Диссертация (Обоснование применения водных растворов пропиленгликоля в качестве универсального теплоносителя в тепловом оборудовании предприятий питания), страница 4

Такжеизвестны конструкции тепловых аппаратов с косвенным обогревом, которыеиспользуют энергию, выделяющуюся в процессе сгорания топлива. Отнести кподобному оборудованию можно по большей части варочные аппараты газовогообогрева, твердотопливные же - значительно реже. В настоящее времясуществуют аппараты, работающие на торфе, дровах или угле, которыеприменяются для организации питания населения в малодоступных районахстраны, применяются в сельском хозяйстве при обработке кормов высокойтемпературой [32].В качестве основных элементов конструкции рассматриваемых в работепищевых аппаратов можно выделить пищеварочный сосуд и варочную рубашку.Схемы конструкций пищеварочных сосудов, которые применяются в рубашечныхпищеварочных котлах, отличаются большим разнообразием.

Наиболее широкоераспространение получили цилиндрические варочные сосуды вертикальногорасположения, днище которых выполнены в виде полусферы или эллипса. Такаяконструкция варочной емкости используется в варочных котлах серии КПЭотечественного производства и многих других отечественных и иностранныхпроизводителей, широко применяемых сегодня на предприятиях общественногопитания. В конструкции варочного котла дно может быть как выпуклым, так ивогнутым.На сегодняшний день существуют пищеварочные котлы, у которых варочныесосуды представляют собой прямоугольные емкости как с выпуклыми, так и свогнутыми днищами.

Применяются и конструкции с плоским дном. Широкоеприменениинашлирубашечныеаппаратысварочнымиемкостями,выполненными в форме полусферы.Разнообразны и конструкции тепловых рубашек варочных емкостей. Обычно,конструктивныепрямоугольные.формырубашекподразделяютнацилиндрическиеи21Между стенками варочной емкости и тепловой рубашки образуются щелевыеканалы либо кольцевой формы (в случае с цилиндрическими рубашками) либоплоские щелевые каналы (рубашки прямоугольной формы). В пищеварочныхкотлах типа КЭ тепловая рубашка и пищеварочный сосуд изготовлены из единойдетали – листоканальной ленты, являющейся сварным соединением двух полос:полоса, находящаяся снизу формирует боковые стенки и днище пищеварочнойемкости, а полоса, находящаяся сверху, формирует тепловую рубашку котла.Циркуляция пара в таких рубашках осуществляется по раздельным вертикальнымканалам.

Преимуществами тепловых аппаратов с канальными рубашками предаппаратамисканаламикольцевойформыявляютсяповышенныеэксплуатационные и экономические характеристики, такие как пониженнаяметаллоемкость, а также малое время разогрева.Также существуют пищеварочные емкости с греющей рубашкой, созданной ввиде отдельных каналов.

В таких котлах на внешнюю поверхность варочногососуда навариваются уголки или спиралеобразные половинки стальных трубок,образующие каналы. Основным преимуществом этой конструкции является то,что теплоотдающая среда находится в непосредственном контакте со стенкойнагреваемой емкости.Хорошо известны конструкции рубашек с анкерными связями, в которыхблагодаря принудительному распределению теплоносителя тонким слоем позначительной площади процессы теплообмена приближены к аналогичнымпроцессам в пластинчатых теплообменниках. Применение подобных рубашекснижает материалоемкость, улучшает технологичность производства, а такжеупрощает конструкцию аппаратов.Сегодня на конструкторских предприятиях нашей страны создан и защищенавторским свидетельством пищеварочный котел, в котором предусмотренавертикальная цилиндрическая обечайка, которая установлена с зазором междусвоими краями и верхней кромкой корпуса и ее днищем [136].

Использованиекотлов подобного типа, если сравнивать их с существующими варочными22котлами, позволяет снизить время разогрева варочного объема путем сниженияпотерь тепла в окружающую среду. Пар вводится в рубашечное пространствокотлов с прямым обогревом посредством особого штуцера, расположенного околодна тепловой рубашки.Конденсат, который возник на стенках варочного сосуда под действием силытяжести, стекает ко дну рубашечного пространства, от которого затем удаляется.Когда штуцер, вводящий пара в рубашечной пространство, располагается внижней её части, дополнительного штуцера для удаления конденсата обычно нетребуется.

В этом случае конденсат из рубашки удаляется через штуцер вводапара в пространство тепловой рубашки.Так же, тепловая рубашка котла и его варочная емкость могут иметь и другиештуцеры, предназначенные для подвода и отвода продукта в сосуд и установкиконтрольно-измерительных приборов.В варочных котлах мясоконсервной промышленности вывод продукта частоосуществляетсяопрокидываниемварочногососуда,путемповоротанаспециальных опорах.Тепловая рубашка и пищеварочная емкость могут быть соединены междусобой как разъемным, так и неразъемным соединением. Например, насегодняшний день разработан и защищен патентом котел, конструкция которогопозволяет отсоединить пищеварочную емкость с приготовленным в ней пищевымпродуктом от генератора пара и подготовить к раздаче без перемещения идополнительного нагрева продукта, что значительно уменьшает трудовые затратына производстве.Неотъемлемой конструктивной частью любого теплового рубашечногоаппарат является крышка.

Ее основная функция - снизить тепловые потери отпищевого продукта в окружающую среду. Если пищеварочный сосуд допустимозакрыть негерметично, обычно применяются плоские крышки. Основное ихдостоинство - простота изготовления, но такие крышки имеют малую прочностьнагруженной плоской стенки, а значит, требуют повышенной металлоемкости.23Для уменьшения тепловых потерь, в рубашечных аппаратах применяютсядвухслойные крышки. При их использовании, снижение теплопотерь достигаетсябольшим термическим сопротивлением переносу тепла прослойкой воздуха,находящейся между стенками крышки. Для пищеварочных емкостей рубашечныхаппаратов, применяемых на пищевых производствах, обычно применяютсферические или эллиптические крышки [136].Как указывалось выше, в рубашечных тепловых аппаратах предусмотренаустановка парогенератора.В рубашечных варочных аппаратах парогенератор представляет собойемкость, предназначенную для кипячения рабочей жидкости.

Образующийся впроцессе нагрева жидкости пар используется для передачи энергии нагреваемомупродукту. Наиболее распространенной рабочей жидкостью является вода. Режеиспользуют органические жидкости, такие как этиленгликоль или глицерин, атакже высокотемпературные теплоносители дикумилметан и дитолилметан [98].Обычно, парогенератор выполняют либо в виде отдельного приварного илисъемного узла, либо проектируют парогенератор у дна тепловой рубашки,нагреватели парогенератора при этом располагают непосредственно на днерубашки.Существуют также рубашечные аппараты с парогенераторами, основаннымина циркуляции, в таких парогенераторах часть энергии пара используется дляобразования движения жидкости по контуру, который образован парогенератороми трубами (подъемной и опускной) [45].К достоинствам аппаратов с такими парогенераторами можно отнестипродольное движение воды по поверхностям нагревательных элементов.При таких условиях, в процессе кипения воды, не происходит образованиякрупных паровых пузырей на поверхностях нагревательных элементов, так же непроисходит повышения содержания солей в рабочей жидкости.

Это снижаетинтенсивность коррозии внутренних стенок рубашки и варочного сосуда, чтоведет к уменьшению количества солевых отложений на стенках и нагревателях.24В качестве тепловыделяющих элементов в парогенераторах, работающих отэлектрического тока применяются как электронагреватели на основе карбидакремния – силитовые (СЭНы), так и трубчатые электронагреватели (ТЭНы) [45].В зависимости от вида энергии, применяющейся в парогенераторах, онитакже же подразделяются на паровые, газовые и работающие на твердом топливе.Конструкции парогенераторов, работающих не на электрической энергии иаппараты, на которых такие парогенераторы используются, широко представленыв литературе [41, 58, 121].1.3 Тепловые процессы, протекающие в рубашечных пищевых аппаратахХарактер тепловых процессов, протекающих в пищеварочных котлахпредприятийпищеварочныхобщественногокотлахспитания,косвеннымчрезвычайнообогревом,разнообразен.выпускаемыхВсегодняпромышленностью, происходят такие типы теплопереноса, как: конденсация,свободная конвекция, кипение, массоперенос, вынужденная конвекция, лучистыйтеплоперенос, внутреннее накопление тепа за счет теплоемкости сред итеплопроводность.После того, как рабочая жидкость закипит в парогенераторе, в рубашечномпространства котла генерируется пар.

Кипение происходит на поверхностяхэлектронагревателей, которые размещены в парогенераторе.Процесс теплопереноса от пара к пищеварочному сосуду в аппаратах скосвенным обогревом разделяют на три этапа: процесс тепло- и массообмена,протекающих совместно между основным объемом пара в рубашечномпространстве и поверхностью пленки конденсата на стенке технологическойемкости пищеварочного сосуда, а также теплообмен между внутренней стенкойсосуда и основной массой пищевого продукта, проходящей в условиях илисвободно-конвективного движения, или кипения. Причиной появления такихразличных форм передвижения сред в аппарате являются следующие факторы.25Температура пара, поступающего в рубашку, выше чем температура поверхностиконденсатной пленки, поэтому разность давлений пара, а значит и разностьсодержанияпараконденсируются,впарогазовойбудетвызыватьсмесискомпонентами,диффузионныйкоторыемассоперенос,некоторыйнаправлен по нормали к поверхности конденсатной пленки.

Поскольку вовнутреннемобъемерубашкикотладавлениеявляетсяпостоянным,тоуменьшение давления пара в процессе приближения к конденсационнойповерхностибудетозначатьпропорциональноеувеличение парциальногодавления, а из-за этого и концентрации компонента, который не конденсируется.В случае, когда указанный выше компонент оказывается тяжелее пара, плотностьсмеси у поверхности конденсации будет выше плотности смеси на удалении отконденсатной пленки. Это обстоятельство ведет к возникновению сил Архимеда.Из-за этих сил, вблизи стенок возникает свободная конвекция, а значит процесссвободно-конвективного массопереноса вещества пара. Это передвижение имеетместо в случаи наличия разности температур пара и поверхности конденсации[47].В результате теплообмена между внутренней поверхностью пищеварочногососудаимассойпищевогопродукта,возникаетсвободно-конвективныймассообмен.Тепловыепотериаппаратавозникаютвпроцессепереносатеплатеплопроводностью через стенки рубашки и крышку варочной емкости вокружающую среду.Отвод теплоты в окружающую среду, который происходит в зоне боковыхповерхностей пищеварочного аппарата, а также от его крышки, осуществляетсякак за счет лучеиспускания, так и свободной конвекцией.Как следует из указанного выше, тепловом аппарате с косвенным обогревомпроцессы протекают как совместно, так и раздельно.