Диссертация (Обоснование применения водных растворов пропиленгликоля в качестве универсального теплоносителя в тепловом оборудовании предприятий питания)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования«Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова»На правах рукописиЗиборов Дмитрий МихайловичОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ В КАЧЕСТВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯВ ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИТАНИЯ05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производствДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководителькандидат технических наук, профессорБотов Михаил ИвановичМосква – 20172СОДЕРЖАНИЕВведение.................................................................................................................41. Современное состояние вопроса в области конструирования тепловыхаппаратов c греющей рубашкой...........................................................................111.1 Требования, предъявляемые к рубашечным аппаратам технологиейприготовления продуктов питания......................................................................111.2 Анализ конструкции существующих пищеварочных аппаратоврубашечного типа..................................................................................................181.3 Тепловые процессы, протекающие в рубашечных пищевыхаппаратах................................................................................................................241.4 Двухфазные теплоносители, применяемые на сегодняшний день впищеварочных котлах...........................................................................................261.5 Постановка цели и задач исследования.............................................302.

Аналитическое исследование промежуточных теплоносителей..................312.1 Расчет теплотехнических характеристик перспективныхпромежуточных теплоносителей.........................................................................312.2 Выбор исследуемого перспективного теплоносителя....................423. Методика проведения экспериментов и экспериментальный стенд............473.1 Экспериментальный стенд................................................................473.2 Методика эксперимента....................................................................504. Экспериментальные данные, их обработка и обобщение.............................545.

Исследование и сопоставление процессов разогрева с применениемперспективных теплоносителей...........................................................................705.1 Проверка достоверности экспериментов........................................705.2 Исследование коэффициентов теплоотдачи...................................745.3 Экономический эффект от применения перспективныхпромежуточных теплоносителей.........................................................................815.4 Результаты технологических испытаний........................................853Выводы...................................................................................................................89Список литературы………...................................................................................91Приложение А.......................................................................................................108Приложение Б........................................................................................................1134ВВЕДЕНИЕАктуальность проблемы.

Развитие сети общественного питания являетсяважным условием развития любого современного государства.Научно-технический прогресс, быстрое внедрение результатов научныхисследований, являются основой повышения эффективности промышленногопроизводства.Отрасль пищевого машиностроения должна выпускать современноетехнологическоеиспользующееоборудованиеинновационныедляпредприятийтехнологическиеобщественногопроцессы,питания,позволяющиедостигать максимальной экономической эффективности.В данной работе исследуется тепловое оборудование, в которомосуществляются кулинарные тепловые процессы (варки, жарки и выпечки) припомощи наиболее эффективного с точки зрения технологии приготовления пищикосвенного обогрева стенки рабочей камеры, и решаются проблемы коренногоулучшения тепловых аппаратов.Косвенный обогрев стенок рабочих камер пищевого оборудованиятрадиционно осуществляет при помощи включения в конструкцию аппаратов такназываемых греющих рубашек, внутри которых находится промежуточныйтеплоноситель.

Такие рубашки применяются как в варочном, так и в жарочномоборудовании.Выпускаемые серийно отечественные и зарубежные пищеварочные котлыи автоклавы имеют косвенный обогрев рабочих емкостей, осуществляемыйпромежуточных теплоносителем - водяным паром. Использование такого пара вкачестве промежуточной греющей среды при избыточном давлении в рубашках50 кПа (0,5 бар) в котлах и 250 кПа (2,5 бар) в автоклавах приводит к перерасходуметалла на утолщение стенок аппаратов и к необходимости устанавливатьзапорнуюипредохранительнуюарматуру,атакжерезкосокращаетдолговечность греющих рубашек и парогенераторов вследствие интенсивно5протекающих процессов коррозии [140]. Вследствие использования избыточногодавления в греющих рубашках, под угрозой находится безопасность персонала,обслуживающего тепловые аппараты.

Возможны ожоги горячим паром и, приполомке предохранительного клапана, взрывная разгерметизация греющейрубашки.Процессы жарки основным способом (в тонком слое масла) и во фритюре,а также процессы выпечки, требуют равномерного температурного поля нарабочих поверхностях и объемах сковород, фритюрниц, пекарных шкафов,которое обеспечивало бы равномерный нагрев всей площади приготовляемогопродукта.Выпускаемыесерийножарочныеаппаратыснепосредственнымобогревом, работающие на твердом и жидком топливе, газе и даже наэлектроэнергии не обеспечивают необходимой равномерности обогрева.Использование водяного пара в качестве промежуточного теплоносителя всравнительно небольших тепловых аппаратах, предназначенных для предприятийобщественногопитания,приводиткзначительномуувеличениюихметаллоемкости из-за утолщения стенок греющих рубашек, а также из-заустановки запорной арматуры и приборов контроля давления.Отсюдавытекаетнеобходимостьприменениятеплоносителей,обладающих температурой кипения при атмосферном давлении, которая на 510°С превышает температуру технологических процессов.Для решения этой важной проблемы необходимо предложить новыйтеплоноситель, который обеспечивая технологический процесс необходимымтемпературным уровнем, не требовал бы избыточного давления (либо требовалбы минимальных избыточных давлений) в греющих рубашках и не оказывал бысерьезного коррозионного воздействия на внутренние стенки греющих рубашектепловых аппаратов при небольших перепадах температур между греющей инагреваемойсредами,т.е.обеспечилбытемпературного поля на всей стенке рабочей камеры.реализациюравномерного6Перспективны в этом плане водные растворы этиленгликоля (C2H4(OH)2) ипропиленгликоля (C3H6(OH)2), устойчиво работающие как в однофазном, так и вдвухфазном состоянии и имеющие температуру кипения чистого компонента197°С и 188°С соответственно, близкую к верхнему уровню режимных значенийжарочных технологических аппаратов.

Изменение концетраций водных расторовэтих веществ позволяет получить температуру кипения теплоносителя, в точностисоответствующуютребуемому уровнюнагрева стенки рабочейзависимости от вида температурной обработкикамерыви осуществять нагрев безповышения давления в теплообменнике.Используя данные теплоносители и их растворы можно польностьюизбежать необходимости герметизиции и вакуммирования теплообменников,упростить их конструкцию и значительно снизить материалоемкость.Степень разработанности темы Исследования по изучаемой тематикепредставлены значительным набором литературных источников, которые восновном посвящены изучению теплообмена в рубашечном пространстветепловыхтехнологическихаппаратовприиспользованиивкачествепромежуточного теплоносителя водяного пара [47, 82, 83, 84].

В исследовании[131] проводится анализ и расчет оптимальной формы варочного сосуда ирубашечногопространствапищеварочныхкотловсцельюснизитьматериалоемкость. Исследовался процесс конденсации пара в пространстверубашки тепловых аппаратов общественного питания [81], однако во всехисследованиях в качестве промежуточного теплоносителя использовался водянойпар.Цельюисследованиятехнологическогоповышениеоборудованиякачестваявляетсясовершенствованиепредприятийвыпускаемойкулинарнойтепловогообщественногопродукции,питания,наосновеиспользования двухфазных промежуточных теплоносителей – водных растворовпропиленгликоля, обеспечивающих устойчивую и эффективную работу придавлениях, близких к атмосферному, создающих двузонный (изотермический в7каждой зоне) обогрев стенок рабочих камер, исключающих их перегрев вхолостых зонах.Для выбора нового промежуточного теплоносителя, необходимо решитьследующие задачи:1.

На основании технологических предпосылок определить основныетребования, предъявляемые к пищевым продуктам, а также к системе для ихнагревания.2.растворовАналитическивеществ,определитьподходящихпотеплофизическиесвоимпараметрыхарактеристикамводныхнарольпромежуточных теплоносителей.3. Разработать методику и создать стенд для испытаний водных растворовпропиленгликоля в качестве промежуточного теплоносителя и произвеститехнологические испытания аппарата.4. Сопоставить свойства различных теплоносителей и предложить выбороптимального варианта теплоносителя для разных групп технологическихаппаратов.5.