Проектирование пищеварочного котла

Конструктивными достоинствами  аппарата являются также простота его устройства, небольшая масса и размеры, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобство эксплуатации.

Энергетические  требования отражают возможность аппарата затрачивать минимальное количество энергии на выполнение технологического процесса, т. е. аппараты должны быть энергосберегающими. Существенным резервом улучшения энергетических показателей тепловых аппаратов является снижение потерь теплоты. Одним из основных энергетических показателей работы аппаратов является удельный расход энергии на единицу готовой продукции.

Экономические требования. Данные требования отражают минимальные затраты на изготовление, монтаж и эксплуатацию машины или аппарата при сохранении их высоких технико-экономических показателей. К числу таких показателей относятся: удельная производительность, удельный расход энергии, металлоемкость, коэффициент полезного действия.

Удельная производительность — это количество продукции, выпускаемой машиной или аппаратом в единицу времени, отнесенное к объему рабочей камеры или площади рабочей поверхности:

Q_уд=Q_т/V₀ или Q_уд = Q_T/F₀,

где Q_T — теоретическая производительность, кг/с; Vo — объем рабочей камеры аппарата, м³; F_o — площадь рабочей поверхности, м².

Чем выше показатель удельной производительности, тем больше технические возможности машины или аппарата, тем конкурентоспособнее она в сравнении с другими аппаратами, выполняющими аналогичные технологические операции.

Удельная металлоемкость — это количество металла, приходящегося на единицу выпускаемой продукции:

m_уд = M/Q_T,

где М— масса машины или  аппарата, кг.

Чем меньше удельная металлоемкость, тем экономичнее и дешевле машина или аппарат, а следовательно,  ниже  расход  на  ее  амортизацию  и   ремонт.

Требования  техники безопасности и охраны труда. Безопасность работы аппаратов и удобство их обслуживания являются важнейшими требованиями, предъявляемыми к аппаратам.

По советскому законодательству в каждых ведомственных и межведомственных испытаниях новых видов аппаратов и машин обязательно участвует специалист по технике безопасности и охране труда. Задача этих специалистов заключается в том, чтобы самым строжайшим образом с позиции охраны труда принимать испытываемые образцы и не рекомендовать в производство те из новых аппаратов, которые не отвечают условиям безопасности работы на них.

Аппараты рассчитывают и изготовляют с надлежащим запасом прочности, оборудуют предохранительными устройствами и ограждают движущиеся их части. Температура наружных ограждений аппаратов не должна вызывать ожогов при соприкосновении с ними. Электрические аппараты должны отвечать всем требованиям электробезопасности и иметь надежное заземление или зануление. У газового оборудования должны быть предусмотрены устройства, исключающие попадание газа и вредных продуктов сгорания в помещения.

Требования  технической эстетики и эргономики. При разработке конструкции аппаратов и машин требования технической эстетики в самом общем виде сводятся к тому, чтобы все производимое человеком было не только полезно, но и красиво. Надлежащий внешний вид аппарата в сочетании с рациональным цветовым оформлением, освещенностью и микроклиматом в цехе снижает зрительное и общее утомление работников, облегчает труд, повышает его производительность,, способствует получению продукции высокого качества. Размеры аппаратов, расположение пультов управления и их форма должны удовлетворять требованиям эргономики и антропологическим особенностям человека. Это снижает утомляемость обслуживающего персонала и также приводит к повышению производительности труда.

1.2.2 Классификация пищеварочных котлов

На предприятиях общественного питания эксплуатируются котлы различных типов, отличающиеся способом обогрева, вместимостью и формой варочных сосудов, видом энергоносителей. Все эти различия определяют номенклатурный ряд пищеварочных котлов и их классификацию.

1. В зависимости от давления в варочном сосуде все котлы классифицируются на
• пищеварочные котлы, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении,
• автоклавы, работающие   при   повышенном  давлении   (250   кПа).
2. В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на

• твердотопливные,

• газовые,
• электрические
• паровые.

3. По способу установки котлы классифицируются на

• неопрокидывающиеся,
• опрокидывающиеся
• со съемным варочным сосудом.

Как правило, неопрокидывающиеся котлы выпускаются вместимостью варочного сосуда более 100 дм³, а опрокидывающиеся — вместимостью менее 100 дм³. Котлы со съемным варочным сосудом имеют вместимость менее 60 дм³.

4.        В зависимости от способа обогрева различают котлы с

• непосредственным обогревом;

• косвенным обогревом.

Котлы с непосредственным обогревом (теплота к продуктам передается через разделительную стенку) 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 (теплота передается через промежуточный теплоноситель.) работают при повышенном давлении в греющей рубашке (до 150 кПа). В качестве промежуточного теплоносителя используется вода.

5.        По соотношению основных геометрических размеров котлы классифицируются на

• немодулированные,

• секционные модулированные
• 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.

Котлы с косвенным обогревом получили наибольшее распространение. В качестве промежуточного теплоносителя в таких котлах используется вода (кипяченая или дистиллированная). Также наибольшей популярностью пользуются котлы электрические, на 1-ом месте и газовые, на 2-ом.

По приведенной выше классификации, рассматриваемый в  данной работе котел относится к  секционно-модулированным паровым  котлам с косвенным обогревом, с  неопрокидывающимся варочным сосудом.

Современная отечественная  промышленность предлагает помимо вышеуказанных, изготовление аппаратов на заказ.

На заказ изготавливаются:

• котлы более 400 литров
• технологические установки на базе котлов
• котлы с комбинированным обогревом
• различные модификации котлов

Также могут изготавливаться  котлы с мешалками, как на базовой  конструкции котла, так и на конструкции, предлагаемой заказчиком по техническим условиям заказчика.

Новшеством в изготовлении секционно-модулированных котлов является объединение двух котлов в одном  корпусе, работающих независимо друг от друга.

За рубежом популярны котлы с комбинированным способом обогрева (паровой и электрический обогрев, провой и газовый и др.). В настоящее время достаточно широк выбор отечественных аппаратов, предлагаемых как крупными заводами, так и небольшими частными фирмами, поэтому острой необходимости в выборе зарубежных аналогов нет.

Согласно схеме классификации  пищеварочных котлов осуществляется их буквенно-цифровая индексация.

У немодулированных котлов буквы обозначают группу, вид котла  и вид энергоносителя. Цифры показывают вместимость варочного сосуда в дм³. Например, индекс котла КПЭ-160 расшифровывается следующим образом: К – котел, П – пищеварочный, Э – электрический, 160 – вместимость (в дм³). У секционных модулированных котлов к буквенному индексу добавляются буквы СМ. У котлов под функциональные емкости индекс включает буквы: КЭ – котел электрический и число, показывающее вместимость варочного сосуда в дм³. Буквенно-цифровой  индекс устройств со съемным варочным сосудом (УЭВ-60) расшифровывается как устройство электрическое вместимостью 60 дм³.

 

1.2.3 Сравнительный  анализ технологической эффективности

различных видов  аппаратов

Несомненным преимуществом твердотопливных пищеварочных котлов является возможность их использования в удаленных районах страны, а также для организации питания  в  полевых  условиях и на значительном расстоянии от предприятий общественного питания; простота устройства и эксрлуатации. Недостатком этих аппаратов является низкий кпд, обусловленный большими потерями теплоты с уходящими газами. Вследствие трудности регулирования процесса нагрева не исключена возможность пригорания продуктов. При эксплуатации аппаратов происходит загрязнение помещений топливом, золой. Для хранения запасов топлива необходимо строительство топливохранилищ. Значения кпд котлов при изготовлении различных блюд без регулирования процесса горения топлива колеблются от 18 до 28 % для первой варки и от 18 до 30 % при повторной варке. Многократное использование котла (несколько варок подряд) по сравнению с единовременным снижает удельные расходы топлива на 20…30 %, сокращает продолжительность процесса доведения его содержимого до закипания на 30…50 % и повышает кпд установки на 30…40 % за счет прогрева кладки.

 Газовые пищеварочные котлы с непосредственным газовым обогревом отличаются простотой конструкции     и     малой     металлоемкостью.   

Что касается газовых  котлов с косвенным обогревом, то следует отметить о возможности  использования в них нескольких типов автоматики регулирования. Недостатком газовой   автоматики  электромагнитного  действия является возможность «залипания» контактов, входящих в реле, а также сочетание газа и электроэнергии в одном устройстве, что не рекомендуется с позиции техники безопасности. Газовая автоматика дилатометрического действия автоматика проще и надежней электромагнитной, так как в ней нет электрических цепей. Однако она также является одноканальной и контролирует только наличие пламени. Отсутствие в газовой автоматике пневматического действия реле-инвертора упрощает конструкцию исполнительного блока и повышает надежность работы системы.

Однако применение газа в сравнении с применением  твердого топлива имеет целый  ряд преимуществ: высокие санитарные показатели, простота эксплуатации, отсутствие необходимости в топливохранилищах. Существенным недостатком является возможность утечки газа. Горючие газы бесцветны. Кроме того, газы, полученные из газовых месторождений, не имеют запаха, что сильно затрудняет обнаружение их утечки. Поэтому в эти газы вводят особые вещества — одоранты; чаще всего это меркаптан — вещество с характерным резким запахом, 1/500 000 000-й доли которого в воздухе достаточно для того, чтобы почувствовать его запах. Горючие газы токсичны (ядовиты) из-за присутствия в них окиси углерода.

Паровые пищеварочные котлы. От неопрокидывающихся электрических и газовых котлов они отличаются тем, что пар, обогревающий варочный сосуд, образуется не в самом котле, а поступает в паровую рубашку по паропроводу извне. В паровых аппаратах используется насыщенный водяной пар низкого давления, который обладает высоким коэффициентом теплоотдачи и большой теплотой парообразования. Пар, поступающий в паровой пищеварочный аппарат, конденсируется и отдает теплоту парообразования стенкам аппарата, а конденсат отводится из греющей камеры. Но получение высоких температур при нагреве аппарата насыщенным водяным паром ограничено ввиду относительно низкого давления пара, используемого в паровых пищеварочных аппаратах, - 50—200 кПа.

Паровые котлы обладают целым рядом преимуществ перед другими типами котлов. Использование централизованно приготовленного пара как теплоносителя позволяет упростить конструкцию котлов (отсутствие парогенератора). Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара довольно высок,что также повышает эксплуатационные показатели парового котла.

Но в них есть свои недостатки. На скорость переноса теплоты  при конденсации пара существенно влияет наличие в паре примесей воздуха и неконденсирующихся газов, Так, содержание в паре 1 % воздуха приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи на 40%, 6…8% воздуха — на 80 %.