 |
Классификация и основные элементы конструкций теплового оборудования.
|
|
|
|
Многообразие способов тепловой обработки продуктов предопределяет широкую номенклатуру тепловых аппаратов. Их можно классифицировать по нескольким различным признакам.
По своему функциональному назначению тепловое оборудование классифицируется на универсальное и специализированное. К универсальным тепловым аппаратам относятся плиты кухонные, с помощью которых можно осуществлять различные приемы тепловой обработки. Специализированные тепловые Аппараты предназначены для реализации отдельных способов тепловой обработки.
По технологическому назначению специализированное тепловое оборудование классифицируется на варочное, жарочное, жарочно-пекарное, водогрейное, вспомогательное.
Варочное оборудование включает варочные котлы, автоклавы, пароварочные аппараты, сосисковарки.
В группу жарочного оборудования входят сковороды, фритюрницы, грили, шашлычные печи.
К жарочно-пекарному оборудованию относятся жарочные и пекарные шкафы, парожарочные аппараты.
Водогрейное оборудование представлено кипятильниками и водонагревателями.
Вспомогательное оборудование включает мармиты, тепловые шкафы и стойки, термостаты, оборудование для транспортировки пищи.
В зависимости от источника теплоты оборудование классифицируется на электрические, паровые, газовые (твердо или жидко топленные) тепловые аппараты. Но структуре рабочего цикла тепловое оборудование подразделяется на аппарат периодического и непрерывного действия.
По способу обогрева различают контактные тепловые аппараты и аппараты с непосредственным обогревом пищевых продуктов.
По конструктивному решению тепловые аппараты классифицируются на секционные и несекционные, немодулированные и модулированные.
|
|
|
Несекционные тепловые аппараты имеют различные габарита, конструктивное исполнение: их детали и узлы не унифицированы и они устанавливаются индивидуально, без учета блокировки с другими аппаратами.
Секционное оборудование выполняется в виде секций, в которых основные узлы и детали унифицированы. Фронт обслуживания таких аппаратов – с одной стороны, благодаря чему возможно соединение отдельных секций и получение блока аппаратов требуемой мощности и производительности.
В основу конструкций модульных аппаратов положен единый размер -модуль. При этом ширина (глубина) и высота до рабочей поверхности всех аппаратов одинаковы, а длина кратна модулю. Основные детали и узлы этих аппаратов максимально унифицированы.
Секционное модулированное оборудование имеет ряд преимуществ перед немодулированным оборудованием:
- одинаковая ширина и высота отдельных секций позволяют устанавливать их в технологические линии;
- применение линейного принципа расстановки позволяет экономить 12-20% производственных площадей.
- Обеспечивается последовательность технологического процесса, удобная взаимосвязь отдельных его стадий;
- сокращается непроизводительное помещение персонала, что способствует повышению производительности труда;
- снижаются затраты на монтаж и ремонт оборудования;
- уменьшаются расходы на прокладку трубопроводов, канализационных труб, электрического кабеля.
За исходные параметры в типоразмерном ряду тепловых аппаратов приняты: для плит и сковород - площадь жарочной поверхности, м2; для кипятильников -часовая производительность, дм 3/ч; для котлов - вместимость варочного сосуда, дм3 и т.д.
Процесс охлаждения и основы проектирования
Оборудований
Охлаждение, как и нагрев, основано на теплообмене — это самопроизвольный переход тепла от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для охлаждения используются процессы, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды: таяние или растворение; кипение или испарение; сублимация и др.
|
|
|
Охлаждение бывает естественным и искусственным.
Естественным охлаждением называется теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой — наружным воздухом и водой естественных водоемов. Однако при таком охлаждении температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Поскольку температура окружающей среды для большинства стран, в том числе и Российской Федерации, зависит от времени года, то использование окружающей среды в летний период для охлаждения пищевых продуктов не дает желаемых результатов. Выйти из положения можно, если заготовить зимой лед и разместить его в ледниках (погребах), тогда летом погреба можно использовать для охлаждения и хранения продуктов. Для получения более низких температур применяют смесь льда с поваренной солью. Однако лед или смесь льда с солью воспринимают тепло охлаждаемых продуктов, изменяют свое агрегатное состояние и теряют охлаждающую способность. Поэтому таким способом охлаждения можно пользоваться только кратковременно, так как запасы льда ограничены. Учитывая большую трудоемкость, связанную с заготовкой водного льда, сложность получения низких температур, высокое содержание микроорганизмов в водном льде и другие факторы, естественное охлаждение заменяют искусственным. К искусственному относится охлаждение эвтектическим и "сухим" льдом, а также с помощью кипящих жидких газов и термоэлектричества. Достоинством искусственного охлаждения является возможность поддержания заданного режима хранения в любое время года.
Охлаждение с помощью холодильных машин называется машинным охлаждением.
Под низкими температурами, как правило, понимают температуры ниже окружающей среды. В холодильном оборудовании предприятий торговли и общественного питания этот диапазон составляет от 0 до - 40°С.
Низкие температуры получают в результате физических процессов, которые сопровождаются поглощением тепла. К числу основных таких процессов относится:
|
|
|
· * фазовый переход вещества — плавление, кипение (испарение), сублимация;
· * адиабатическое расширение газа;
· * дросселирование реального газа и жидкостей;
· * термоэлектрический эффект (эффект Пельтье);
Фазовый переход вещества. Фазовый переход некоторых веществ при плавлении, кипении (испарении), сублимации происходит при низких температурах и с поглощением значительного количества тепла.
Наиболее доступным веществом, применяемым для получения низких температур, является водяной лед, который при атмосферном давлении плавится при 0°С и имеет относительно большую удельную теплоту плавления (335 кДж/кг). Более низкую температуру плавления получают, смешивая лед с некоторыми солями.
Плавлением называют переход твердого тела в жидкое состояние при определенной температуре. Скрытая теплота плавления, или просто теплота плавления, — это количество тепла, необходимое для превращения 1 кг твердого вещества при постоянной температуре в жидкое состояние.
Сублимацией называется переход тел из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. Теплотой сублимации называется количество тепла, необходимое для перехода 1 кг твердого вещества в пар при постоянных давлении и температуре. Твердая углекислота при атмосферном давлении переходит в газообразное состояние при -78°С.
Кипением называется процесс превращения жидкости в пар. Образование пара происходит по всему объему жидкости.
Подобно тому, как температура льда в течение всего периода его таяния остается неизменной, температура жидкости, нагретой до точки кипения, также остается постоянной при неизменном давлении пока вся не выкипит.
Процесс превращения жидкости, не достигшей точки кипения, в пар называется испарением. Испарение происходит только с поверхности жидкости.
В холодильной технике под испарением подразумевают также и кипение.
Процесс, обратный кипению, называется конденсацией. Конденсация протекает при постоянной температуре и сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования. Температура конденсации так же, как и температура кипения, зависит от давления. Давление и температура всегда изменяются в одном направлении. Растет температура — увеличивается давление, и наоборот.
|
|
|
Адиабатическое расширение газа. Процесс, протекающий без теплообмена между рабочим телом (газом) и окружающей средой (стенками цилиндра), называется адиабатным. Известно, что внутренняя энергия тела определяется скоростью движения молекул и атомов. В нагретом теле скорость движения большая, в менее нагретом — меньшая. Если сжатому газу в цилиндре предоставить возможность расширяться, то газ будет совершать работу. Его молекулы, ударяясь о поверхность поршня, будут отдавать часть кинетической энергии, а их скорость отскока от поверхности поршня будет уменьшаться. Следовательно, работа в цилиндре осуществляется за счет уменьшения кинетической энергии молекул газа. Температура газа при этом будет понижаться. Учитывая, что процесс расширения газа происходит за доли секунды, теплообмен между газом и стенками цилиндра принято считать равным нулю. Все быстро протекающие процессы можно считать адиабатными. Если воздух, сжатый до 5 МПа при температуре 27 °С, адиабатически расширить до давления 0,2 МПа, то его температура понизится до -155°С.
Применяется в воздушных холодильных машинах.
Дросселирование реального газа и жидкостей. Дросселированием называют процесс создания искусственного сопротивления на пути движения газа или жидкости, который протекает без совершения внешней работы и без теплообмена с окружающей средой.
Дросселирование газа (эффект Джоуля-Томпсона) основано на резком снижении давления газа при прохождении через суженное отверстие (вентиль, дроссель). При дросселировании идеального газа, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, температура газа не изменяется. При дросселировании реального газа в результате изменения внутренней энергии совершается работа по преодолению внутренних сил взаимодействия молекул. Это приводит к изменению температуры газа: повышению или понижению в зависимости от его первоначального состояния.
Дросселирование жидкостей. Жидкость с определенным давлением и температурой дросселируется в область низкого давления. Так как температура кипения жидкости зависит от давления, то жидкость, имея определенную температуру и поступая в область низкого давления, оказывается перегретой по отношению к низкому давлению. Происходит ее бурное кипение с образованием сухого насыщенного пара. Тепло на испарение жидкости и образование пара отбирается от самой жидкости. Жидкость при этом охлаждается. Температура пара и оставшейся (не выкипевшей) жидкости достигает одного и того же значения и зависит от давления, при котором они находятся.
|
|
|
Дросселирование жидкостей осуществляется в терморегулирующем вентиле холодильных установок. В домашних холодильниках дросселирование осуществляется в капиллярных трубках.
Термоэлектрическое охлаждение. Возможность получения холода путем непосредственной затраты электрической энергии было доказано в 1834 г. французским физиком Пельтье, который установил, что при прохождении тока в замкнутой цепи, спаянной из двух разных металлов (термопары), один спай нагревается, а другой охлаждается. Чтобы холодный спай постоянно имел низкую температуру и был источником охлаждения, теплый спай необходимо охлаждать, иначе теплота от него будет передаваться путем теплопроводности к холодному спаю. В 1949 г., благодаря работам советских ученых во главе с академиком А. Ф. Иоффе, термоэлектрическое охлаждение стали применять в технике.
Если термоэлементы последовательно соединить в батарею, то верхняя поверхность такой батареи будет холодной, а нижняя — горячей. Разместив верхнюю поверхность батареи в герметичном объеме (шкафу), воздух в шкафу будет охлаждаться, а теплота, выводимая из шкафа, будет передаваться в окружающий воздух через нижнюю поверхность батареи.
|
|
|
