (7.3) 



Где:

 – теплота на нагрев варочного сосуда;

 – теплота на нагрев наружного котла; 

 – теплота на нагрев изоляции; 

 – теплота на нагрев кожуха; 

- теплота на нагрев крышки; 

 – теплота неучтенных потерь (неучтенных деталей);

  – теплота на нагрев воды в парогенераторе.

Найдем массу каждого элемента (7.2):

mварочного сосуда  =7900·0.0026 = 20.54кг;

mнаружнего сосуда = 7900·0.0032 = 24.54кг;

mкожуха = 7900·0,00336 = 26,544кг;

mизоляции =250·0,077 = 19.4кг

mкрышки =7900·0.0058=4.58кг

Средние температуры элементов в установившемся режиме:

tварочного сосуда. = (107,13+ 100)/2 = 103,565°С; 

t наружнего сосуда. = (107,13 + 107,116)/2 = 107,12°С;

tизоляции= =(107,116 +31.46)/2 = 69.3°С ; 

tкожуха= (31.46 + 31.45)/2 = 31.455°С.

tкрышки= (100 + 20)/2 = 60°С

Расход тепла на нагрев i-го элемента аппарата определяется по формуле  (7.1):

Qварочного сосуда =0,462·20,54(103,56-20)=792,98 кДж

Qнаружнего сосуда =0,462·25,54(107,12-20)=1027,97 кДж

Qкожуха =0,462·26,544(31,455-20)=140,47 кДж

Qизоляции =2·19,4(69,3-20)=1912,84 кДж

Qкрышки =0,462·4,58(60-20)=84,64 кДж



Теплота, расходуемая на нагрев воды в парогенераторе электрического ТА до температуры кипения и парообразования в пароводяной рубашке, определяется из выражения:





							 (7.4)

Где:

 – масса воды в парогенераторе, кг;

 – средняя массовая удельная теплоемкость воды в интервале температур ;

 – температура кипения воды в парогенераторе, зависящая от давления, ºС (прил. 16);

 – начальная температура воды в парогенераторе, ºС;

 – масса пароводяной смеси (рассчитывается, см ниже), кг;

 – скрытая теплота парообразования воды при рабочем давлении, кДж/кг (прил. 16).

											 (7.5)

Где:

 – объем парогенератора, м3 ; 

 – плотность сухого насыщенного пара, кг/м3;

 – удельный объем сухого насыщенного пара при заданном давлении, м3).

Св =4179 Дж/кг·град											(10)

Wп-г=9 кг														

= 1,3258 м3 /кг 												(10)

= 0.09 м3

ρп  =0,754 кг/м3 

Мп-вс = 0,09/0,754 = 0,119 кг;

Qп-г= 9·4179(107,13-20)+0,119·2238,2= 3277,31 кДж.

Прибавим неучтенные потери (20%):

Q6 = 0,2(Qварочного сосуда + Qнаружнего сосуда + Qкожуха + Qизоляции + Qкрышки) + (Qварочного сосуда + Qнаружнего сосуда + Qкожуха + Qизоляции + Qкрышки+ Qп-г) = 0,2·3958,89+3958,89+3277,31  = 8027,98 кДж



8.Тепловой баланс аппарата

Нестационарный режим

QI = Q1+Q5+Q6 

QI =29223,616+841,01+8027,98=38092,606 кДж

Стационарный режим

QII=+

QII= 20594,4+7637,12=28231,52 кДж

9.Определение теплового коэффициента полезного действия.

 =29223,616/38092,606 ·100% =76,7%

Где:

 – полезно используемая теплота за I период работы ТА, Дж; 

 – теплота, затраченная на I период работы (нестационарный процесс),

 = 20594,4/28231,52·100%=72,9%

Где:

 – полезно используемая теплота за II период работы ТА, Дж; 

 – теплота, затраченная на II период работы (стационарный процесс).



10. Расчет мощности электронагревательных элементов.

Для аппаратов с электрическим обогревом мощность электронагревательных элементов (общая) определяется из выражений:

 для периода разогрева

 = 38092,606/2400 = 15,87 кВт								(8.1)

Где:

 – затраченное тепло на период разогрева ТА, кДж;  – время разогрева ТА, с;

для стационарного периода

28231,52/10800 = 2,61кВт								(8.2)

Где:

 – затраченное тепло на тепловую обработку пищевых продуктов, Дж;

 – время тепловой обработки продуктов согласно рецептуре, с.

Расчет электронагревательного элемента (спирали, ТЭНа) производится для периода с наибольшим  (соответственно и большей мощностью) – как правило, для периода разогрева.

Электрическая мощность одного ТЭНа ()определяется по формуле:

 = 15,87/3 = 5,29 кВт                                             (8.3)

Где:

 – число ТЭНов в данном аппарате (по технической характеристике), которое задается из следующих условий:

1) с целью регулирования теплового режима при трехфазном напряжении n кратно 3;

2) мощность ТЭНов, используемых в ТА, находится в пределах              

 = 0,2…5 кВт, т. е. необходимо выполнить условие  кВт.



11. Расчет ТЭНа котла. 

Расчет ТЭНа сводится к определению геометрических размеров его рабочих элементов (длина ТЭНа, длина проволоки, длина спирали, плотность намотки) и их теплового режима (температура спирали и поверхности трубки).

Активная длина трубки ТЭНа равна:

 = 5290/(3,14*1,8*7) = 133,7см;

Где:

D = 1,8см  – наружный диаметр трубки с толщиной стенки 1мм;

	W = 7Вт/см2  (прил.20) - удельная поверхностная мощность.

Полная длина трубки с учетом части концевых стержней, находящихся в трубке ТЭНа (пассивные концы):

 = 133,7 + 2*5 = 143,7 см.								(8.4)

где  – длина пассивных концов трубки,  ≈ 50 мм.

Сопротивление спирали:

 =  3802/5290 = 27,2 Ом								(8.5)

Где:

 = 380 В – напряжение сети.

Длина проволоки спирали l  определяется из выражения:

 = 0,785*0,82*27,2/1,1=12,42м						(8.6)

Где:

 – диаметр проволоки спирали (принимается в пределах  0,8 мм для мощности ≈ 2200…4000 Вт); 

ρ – удельное сопротивление спирали при комнатной температуре .

Длина витка спирали определяется по формуле:



 = 1,07*3,14*(12 +2*0,8) = 69мм  = 0,046м  		(8.7)

Где:

1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали при снятии со стержня;   = 18 – 2 – 4 = 12мм – диаметр стержня для намотки спирали (такой, чтобы между внутренним диаметром трубки  и наружным диаметром витка спирали был зазор не менее 2 мм).

Число витков спирали ТЭНа определяется по формуле:

 = 12,42/0,069 = 379 витков

Для обеспечения нормального отвода тепла от спирали, расстояние между витками должно быть в 2-3 раза больше диаметра проволоки. Следует проверить это условие расчетом расстояния между витками (на концевые стержни наматывают по 20 витков):

 = (10*133,7 – 359*0,8)/359 = 2,92мм				 (8.8)

Где:

 = 379 – 20*2 = 359

Так как , то далее находим геометрические характеристики спирали для определения перепада температуры в изоляционном слое:

= 0,8/18 = 0.0444;

 = 0,8/14,6 = 0,055;

 = 18/14,6 = =1,23

 = (2,92 + 0,8)/0,8 = 4,65								(8.9)

Где:

 – диаметр проволоки спирали;

 – внешний диаметр трубки ТЭНа; =1,07(+2*)=1,07(12+2*0,8)=14,6мм – диаметр витка спирали;

 – коэффициент плотности намотки. 

По номограмме ( рис. 6.4) определяем перепад температуры в изоляционном слое на единицу теплового потока  при известной величине коэффициента теплопроводности изоляции (для периклаза ).

=4(см*ºС)/Вт												 (8.10)

Удельный тепловой поток на единицу длины спирали:

q1=PT/lсп =5290/1242=4,26										(8.11)

Перепад температуры в изоляционном слое

= 4*4,26 = 17,03°С										(8.12)

Рабочая температура спирали

t спирали   =1,3t +t р.п.  =1,3*17,03 + 126 = 148,148 ºС.					 (8.13)

Где:

1,3 – коэффициент, учитывающий перепад температуры в контактном слое «поверхность проволоки–изоляция»;

  – температура рабочей поверхности ТЭНа (для кипящей воды при давлении в пароводяной рубашке котла 150 кПа равна 126ºС).               























5.Правила эксплуатации аппарата.

Техническая и пожарная безопасность при эксплуатации теплового оборудования зависит от вида энергоносителя, его параметров, а также технологического назначения и конструктивных особенностей.

Так, для электротеплового оборудования характерна опасность поражения электрическим током и возникновение пожара. Безопасность теплового оборудования должна обеспечиваться конструкцией аппаратов, применением в них необходимых контрольно-измерительных, регулирующих, предохранительных и защитных устройств и строгим выполнением соответствующих правил и норм при ведении монтажных, эксплуатационных и ремонтных работ.

Конструкция теплового аппарата должна отвечать требованиям техники безопасности и санитарии в соответствии с указанными ранее в разделе «Тепловое оборудование» ГОСТами ССБТ и Санитарными нормами, а также определенным требованиям по ограничению температуры нагрева ограждающих поверхностей, ручки дверцы рабочей камеры, крышек, кранов и других подобных элементов, органов управления и регулирования, к которым работник прикасается рукой во время работы, и требованиям пожарной безопасности.

Правила безопасной эксплуатации теплового оборудования можно разделить на общие, характерные для большей части тепловых аппаратов и агрегатов, и специальные, применительно к конкретному виду, аппарата по технологическому назначению, по виду энергоносителя и конструкции (инструкция по эксплуатации).

Общие правила. К эксплуатации теплового оборудования допускаются лица, прошедшие обучение по программе техминимума или специальное обучение.

Работать можно только на исправном оборудовании. Перед началом работы необходимо осмотреть аппарат, проверить исправность рабочих частей аппарата, изоляции, заземления, арматуры и санитарное состояние, наличие ограждений. Аппарат должен использоваться только по назначению. При работе необходимо соблюдать нормы загрузки рабочей камеры, степень заполнения рабочих объемов обрабатываемым продуктом, соблюдать указанные режимы работы аппарата.

При обнаружении неисправности аппарата на нем вывешивается предупредительная надпись «Неисправен». После работы требуется привести аппарат в надлежащее санитарное состояние.

Особенность эксплуатации котлов типа КЭ заключается в том, что варка в этих котлах может осуществляться в функциональных емкостях, поэтому для загрузки и выгрузки кассет с функциональными емкостями используют подъемные тележки типа ТП-80К.

Загрузка котла происходит следующим образом: обрабатываемый продукт закладывают в перфорированные емкости, закрывают их крышками и задвигают в кассету по направляющим уголкам. Затем, подкатив тележку к загруженной кассете, фиксируют последнюю захватами каретки тележки и, вращая ручку редуктора тележки по часовой стрелке, поднимают кассету до крайнего верхнего положения. После чего подвозят ее к котлу, устанавливая таким образом, чтобы кассета оказалась над варочным сосудом. Далее, вращая ручку тележки против часовой стрелки, опускают кассету в варочный сосуд, освобождают захваты каретки и откатывают тележку от котла.

После окончания варки производят выемку кассет. Для этого отключают котел поворотом ручки переключателя в положение 0. Снимают давление в варочном сосуде котла, для чего поворачивают ручку клапана на крышке по часовой стрелке. Открывают крышку котла, отвернув накидные рычаги, и подкатывают тележку к котлу, фиксируя кассету захватами. Затем вынимают ее из варочного сосуда, подняв каретку в крайнее верхнее положение, и оставляют на несколько минут для стекания бульона. Выполнив эти   операции, откатывают тележку с кассетой   от котла.

Для слива бульона и других жидкостей из варочного сосуда в функциональные емкости, установленные в передвижные котлы, мармиты и другое подобное оборудование, крышку котла закрывают и герметизируют с помощью накидных рычагов; переливной кран при этом должен находиться в открытом положении над емкостью, в которую производится слив. Котел включают поворотом ручки переключателя в положение 1. В варочном сосуде при кипении жидкости создается избыточное давление, в результате чего осуществляется перелив (выдавливание) содержимого из варочного сосуда.

При отсутствии интенсивного выдавливания бульона ручку предохранительного клапана поворачивают стрелкой вверх и держат клапан открытым до тех пор, пока стрелка манометра не переместится к отметке, близкой к нулю. После этого клапан закрывают, поворачивая ручку стрелкой вниз. Процесс выдавливания ускоряется.

После окончания работы производят санитарную обработку котла горячей водой. Для санитарной обработки верхнего переливного крана котел заливают водой на 2—3 см выше уровня фильтра; плотно закрывают крышку котла всеми накидными рычагами; включают котел; подкатывают к нему тележку ТП-80К с емкостью и осуществляют перелив воды, как было указано ранее. Оставшуюся воду сливают через нижний кран.



















Правила техники безопасности при работе с аппаратом.

Безопасность конструкции производственного   оборудования обеспечивается (ГОСТ 12.2.003-91):

	- выбором принципов действия и конструктивных решений, источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих процессов, системы управления и ее элементов;

	- минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при функционировании оборудования;

	- выбором технологических процессов изготовления;

	- применением встроенных в конструкцию средств защиты работающих, а также средств информации, предупреждающих о возникновении опасных ситуаций;

	- надежностью конструкции и ее элементов;

	- применением средств механизации, автоматизации, дистанционного
управления и контроля;

	- возможностью использования средств защиты, не входящих в конструкцию;

	- выполнением эргономических требований;

	- ограничением физических и психофизиологических  нагрузок на работающих.

- Производственное оборудование должно отвечать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации.

К общим требованиям безопасности относятся следующие: 

	- материалы конструкции оборудования не должны оказывать опасное и вредное воздействие на организм работающего, а также создавать пожаро- и взрывоопасную ситуацию;

	- конструкция оборудования должна исключать на всех режимах работы нагрузки на детали и сборные единицы, способные вызывать разрушения, представляющие опасность для работающих;

	- конструкция оборудования должна обеспечивать надежную защиту работающих от травм,    причинами которых могут стать какие-либо разрушающиеся части деталей или сборных единиц в результате воздействия на них нагрузок, превышающих расчетные;

	- конструкция оборудования и его отдельных частей должна исключать возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтажа, в противном случае должны быть предусмотрены средства и методы закрепления оборудования и его частей;

	- конструкция оборудования должна исключать падение или выбрасывание предметов (инструмента, заготовок, обработанных деталей и др.), представляющих опасность для окружающих, а также выбрасывание на рабочего смазывающих, охлаждающих и других рабочих жидкостей, либо в эксплуатационной документации должны быть представлены требования об использовании защитных средств, не входящих в конструкцию;

	- движущиеся части оборудования, являющиеся потенциальным источником травмоопасности, должны быть ограждены или расположен так,чтобы исключались возможность касания работающего, или должны быть использованы другие средства, предотвращающие травмирование;

	- конструкция электрооборудования должна включать в себя средства,
обеспечивающие электробезопасность работающих установленными способами.                                                                                                                                                                                                           











Заключение

В процессе проведения курсового проектирования я закрепил знания по предмету и приобрел навыки по поверочному расчету и выбору оборудования для выполнения определенных технологических приемов обработки продуктов.

Я ознакомился с принципами работы пищеварочного котла типа КЭ-100. Рассчитал его производительность и произвел тепловые расчеты. Такая производительность соответствует потребностям среднего предприятия общественного питания.

Производительность аппарата составила 10.4 кг/час, расчетная температура кожуха 31,45 °С. Мощность и КПД котла периода разогрева составили 15,87 кВт и 76,7%, а периода варки – 2,61 кВт и 72,9 %, и являются довольно высокими показателями. Рабочая температура спирали составила 148,15 ºС. Все эти показатели близки к нормированным показателям данного котла. Это говорит о том, что котел КЭ-100 можно применять на предприятиях общественного питания.

Пищеварочные котлы превосходят серийные по следующим показателям: технологичности при изготовлении; эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре; возможности унификации  в результате применения одинаковых панельных элементов; надежности вследствие жесткости панельных систем; коэффициенту полезного действия. Панельный принцип применим к  достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансферавтоматов; дает возможность по меньшей мере на 50 % улучшить качество аппаратов, включая такие показатели, как  металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность, позволяет унифицировать ряд важных деталей тепловых  аппаратов  с  разными  видами обогрева и различного технологического назначения; упрощает заводскую оснастку и производство.





Библиографический список.

																     1. Вышелесский А.Н. Тепловое  оборудование  предприятий  общественного питания. Учебник для технол. фак. торг. вузов. Изд. 5-е, перераб. И доп. М., Экономика. – 1976. – 399 с.

																

																   2. Оборудование предприятий общественного питания. В 3-х  томах.  Т.3,

																Беляев М.И. Тепловое оборудование: Учебн. для  технол.  фак.  торг.

																вузов. М.: Экономика, 1990. – 553 с.

																

																  3. Тепловое оборудование  предприятий  общественного  питания  /  Н.Н.

																Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов. – М.: Колос, 1994 – 431 с.

																

																  

																  4.  Лабораторные  работы  по  оборудованию  предприятий  общественного

																питания.  Учебн.  пособие  для  технол.  фак.  торг.   вузов.   М.:Экономика, 1991. – 192 с.

																

																 5. Лоусен Ф.  Предприятия  общественного  питания.  (Проектирование  и

																строительство).  Пер  с  англ.  Н.Н.  Черниной;   под   ред.   В.В.Вержбицкого. – М.: Стройиздат, 1987.  – 200 с.

																

																  6.   Гордон   Л.И.   Панельное   тепловое   оборудование   предприятий

																общественного питания. М.: Экономика, 1982. – 128 с.

																

																 7.  Кокурин   В.Ф.   и   др.   Секционное   оборудование   предприятий

																 общественного питания. М.: Экономика, 1969. – 134 с.

																

																 8. Белобородов В.В., Гордон  Л.И.  Тепловое  оборудование  предприятий

																общественного питания: Учебн. пособие для технол. фак. торг. вузов.

																М.: Экономика, 1983. – 304 с.

																

																 9. Лощинский А.А., Толчинский А.Р. Основы  конструирования  и  расчеты

																 химической аппаратуры. Справочник. – М.: 1963. – 367 с.



10. ПоцелуйкоА.А., Оборудование предприятий общественного питания (тепловое): метод. указания / Краснояр.гор.торг.-экон. ин-т; К.,2006 – 66 с