Разработка (модернизация) конструкции хлебопекарной печи

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский Государственный Экономический Университет

Кафедра машин и аппарат пищевых производств

Курсовой проект по дисциплине Технологическое оборудование

Разработка (модернизация) конструкции хлебопекарной печи

Исполнитель

Ю. В. Штрауб

студент гр. ТХКМ-03

Руководитель

Г. Б. Пищиков

Екатеринбург 2009

Введение

Хлебопекарная промышленность Российской Федерации имеет около 1500 хлебозаводов и свыше 5000 мелких предприятий, производящих ежегодно более 16 млн. тонн продукции. В рационе питания населения хлебопродукты составляют до 40% калорийности потребляемого продовольствия. За счет потребления хлеба и хлебобулочных изделий покрывается до 20−30% потребности организма в белках и наполовину в углеводах.

По количеству предприятий, объему и значимости продукции, стоимости основных производственных фондов хлебопекарная промышленность является одной из ведущих отраслей пищевой промышленности России. Однако в настоящее время по оценкам специалистов только 20−30% хлебопекарных предприятий соответствуют современному техническому уровню. Технический уровень оборудования во многом предопределяет качественные и экономические показатели работы хлебопекарного предприятия [1, с 3].

Пока технологическое оборудование, выпускаемое для хлебопекарных предприятий, уступает зарубежным аналогам по производительности, эксплуатационной надежности, энергоемкости и степени автоматизации. Только разработка и внедрение конкурентоспособного отечественного оборудования позволит вывести хлебопекарную промышленность на необходимый уровень развития.

Хлебопекарное оборудование России по своему научно-техническому уровню значительно отличается от зарубежного, ориентированного на стабильно высокие хлебопекарные свойства муки. На наших предприятиях перерабатывается до 50% сырья с пониженными хлебопекарными свойствами, что сказывается на качестве готовой продукции и ее выходе. Поэтому весьма перспективны такие виды оборудования, которые допускают гибкое регулирование технологических параметров основных процессов — замеса теста, его брожения, формования, расстойки, выпечки [1, с 4].

В хлебопекарной промышленности происходит процесс непрерывного совершенствования: разрабатываются прогрессивные технологические схемы, основанные на снижении потерь и затрат сырья; интенсифицируются производственные процессы; создаются новые виды продукции. Соответственно возрастают требования к основным показателям работы технологического и вспомогательного оборудования, его надежности, производительности, степени автоматизации.

В связи с этим целью моей работы является разработка (модернизация) хлебопекарной печи.

Перед собой я поставил следующие задачи:

изучить современное оборудование для выпечки хлеба;

проанализировать сильные и слабые стороны хлебопекарных печей;

разработать конструкцию печи;

выполнить инженерные расчеты.

1. Анализ современного оборудования хлебопекарных печей

В поточной выработки хлеба печь занимает ведущее место. Это объясняется тем, что в печных агрегатах завершается весь комплекс процессов, связанных с производством хлеба. Именно от процесса выпечки, который протекает в рабочих камерах хлебопекарных печей, в значительной степени зависит качество вырабатываемой продукции. Таким образом от режима работы хлебопекарной печи зависят не только ее технико-экономические показатели (удельный расход топлива, пара, электроэнергии), но и внешний вид, пропеченность и объемный выход выпекаемого хлеба.

Хлебопекарные печи могут быть классифицированы по нескольким признакам:

1) по технологическому назначению: печи универсальные — для выпечки широкого ассортимента и специализированные — для выпечки специальных сортов;

2) по производительности: печи сверхмалой производительности (для пекарен), малой производительности (площадью пода до 8м), средней производительности (до 25м) и большой производительности (с площадью свыше 25м);

3) по конструктивным особенностям: печи тупиковые, туннельные и ротационные;

4) по способу обогрева пекарной камеры: печи жаровые, печи с канальным обогревом, с рециркуляцией продуктов сгорания, печи с пароводяным обогревом, печи с электрообогревом, печи с комбинированным обогревом (каналы и пароводяные трубки) [1, с 198].

Универсальные ротационные конвекционные печи (рис. 1), предназначенные для высококачественных выпечек хлебобулочных изделий и батонов, хлеба формового и подового из пшеничной и ржаной муки; кондитерских изделий.

Печи обеспечивают:

качество выпечки в соответствии с самыми высокими требованиями;

абсолютно равномерную выпечку всего ассортимента без перенастроек жалюзи;

идеальный глянец желаемой интенсивности на выпекаемых изделиях;

сокращение времени выпечки;

экономичность, надежность, безопасность, долговечность в эксплуатации за счет прогрессивных конструкторских решений, применения современных технологий и материалов;

минимальные сроки введения в эксплуатацию.

1-вытяжной вентилятор, 2-теплоизоляция, 3-панель управления, 4-дверь, 5-механизм вращения тележки, 6-система пароувлажнения

Рисунок 1 — Ротационная печь [1, с 232].

Печи имеют:

1. Цельносварную пекарную камеру и воздуховоды, что обеспечивает долговечность в эксплуатации, гарантированное отсутствие утечек паровоздушной смеси;

2. Компоновку с фронтальным расположением горелки и зоной обслуживания спереди и сверху, что позволяет устанавливать печи в ряд;

3. Топку и теплообменник, изготовленных из жаропрочных легированных сталей;

4. Системы управления;

5. Дверь пекарной камеры с улучшенной термоизоляцией;

6. Низкий порог пекарной камеры, оригинальную конструкцию пандуса, позволяющая избежать встряски тестовых заготовок при закатывании тележки;

7. Опору поворотной платформы;

8. Облицовку печи, пояс, потолок, порог пекарной камеры из нержавеющей стали.

Недостатком данных печей является то, что это новый вид печей еще мало изучен на предприятиях, загрузка тестовых заготовок осуществляется вручную и поэтому ротационную печь нельзя включить в комплексно-механизированную линию; при загрузки печи происходит потеря теплоты [4, с 27], печи туннельного типа с ленточным подом и блочно-каркасным ограждением получили широкое распространение на хлебозаводах средней и большой производительности. Для обогрева этих печей используется рециркуляция продуктов сгорания топлива (газ, жидкое топливо) и электроток.

1-приводной барабан, 2-конвейер печи, 3-вытяжные зонты, 4-изоляция, 5,12-транспортирующие каналы, 6-вентилятор рециркуляции, 7-топка, 8-пароувлажнительное устройство, 9-натяжной барабан, 10-греющий канал, 11-пекарная камера.

Рисунок 2 — Туннельная печь марки ПХС.

Печь марки ПХС (рис. 2) представляет собой металлическую конструкцию с изоляцией из минеральной ваты 4. Пекарная камера 11 обогревается газовыми каналами. В начальном участке пекарной камеры установлено пароувлажнительное устройство 8. Во второй зоне имеется два вытяжных отверстия, соединенных каналами с вентиляционной системой для удаления паров упека. По торцам печи установлены вытяжные зонты 3.

Печь оборудована двумя обогревательными контурами, один из которых обслуживает первую зону, а другой — вторую. В каждом контуре имеются: топка 7 со смесительной камерой, вентилятор рециркуляции 6, греющие 10 и транспортирующие 5 и 12 каналы и регулирующие устройства и т. п. Все элементы обогревательной системы, находящиеся под воздействием высоких температур, изготовлены из жаростойкой стали. Топки приспособлены для сжигания газа и жидкого топлива.

Конвейер 2 печи состоит из ленты, изготовленной из стальной спирально-стержневой сетки, приводного барабана 1, натяжного механизма грузового типа, роликовых опор для холостого участка ленты и натяжного барабана 9.

Конвейер печи приводится в движение от электродвигателя через две клиноременные передачи, цепной вариатор, редуктор и зубчатую передачу. В конструкции приводного механизма предусмотрен ручной привод. Наличие вариатора позволяет регулировать продолжительность выпечки в пределах от 12 до 72мин. Конвейер имеет сигнализатор, который включается, когда нарушаются установленные зазоры между кромками сетчатой ленты и боковыми стенками пекарной камеры.

Увлажнительное устройство 8 состоит из ряда перфорированных трубок, водоотделителя, вентилей и манометра, и соединено с заводской паровой системой. Для удаления излишней влаги пекарная камера соединена с двумя вытяжными отверстиями и каналами с вентиляционной системой предприятия.

Для обеспечения безопасности эксплуатации горелок предусмотрен автоматический клапан-отсекатель, прекращающий подачу газа при угасании факела, останове рециркуляционного вентилятора и других аварийных ситуациях.

Перед розжигом печи производят продувку системы свежим воздухом. Для этого клапаном 3 перекрывается канал движения газов, и через патрубок они выбрасываются наружу, а свежий воздух через патрубок 9 и топки поступает в систему и проходит по всем каналам [1, с 221], [8, с 184].

Печь Брувера-Салихова (рис. 3) используется для выпечки национальных изделий республик Средней Азии и Казахстана.

1-ведущий вал, 2-ведомый вал, 3-ленточный транспортер, 4-бегущая форсунка распылитель, 5-термопара, 6-увлажнительное устройство, 7-газовая горелка нижнего канала, 8-газовая горелка верхнего канала.

Рисунок 3 — Печь Брувера-Салихова.

Печь имеет тоннельную пекарную камеру с канальной системой обогрева и двумя генераторами тепла (один — в нижнем канале, другой — в верхнем). Сжигание газа производится при помощи инжекционных горелок низкого давления. Четыре горелки установлены в верхнем канале и две — в нижнем. Такая система обогрева позволяет осуществлять независимую регулировку температурного режима в верхней и нижних зонах > обогрева. Нижний обогревательный. канал предназначен для нагревания керамических подиков нижней холостой ветви конвейера, а верхний канал — для передачи тепла к выпекаемым на керамических подиках лепешкам. Для экранирования нижней зоны1 обогрева от верхней между ветвями конвейера установлен экран, выполненный в виде кирпичного свода.

В рабочей камере смонтирован цепной конвейер, имеющий приводной и натяжной валы. Цепь конвейера — втулочно-роликовая с шагом 140 мм. Ходовые ролики цепей движутся по направляющим. Конвейер пода состоит из 50 рамок — подиков размером 1920×230 мм. Движение конвейера прерывистое, и управление производится от реле времени ВС-21. При выходе из печи лепешки опрыскиваются из форсунки, передвигающейся вдоль фронта печи [2, с 281].

Туннельные печи имеют ряд преимуществ. Их применение обеспечивает организацию поточности производственного процесса, возможность механизации загрузки тестовых заготовок и выгрузки готовых изделий, визуальное наблюдение за процессом выпечки и т. д. Наряду с этим, туннельные печи имеют и ряд недостатков. Рабочей площадью пода у этих печей является только верхняя ветвь конвейера, печи занимают большую производственную площадь. Это повышает стоимость строительства хлебопекарных предприятий и эксплуатационные расходы [1, с 198].

1-транспортер, 2-посадочное устье, 3-пароувлажнительное устройство, 4-конвейер, 5-пекарная камера, 6-обогревательные каналы, 7-натяжной барабан, 8-горелочное устройство, 9-топочное устройство, 10-камера смешивания.

Рисунок 4 — Тупиковая печь РЗ-ХПА.

Тупиковые конвейерные хлебопекарные печи имеют наибольшее распространение не только среди конвейерных печей, но и среди любых печей, устанавливаемых на хлебозаводах.

Эти печи позволяют вырабатывать почти все виды продукции. Управление продолжительностью выпечки осуществляется при помощи реле времени. В данной печи обогрев печи каркасно-блочного исполнения производится в результате сжигания газообразного или жидкого топлива в горел очном устройстве 8. Продукты сгорания из топочного устройства 9 направляются в камеру смешивания 10, куда поступает поток рециркуляционных газов. Печь оборудована системами автоматического регулирования температурного режима и безопасности сжигания топлива [1, с 217].

Печь ХПА-40 (рис. 5) имеет комбинированную систему обогрева, состоящую из пароводяных трубок и каналов.

Такая система обеспечивает теплотехнические преимущества по сравнению только с пароводяным обогревом, так как в этом случае температура уходящих газов после обогрева пекарной камеры при всех прочих равных условиях значительно ниже, чем при пароводяном обогреве. Преимуществом этой комбинации является также возможность подбора желаемой степени экранирования топки в зависимости от рода и качества сжигаемого топлива. При чисто пароводяном обогреве большая степень экранирования топки затрудняет сжигание топлива с большой зольностью и высокой влажностью.

1-люльки, 2-транспортер, 3-нагревательные трубки, 4-сборная камера, 5-топка, 6-каналы, 7-вертикальные каналы.

Рисунок 5 — Тупиковая печь ХПА-40.

При применении пароводяных трубок и каналов с малым термическим сопротивлением (металлических) система обогрева имеет относительно небольшую тепловую инерцию, что позволяет быстро разогревать печь и изменять тепловой режим в пекарной камере. Кроме того комбинация пароводяных трубок иканалов, позволяет конструктивно удобно располагать поверхности теплообмена относительно конвейера в соответствии с условиями теплообмена в пекарной камере.

Печной конвейер приводится в движение через вариатор скорости, при помощи которого длительность выпечки можно регулировать от 40 до 65 мин. Грузовая натяжная станция обеспечивает постоянное натяжение цепей.

Два кирпичных канала 6 расположены внизу камеры, а 9 дымогарных труб 4 диаметром 150мм — под ее верхним перекрытием.

В средней части камеры установлено 110 нагревательных трубок 3 в виде четырехрядного нагревательного пучка длиной 5300 мм с шагом по вертикале 85 мм и по горизонтали 70 мм и с уклоном 40 мм на 1 м.

Дымовые газы из топки 5, отдав часть теплоты нагревательным трубкам, поступают в каналы 6; затем газы поднимаются по вертикальным каналам 7 в дымогарные трубы и, отдав часть теплоты водогрейным котелкам, направляются в дымовую трубу.

Передача тепла в зоне обжарки происходит через металлическую стенку, отделяющую сборную камеру 4 от пекарной камеры печи.

Генератор тепла у большинства хлебопекарных печей является топка. Топки бывают двух видов: для сжигания газообразного или жидкого топлива и твердого топлива.

Газообразное топливо, особенно природный газ, широко применяется в хлебопекарной промышленности. Оно имеет ряд преимуществ перед твердым и даже жидким топливом: транспортируется по трубам, при этом отсутствует необходимость в складах для топлива; при сжигании газа поверхности греющих каналов не загрязняются золой и даже сажей; улучшаются условия труда обслуживающего персонала.

В пекарной камере на расстоянии 1,2 м от посадочной дверцы над нижней ветвью конвейера установлен механизм, который опрыскивает водой одновременно четыре люльки с хлебом [1, с 218], [ 7, с 159].

Вместе с тем, применение газа имеет ряд недостатков: горючие газы ядовиты и могут быть причиной отравлений, поэтому газопроводы и арматура на них должны быть плотными; горючие газы могут образовывать с воздухом взрывоопасную смесь, но недостаток воздуха может привести к нарушению нормального протекания процесса горения (к неполному сгоранию топлива) [1, с 199].

Теперь рассмотрим конструкцию и принцип действия печи, на основе которой необходимо разработать новую печь с электрообогревом.

Печь ФТЛ-2 (рис. 6) относится к группе тупиковых печей средней производительности с цепным люлечно-подиковым конвейером и канальным обогревом.

В тупиковой пекарной камере размещен люлечно-подиковой двухниточный конвейер 3. К двум цепям с шагом 140 мм через каждые три звена подвешено 24 люльки 1 длиной 1920 мм и шириной 345 мм. Конвейер печи имеет два вала — передний 2 приводной, задний 6 натяжной. Предусмотрен также вариант с тремя парами блоков.

Пекарная камера ограждена сверху металлическим сварным перекрытием 5, состоящим из двух частей, для удобства транспортирования и монтажа. Винтовое натяжное приспособление конвейера смонтировано на заднем валу 6. В печи ФТЛ-2−66 подшипники валов делают выносными вместо внутренних, размещенных в нишах обмуровки пекарной камеры, что предотвращает воздействие на них высоких температур и влажности.

1-люльки, 2-приводной вал, 3-конвейер, 4-гребенки паровые, 5-сварное перекрытие, 6-натяжной вал, 7-греющая поверхность газохода, 8-радиатор.

Рисунок 6 — Тупиковая печь ФТЛ-2.

Движение печного конвейера прерывистое, достигаемое остановкой приводного электродвигателя с помощью копиршайбы (кулачка), укрепленной на валу червячного колеса редуктора; электродвигатель включается при помощи реле времени, в приводе печи предусмотрен сменяемый предохранитель — палец, срезаемый при перегрузки конвейера.

Периодическое движение конвейера осуществляется механизмом, состоящим из зубчатой передачи, четырех выдвижных упоров с фиксаторами и конечного выключателя. При работе печи на 24 широких люльках включаются два выдвижных упора, расположенных через 180 °C, а при 36 узких люльках включается три упора, расположенных под углом 120 °C.

Длина конвейера увеличена за счет удлинения печи на 450 мм, перемещения переднего блока к посадочному устью и более крутого подъема люлек вверх в посадочной части печи; это позволяет увеличить поверхность нагрева верхнего и нижнего газохода и радиаторной коробки на 28% по сравнению с печью ФТЛ-2 модели 1944 г.

В зависимости от выпекаемого сорта хлеба движение дымовых газов можно направить в сторону посадки или в сторону топки, что изменяет тепловые напряжения греющих поверхностей верхнего газохода в начальной зоне выпечки.

Среда пекарной камеры увлажняется паром из котельной с помощью гребенок 4. Предусмотрен также вариант снабжения печи паром двумя трубчатыми парогенераторами диаметром 200 мм, установленными в газоходе. Производительность парогенератора достигает 60−70 кг в час. Пар от парогенераторов подается в пекарную камеру по двум перфорированным трубам диаметром 50 мм, расположенным над второй и третьей люльками.

Для уменьшения вентиляционных потерь при сохранении высоты печи и отказе от выноса вала в пекарной камере над сводом нижнего газохода, по всей ширине, уложен кирпичный порог высотой 390 мм и одновременно посадочное окно печи опущено на 160 мм. Это мероприятие обеспечивает соблюдение принципа подгазосливного пространства, но ухудшает условия очистки рабочей поверхности свода нижнего канала (тесто, хлеб, крошки и пр.).

Готовые изделия выгружаются с помощью копира, наклоняющего люльку на 45 °C.

В печи улучшен паровой режим, усилены подшипниковые узлы конвейера, улучшена конструкция подвески люлек, модернизирована конструкция привода [2, с 289], [6, с 75].

Преимуществами канальных печей является то, что в топках можно сжигать разнообразное топливо, а также относительная простота конструкции, различная степень механизации, широкий диапазон производительности при разнообразном ассортименте изделий.

Недостатком печи ФТЛ-2 является то, что верхний лист среднего канала в местах входа дымовых газов перегревается и довольно быстро изнашивается. Поэтому сконструируем печь с электрообогревом на основе печи ФТЛ-2 с канальным обогревом пекарной камеры [5, с 171].

2. Разработка (модернизация) конструкции хлебопекарной печи

В печах с электрообогревом пекарные камеры обогреваются трубчатыми электрическими нагревательными элементами. Они предназначены для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных и мучных кондитерских изделий [3, с863].

Печи с электрообогревом являются наиболее перспективными в районах, где стоимость электроэнергии достаточно низкая [1, с 199] и в связи с введением в эксплуатацию электростанций огромных мощностей [5, с 285].

При электрообогреве можно автоматически регулировать тепловой режим пекарной камеры в соответствии с заданной кинетикой расхода тепла.

Электрические печи хлебопекарных производств имеют ряд преимуществ по сравнению с печами с другим способом обогрева пекарной камеры. Небольшая тепловая инерция конструкции, гибкость в отношении температурного режима и автоматическое регулирование позволяют устанавливать режим в пекарной камере по заданному графику. Отсутствие топочных устройств и легкость конструкции (небольшая удельная нагрузка) позволяет устанавливать печь на любом этаже здания.

Электроэнергия, вырабатываемая на гидростанциях, значительно дешевле энергии, вырабатываемой на тепловых электростанциях. При получении дешевой электроэнергии печи являются более экономичными, по сравнению с печами, работающими на топливе [5, с 285].

2.1 Описание конструкции

Печь относится к группе тупиковых конвейерных люлечно-подиковых печей средней мощности с электрообогревом. Печь (рис. 7) предназначена для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных, бараночных и мучных кондитерских изделий.

Печь состоит из блочно-каркасного ограждения 1, пекарной камеры 3, в которой размещен двухниточный конвейер 4. На конвейере может быть размещено до 80 люлек шириной 350 мм, шагом 140 мм, высотой подвески 250 мм, длина люльки составляет 1920 мм.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и снижения температуры поверхности наружных стенок печи ее покрывают Слоем изоляции, состоящей из двух частей — собственно изоляции и защитного кожуха. Кожух защищает изоляционную конструкцию от влаги и внешних механических воздействий и придает ей хороший внешний вид. Увеличение толщины изоляционного слоя увеличивает себестоимость изготовления печи, но при этом уменьшаются тепловые потери, в результате чего снижаются эксплуатационные расходы. Температура поверхности изолированных стенок аппарата не должна превышать 40−60°С [ 1, с 220].

1-блочно-каркасное ограждение, 2-направляющая звездочка, 3-пекарная камера,

4-конвейер, 5-люльки, 6-электронагреватели, 7-термопары, 8-натйжной вал, 9-изоляция, 10-коробка теплоизоляционная, 11-приводной вал.

Рисунок 7 — Печь с электрообогревом.

2.2 Описание принципа действия и режима работы

Конвейер печи имеет два вала — передний приводной 11 и задний натяжной 8. Валы опираются на подшипники качения, которые у приводного вала вынесены за пределы печи, а у натяжного — расположены в нишах боковых панелей. Направляющие звездочки 2 крепятся на консольных осях. Движение конвейера печи равномерно-прерывистое, осуществляемое с помощью реле времени и концевого выключателя, установленного у приводной звездочки. Привод печи состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, червячного редуктора и цепной передачи.

Печь обогревается трубчатыми электронагревателями мощностью по 1,6 кВт. Всего в печи имеется 78 нагревателей, которые разделены на 4 группы в соответствии с зонами обогрева пекарной камеры. Тепловой режим печи контролируется четырьмя термопарами 6,7 и регулируют как автоматически, так и в ручную. Системы регулирования и контроля температуры в каждой зоне пекарной камеры одинаковы и автономны

В первой зоне выпечки трубчатые электронагреватели разбиты на три группы, одна из которых может быть включена постоянно, выключена или подключена к одной из других групп нагревателей, управляемых автоматически. В остальных зонах нагреватели разделены на две группы. При температуре выпечки ниже заданной автоматически включаются все нагреватели; при достижении нижнего предела заданной температуры, одна из групп нагревателей отключается, а при достижении верхнего предела отключается вторая группа и температура снижается.

Автоматическое регулирования заданной температуры в пекарной камере хлебопекарной печи производится одноточечными автоматическими показывающими отенциометрами, работающими в комплекте с хромель- копелевыми термопарами.

Между ветвями конвейера размещены заполненные теплоизоляцией короба 10, которая позволяет создать более гибкое регулирование температуры по зонам выпечки.

Увлажнение среды пекарной камеры паровое. Пар подается тремя паровыми коллекторами (гребенками) по ходу конвейера (от посадочного отверстия). Тестовые заготовки увлажняются на первых четырех люльках, т. е. в течение первых 2−2,5 мин [1, с 220], [2, с 314], [3, с 864].

3. Расчетная часть проекта

Инженерный расчет электрической хлебопекарной печи состоит в определении количества хлебобулочных изделий, размещаемых в люльках, определении толщины теплоизоляционного слоя, расчете теплового баланса пекарной камеры, определении мощности электрических нагревателей по заданной производительности.

хлебопекарный печь тупиковый конвейерный

3.1 Определение габаритных размеров

Количество рядов хлебобулочных изделий n1, шт., размещаемых по ширине люльки, определяется по формуле [7, с 170]

где В — ширина люльки, равная 350 мм;

b — ширина булки хлеба, составляющая 110 мм;

а — величина зазора между булками, принимаемая 30 мм.

Примем n1-2 шт.

Количество рядов хлебобулочных изделий n2, шт., размещаемых по длине люльки, определяется формулой [7, с 170]

где L- длина люльки, равная 1920 мм;

l — длина булки хлеба, составляющая 260 мм.

Примем n2 = 6 шт.

Перед тем как определить габаритные размеры печи необходимо рассчитать длину конвейера. Она характеризуется количеством люлек, подвешенных к цепям конвейера.

Число люлек конвейера п, шт. определяется из формулы производительности печи [7, с 169]

где П — производительность хлебопекарной печи, т/сут;

ф — продолжительность выпечки, мин;

т0 - масса одной булки хлеба, составляющая 0,8 кг;

пзаг - количество заготовок хлеба в люльке, шт.

n = (20 000*40)/(1440*0,8*12) = 57,9 шт

Примем n= 58 шт.

Определим размеры печи, Длина цепи рассчитывается по формуле:

где n — число люлек, шт.; р — шаг цепи, равный 140 мм.

Lu= 58*3*140 = 24 360 мм = 24,36 м

/

Примем число зубьев z=15 для приводной и натяжной звездочек. Диаметры звездочек рассчитываются следующим образом:

Dэв = Р/(sin 180ъ/z) = 140/(sin 180ъ/15) = 673 мм

Межцентровое расстояние примем (ориентировочно) аW = 16 130 мм. Тогда длина пода печи рассчитывается по формуле:

Длина печи рассчитывается по формуле:

где Sст — толщина стенки печи, мм; примем ее как 220 мм.

Высота пода печи рассчитывается по формуле:

где Dв — расстояние от оси цепи до потолка камеры, мм; где Гл — габаритный размер люльки по высоте, мм. Гл = 250 мм;

hн — расстояние от люльки до пола, мм.

Высота печи равна:

Нэ = Нпп+2Sст = 1320+2*220 = 1760 мм

Ширина пода печи рассчитывается по формуле:

Впп = L+2*200 = 1920+2*200 = 2320 мм

Тогда ширина печи будет равна:

Вп = Впп+2Sст = 2320+2*220 = 2760 мм

Площадь горизонтальных стен равна:

Fг = 2*Внэ = 2760* 17 990 =99 304 800 мм2 = 99,30 м м2

Площадь вертикальных стен равна:

Fв = 2LHэ+2BH= 2*1920*17 990+2*2760*1760=75 198 800 мм2 =75,20 м2

Тогда площадь всех стен равна:

F = Fг+Fв = 99,30 +75,20 = 174,50 м2

Таким образом, геометрические размеры пода печи:

Длина — 17 553 мм

Ширина — 2320 мм

Высота — 1320 мм.

Габаритные размеры печи:

Длина — 17 990 мм.

Ширина — 2760 мм

Высота — 1760 мм.

3.2 Тепловой баланс

Тепловой баланс пекарной камеры составляется на 1 кг горячего хлеба в момент его выхода из пекарной камеры, поэтому уравнение теплового баланса камеры на 1 кг горячего хлеба имеет следующий вид [5, с 63]

где qвк - количество теплоты, переданное в пекарную камеру на выпечку 1 кг хлеба, кДж/кг;

q1, — теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг хлеба, кДж/кг;

q2 — расход теплоты на испарение воды и перегрев пара, поступающих в пекарную камеру на увлажнение тестовых заготовок и среды, кДж/кг;

q3— расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха, кДж/кг;

q4 — расход теплоты на нагрев элементов конструкции, транспортных устройств, конвейерных цепей, люлек, форм, кДж/кг;

q5 — расход теплоты наружными поверхностями стенок камеры, кДж/кг;

qб — расход теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры, кДж/кг;

q 7 — расход теплоты излучением через посадочное окно и разгрузочное отверстие, кДж/кг;

q8 — расход теплоты на аккумуляцию элементами печи, кДж/кг.

В связи с тем, что проектируемая хлебопекарная печь является аппаратом непрерывного действия, тепловой баланс пекарной камеры составляется только для стационарного режима ее работы.

Теоретический расход теплоты на выпечку 1 кг хлеба q1, кДж/кг рассчитывается по уравнению [5, с 65]

где Wисп — количество испаренной влаги из тестовой заготовки за время выпечки (упек), кг/кг. Принимаем величину упека равную 8% [9, с 327].

iт - энтальпия перегретого пара на выходе из пекарной камеры в сечении посадочного окна при средней температуре 180 °C равна 2900 кДж/кг [5];

iв — энтальпия воды при температуре тестовой заготовки 30"С в момент ее посадки в пекарную камеру равна 125 кДж/кг [5];

mк — масса корки, составляющая 15−20% от массы горячего хлеба [9, с328];

ск - удельная теплоемкость сухого вещества корки, равная 1,47 кДж/кг;

tк, tт — средняя температура корки хлеба и теста, поступающего в пекарную камеру, равные соответственно120°С и 30 °C;

mм — содержание сухого вещества в мякише горячего хлеба, 0,4кг/кг;

Сс- удельная теплоемкость сухого вещества мякиша хлеба, равная 1,47 кДж/(кг*К);

Wх — влажность 1 кг горячего хлеба в момент его выхода из пекарной камеры, 0,45 кг/кг;

Св - удельная теплоемкость воды в горячем хлебе, равная 4187 Дж/(кг*К);

tм — средняя температура мякиша горячего хлеба, равная 98 °C.

Расход теплоты на испарение воды и перегрев пара, поступивших в пекарную камеру для увлажнения тестовых заготовок и воздуха q2, кДж/кг, рассчитывается по формуле [5,с68]

где Dn — массовая доля насыщенного пара, поступившего в пекарную камеру на увлажнение, 0,1 — 0,16 кг/кг;

iн - энтальпия насыщенного пара перед пароувлажнительным устройством при давлении 120 кПа и степени сухости пара 0,9. По таблице водяного пара определили, что iн=2458кДж/кг [5];

iпп — энтальпия перенасыщенного пара, кДж/кг.

В зоне увлажнения температура пекарной камеры составляет 125 °C и давление 100кПа, тогда iпп = 2727 кДж /кг [5]

Расход тепла на испарение воды и перегрев пара равен 43,04 кДж/кг.

Расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха q3, кДж/кг, поступающего в пекарную камеру, определяется по формуле [5, с 69]:

где Ср - удельная теплоемкость воздуха, принимаемая при расчетах равной 1,005кДж/(кг*К);

tпк — температура в пекарной камере, 457 К;

tв — температура наружного воздуха, 298 К.

dпк - влагосодержание горячего влажного воздуха в сечении посадочного окна на выходе из пекарной камеры составляет 0,424 кг/кг [5];

dв — влагосодержание наружного воздуха равно 0,018 кг/кг [5],

D увл - количество пара и воды, подведенного для гидротермической обработки, 0,16кг/кг.

q3 = (0,08+0,16)/(0,426−0,020)*1,007*(457−298) = 95,87 кДж/кг

Расход тепла на нагрев вентиляционного воздуха составляет 94,46 кДж/кг.

Расход теплоты на нагрев транспортных устройств q 4, кДж определяется уравнением [5, с 71]

где mф - масса металлических форм, приходящаяся на 1 кг хлеба, кг;

cст — удельная теплоемкость стали, кДж/Кг- К;

tф1, tф2 - соответственно температура формы до и после пекарной камеры, К.

При стационарном режиме работы печи выпечка производится так, что люльки не имеют выхода из пекарной камеры. Поэтому расход теплоты на нагрев транспортных устройств равен 0 кДж/кг.

Поскольку температура наружных поверхностей стенок пекарной камеры выше температуры воздуха в цехе, происходит отдача теплоты этими поверхностями окружающему воздуху.

При этом расход теплоты наружными поверхностями стенок пекарной камеры q5, кДж/кг определяется формулой [5, с 73]

где П — часовая производительность пекарной камеры, 416,7 кг/ч;

Q — потери теплоты наружными стенками камеры в окружающую среду, Вт.

Количество теплоты, отдаваемое наружными стенками пекарной камеры окружающему воздуху Q, Вт, рассчитывается по формуле [5, с 73]

где б - суммарный коэффициент теплоотдачи, 10,81Вт/(м -К);

F- площадь поверхности наружных стенок пекарной камеры, м2;

Тнар — температура на поверхности стенки камеры, 313 К;

Тв — температура окружающего воздуха в цехе, 298 К;

Итак

Q оc = 10,81 * 174,50*(313−298) = 28 295,18 Вт

Значит

q5 = 28 295,18*3,6/416,7 = 244,45 кДж/кг

Расход тепла наружными поверхностями стенок составляет 244,45 кДж/кг.

Расход теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры q6, кДж/кг определяется из уравнения [5, с 75]

где Qнс — потери теплоты через нижнюю стенку пекарной камеры, Вт

где лиз — коэффициент теплопроводности изоляционного материала, 0,046 Вт/(м*К)

д - толщина стенки пекарной камеры, 0,22 м;

Fнс — площадь нижней стенки пекарной камеры, м2;

Тст — температура стенки со стороны зоны загрузки, 313 К;

Тпол — температура пола в цехе, 298 К.

Итак

Значит

q6 = 155,7*3,6/416,7 = 1,34 кДж/кг

Расход тепла через нижнюю стенку равен 1,34 кДж/кг.

Расход теплоты излучением через посадочное окно и разгрузочное отверстие пекарной камеры q7, кДж/кг определяется выражением [5, с 76]

где е = 0,7 — коэффициент теплового излучения посадочного и разгрузочного отверстий камеры;

F0 — площадь посадочного окна и разгрузочного отверстия пекарной камеры, 2,2×0,3 м2;

ц = 0,76 — угловой коэффициент излучения;

Тв1 — температура воздуха в цехе, 298 К;

Тв2 — температура воздуха в пекарной камере, 453 К.

q7 = 5,76*0,7*2,2*0,3*0,70*((0,01*453)4-(0,01*298)4)*3,6/416,7 = 5,96кДж/кг

Расход тепла излучением через посадочное окно и разгрузочное отверстие пекарной камеры составляет 5,89 кДж/кг.

Хлебопекарная печь рассчитывается для непрерывной работы при стационарном тепловом режиме, поэтому расход теплоты на аккумуляцию элементами конструкции #8 принимается равным 0 кДж/кг [5, с 77].

Итак,

q пк = 603,58+43,04+95,87+0+244,45+1,34+5,96+ 0 = 994,24 кДж/кг

3.3 Определение установленной мощности

Тепловой поток от системы нагрева в пекарную камеру Qпк, Вт будет равен [2, с 269]

Q пк = 994,24*416,7/3,6 =115 083,28 Вт = 115,08 кВт

Установленная мощность электрической хлебопекарной печи Ру, Вт определяется из выражения [2, с 269]

где kр - коэффициент запаса мощности, принимаемый 1,2−1,3.

Ру = 115,08 *1,3 = 149,60 кВт

Общее количество электрических нагревателей в печи Z, шт. определяется выражением [2, с 269]

где Р1 — мощность одного электрического нагревателя, Вт.

Z=149,60/1,6 = 93,50 шт

При питании печи трехфазным переменным током для удобства регулирования число нагревательных элементов принимается кратным 6. (Примем 2 = 96 шт.). Электронагревательные элементы располагаются в пекарной камере по зонам выпечки.

Температура спирали электронагревателя [2, с 270]

где tп. э — температура поверхности электронагревателя; принимают tп. э=670 — 690 К;

d — внутренний диаметр защитной трубки, м;

d — наружный диаметр спирали, м;

л- коэффициент теплопроводности магнезита; при t=400°С л =19,4 кДж/(м-ч-К);

lн. э- рабочая длина нагревателя, м

Сила тока нагревательного сопротивления определяется по формуле [2, с 270]

где Рэн — мощность электронагревателя, Вт;

U — напряжение тока, питающего электронагреватель, В.

По температуре и силе тока нагревательного сопротивления находят диаметр проволоки, который равен 1,4 мм.

Длина нихромовой проволоки нагревательного сопротивления [2, с 270]

где dпр — диаметр проволоки, мм;

U- рабочее напряжение тока, В;

I — сила тока, А;

ст — удельное сопротивление проволоки, Ом.

При температуре lсп [2, с 270]

где с20 — удельное сопротивление нихромовой проволоки, принимаем 0,715 Ом;

в — температурный коэффициент нихрома; в =0,12−0,0004, принимаем в =0,12.

tСП — температура нагревательного сопротивления (спирали), ъС.

Тогда

/

Действительная длина проволоки с учетом концов, оставленных для присоединения, [2, с 272]

где 10 — свободные концы проволоки, 1о=0,2 м.

Число витков спирали [2, с 272]

где Dср— средний диаметр спирали, мм.

где Dсп и dпр — наружный диаметр спирали и диаметр проволоки, мм.

Расстояние между витками спирали аи может колебаться в пределах (0,5 — 0,2) апр [2, с 272].

4. Техническая характеристика проектируемой печи

Геометрические размеры пода печи:

Длина — 17 553 мм

Ширина — 2320 мм

Высота — 1320 мм.

Габаритные размеры печи:

Длина — 17 990 мм.

Ширина — 2760 мм

Высота — 1760 мм.

Установленная мощность электрической хлебопекарной печи — 149,60 кВт.

Количество электрических нагревателей в печи — 96 шт.

Длина нихромовой проволоки в спирали электронагревателя — 62,48 м.

Число витков спирали — 7604 шт.

Шаг намотки спирали — 0,2 мм.

Производительность печи при выпечке — 20 т/сут

Способ обогрева - электронагреватели

Заключение

Современное хлебопекарное предприятие представляет собой сложный комплекс, оснащенный технологическим, транспортным, энергетическим, санитарно-техническим и вспомогательным оборудованием. Важное место на предприятии занимает хлебопекарная печь.

В курсовом проекте изучила конструкции и принцип действия современных хлебопекарных печей, проанализировала положительные и отрицательные стороны работы оборудования. Также разработала печь на основе П — 104 с электрообогревом. Разработанная мною печь имеет большие размеры чем печь П — 104, что позволяет увеличить ее суточную производительность. Также она предполагает наличие транспортера, на который осуществляется разгрузка изделий, что позволяет повысить степень автоматизации производства и снизить влияние человеческого фактора на качество готовых изделий.

Список использованных источников

1 Хромеенков В. М. Оборудование хлебопекарного производства: Учеб. для нач. проф. Образования. — М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 2000. — 320с.

2 Михелев А. А. Оборудование и тепловое хозяйство: справочник по хлебопекарному производству: В 2 ч. Ч 1. — М.: «Пищевая промышленность», 1977. -366с.

Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для вузов/ С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остриков и др.; Под ред. Акад. РАСХН В. А. Панфилова. — м.: Высш. шк., 2001. — 1384с.

5 Маклюков И. И., Шумаев Ф. Г. Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1971.- 403с.

Технологическое оборудование пищевых производств / Б. М. Азаров, Х. Аурих С. Дичев и др. По ред. Б. М. Азарова. — М.: Агропромиздат, 1988. — 463с.

Драгилев А.И., Дроздов В. С. Технологические машины и аппараты пищевых производств. — М.: Колос, 1999. — 376с.

Пучкова Л.И., Поландова Р. Д., Матвеева И. В. Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий. Часть I. Технология хлеба. — СПб.: ГИОРД, 2005. — 559с.

Порцев В.З., Фролова Г. Ф., Решетников И. Ф. Структура и правила оформления текстовых документов: Методические указания. — Екатеринбург: УрГЭУ, 2005. — 53с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой