Обоснование производительности и оценка тепловых затрат в печи Г4 – ХП – 2,1 – 25 при выработке Кунцевской булки массой 0,05 кг из муки перво

 

   Фактические размеры изделия, представленные в табл. 5, указаны на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание конструкции печи и принципа ее действия.

2.1 Особенности конструкции  печи.

 
   Для выпечки готовых изделий используется печь  Г4 – ХП – 2,1 – 25. 
Печи  ХП-2,1-25 универсальные тоннельные печи для непрерывной выпечки всех видов хлеба и хлебобулочных изделий с температурой выпечки до 320 С и временем выпечки от 10 до 60 минут.

   Печи марки ХП с шириной пода 2,1 метра имеют:

- усовершенствованную систему  воздуховодов, улучшенную конструкцию  и расположение шиберов;

- систему автоматики на  базе программируемого контроллера  с панелью оператора;

- усовершенствованную камеру  пароувлажнения, полностью переработанную  и улучшенную регулировку подачи  тела по зонам пекарной камеры  и отбора паров упека;

- для обеспечения выпечки  подового хлеба смешанной валки  в передней части печи дополнительно  установлен ошпарник. Обшивка печей выполнена из нержавеющей шлифованной стали.  
    Схема конструкции печи представлена на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Принцип действия печи [12].

   На конвейере печи  установлен сетчатый под улучшенной конструкции. Каналы по ширине пекарной камеры разделены на восемь отдельных продольных газоходов, что обеспечивает равномерное тепловое поле по всей ширине пекарной камеры.  
  Греющие каналы-радиаторы имеют уменьшенную высоту канала, что позволяет увеличить скорость газов и интенсифицировать процесс теплопередачи, уменьшить расход топлива на выпечку, повысить КПД печи.  
  Система рециркуляции греющих газов работает под разрежением, что обеспечивает её полную безопасность. Печь оснащена современным автоматическим газовым горелочным устройством, соответствующим российским и европейским стандартам безопасности. Горелка позволяет в бесступенчатом, плавном, модулируемом режиме изменять мощность от 40 до 350 кВт автоматически, в зависимости от потребляемого тепла для выпечки продукта. 
  Печь оснащена системой шиберов пластинчатого типа. В печи установлен более мощный вентилятор циркуляции газов. Вентилятор оборудован преобразователем частоты, что позволяет в момент запуска и работы на холодном воздухе преодолевать большие нагрузки на малых оборотах.        Обороты двигателя автоматически увеличиваются при достижении греющими газами определенной температуры. Это позволяет использовать меньше электроэнергии на разогрев печи.  
  Пароувлажнительная труба выполнена по системе «труба в трубе», а отвод конденсата, выделенного из пара, производится по внутренней трубе по ходу движения пара. Это исключает попадание конденсата внутрь зоны увлажнения.  
  В системе использованы регулирующие устройства и конденсатоотводчики производства зарубежных фирм. Система пароувлажнения оборудована вертикальным каналом для сброса излишнего пара в атмосферу и отделена от зоны выпечки гибкой тефлоновой шторкой в паре с металлической поворотной заслонкой.  
  Внутри каждого корпуса установлена поворотная заслонка. Это позволяет установить в зоне выпечки оптимальную влажность и уменьшить сквозняки, имеющие место в туннельных печах при выпечке. 
   В процессе выпечки существенное значение имеют два периода: первый характеризуется переменным объемом, а второй—   постоянным объемом.

В современных хлебопекарных печах обычно создают три периода, различающиеся по режиму выпечки:

• Период увлажнения: относительно низкая температура и высокая влажность паровоздушной среды (64-80 %). Пар конденсируется на поверхности ТЗ, это ускоряет прогревание ТЗ, способствует увеличению объема изделия, придает глянец.
• Период основного подъема: высокая температура паровоздушной среды и несколько сниженная относительная влажность газовой среды. ТЗ сначала интенсивно увеличивается в объеме, а затем достигнутый объем заготовки быстро фиксируется (закрепляется).
• Период допекания: подвод тепла к изделиям менее интенсивный. Происходит основная часть выпечки, в которой продолжаются и заканчиваются процессы образования корки и мякиша. Улучшается вкус и аромат. Снижение температуры в этой зоне уменьшает упек, но в то же время процесса выпечки не замедляет, так как температура среды пекарной камеры, от которой мякиш получает тепло, остается выше температуры корки. Независимо от температуры в камере корка при выпечке хлеба не нагревается выше температуры 160-180 °C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Технические характеристики.

Технические параметры печи приводятся в таблице 6.

Технические параметры печи.

Табл.6

Основные параметры.	Значения.
Площадь пода, м. кв.	25
Ширина сетчатого пода, мм	2100
Производительность, кг/час:	G
Булка кунцевская 0,05 кг	258
Расход топлива при выпечке	7,44
Установленная мощность, кВт	10,1
Габаритные размеры, мм:
- длина	14800
- ширина	3140
-масса	17060
- высота	3300

Табл.6

 

    Функциональная схема печи Г4 – ХП – 2,1 – 25 приводится в     Приложении 1.

 

 

 

 

 

 

3. Расчет производительности печи. [11] 

   Для того, чтобы выполнить расчет производительности печи Г4 – ХП – 2,1 – 25 при выработке булки Кунцевской потребуются следующие данные:

Fпода – общая рабочая площадь пода печи. 
lc – длина пода.  
lизд. – длина выпекаемого изделия. 
bc - ширина пода. 
аб – боковой зазор. 
аш – зазор по ширине. 
ад – зазор по длине. 
nш.- количество изделий, размещаемых по ширине. 
nд.  - количество изделий, размещаемых по длине. 
toвып. – время выпечки изделия. 
mизд – масса изделия.

G – количество изделий за единицу времени. 
Gсут. - количество изделий за сутки. 
g – удельная производительность печи.

   Перечень исходных данных приводится в таблице  7.

Табл. 7

Величина	Исходное значение
Fпода	25000 мм
lизд	90 мм
bc	2100 мм
аб	60 мм
аш	50 мм
ад	50 мм
nш.	14 шт.
nд.	86 шт.
toвып.	14 мин.
mизд.	0,05 кг
lc	12000 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные, указанные в таблице 7 приводятся на рисунке 3.

По формуле (3.1) рассчитываем длину пода : 

lc = ;                                                        (3.1)

 

lc = = 12000 мм

По формуле (3.2) рассчитываем количество изделий, выпекаемых по ширине пода печи:

 
nш.= ;                                                  (3.2)

 
nш. = = 14 шт.

По формуле (3.3) рассчитываем количество изделий выпекаемых по длине пода:

nд. = ;                                             (3.3)

 
nд = шт.

По формуле (3.4) рассчитываем часовую производительность печи:

G = ;                                    (3.4)

 

G = = 258 кг/ч.

По формуле (3.5) рассчитываем суточную производительность печи:

Gсут. = ;                                                      (3.5)

 

Gсут. = = 5,94 т/сут.

 
По формуле (3.6) рассчитываем удельную производительность печи:

g = ;                                                     (3.6)

g = кг/ч * м2..

4.  Составление баланса  печи.

4.1.Материальный баланс

      Расчет  материального баланса является  основным этапом в проектной работе технологов.  
      На основе материальных балансов определяется целый ряд важнейших технико-экономических показателей и характеристик основного оборудования. Из данных материальных балансов определяют: расход сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности; тепловой баланс и, соответственно, расход энергии и теплообменную аппаратуру; экономический баланс производства, себестоимость продукции и, следовательно, рентабельность производства. Материальный баланс позволяет оценить степень совершенства производства (комплексность использования сырья, номенклатуру и количество отходов), а также проанализировать причины потерь. 
   Упек хлеба. Этим термином называют потери массы теста при выпечке. Количественно упек выражают как разность между массой теста и массой горячего хлеба в процентах к массе теста. Подавляющая доля этих потерь приходится на влагу (около 95%), а остальная часть — на спирт, углекислый газ, летучие кислоты, альдегиды и т. д.  
    Упек составляет от 6 до 14% и зависит от многочисленных факторов: конструктивных особенностей печи, массы изделий, способа выпечки и т. п.

Основное уравнение материального баланса:

 

mм = mг - mк ,                                                     (4.1.1)

где: 
mм – масса мякиша, г 
mг – масса горячего изделия, г 
mк – масса корки, г

 

 

 

 

 

mг =  mус +  mх,                                              (4.1.2)

 
где: 
mус – масса усушки, г 
mх– масса холодного изделия, г    

mг = 50 + 1,5 = 51,5 г.

mуп =  mт +  mг,                                             (4.1.3)

 
где: 
mуп – масса упека, г 
mт – масса заготовок теста перед выпечкой, г

mуп =  3,6г                   

mк =  mуп *   ,                                             (4.1.4)

 
где 
mуп – масса упека, г 
W – влажность готового изделия, %

mк = 3,6 * = 4,77 г

4.2 Тепловой баланс

    Тепловой баланс является главной энергетической характеристикой любого теплового агрегата. Уравнение теплового баланса печи представлено формулой (4.1): 

Qпк = qпк ;                                                              (4.2.1)

где: 
Qпк – расход теплоты пекарной камеры; 
qпк  - удельное количество теплоты, передаваемое в пекарную камеру, кДж/кг.

Расход теплоты в пекарной камере определяется из уравнения её теплового баланса (4.2.2):

qпк = q1пк + q2пк + q3пк+ q4пк+  q5пк+ q6пк;                                         (4.2.2)

где:

q1пк – количество теплоты, необходимое для выпечки одного килограмма изделий, кДж/кг; 
q2пк – удельное количество теплоты, затраченной на нагрев пара в пекарной камере, кДж/кг; 
q3пк - удельное количество теплоты, затраченной на нагрев воздуха, который проникает в пекарную камеру, кДж/кг; 
q4пк - удельное количество теплоты, затраченной на нагрев транспортных устройств и приспособлений кДж/кг; 
q5пк - удельные потери теплоты, через ограждения пекарной камеры, кДж/кг; 
q6пк – другие потери теплоты, кДж/кг.

4.2.1 Расчет количества теплоты, необходимого для выпечки одного килограмма изделий

    Расчет количества  теплоты, необходимого для выпечки  одного килограмма изделий, выполняется  по формуле (4.2.3):

q1пк = [Wис(iпп - iвл) + gкСк(tk - tт) + (gмcСсм + wмСвл) (tм - tт)]0,01;             (4.2.3)

 
где: 
Wис – удельное количество испарившейся влаги, %; 
iпп – энтальпия перегретого пара при параметрах среды пекарной камеры и на выходе из нее, кДж/кг ; 
iвл – энтальпия влаги теста, кДж/кг; 
gк – удельное количество корки в готовом изделии, %; 
Ск – удельная теплоемкость корки, кДж/кгС0; 
tk – температура корки в конце процесса выпечки, С0; 
gмc – удельное количество сухого вещества мякиша, в готовом изделии, %; 
Ссм – удельная теплоемкость сухого вещества мякиша, кДж/кгС0; 
wм – влажность мякиша, %; 
Свл – теплоемкость влаги мякиша, кДж/кгС0; 
tм – температура мякиша на выходе из пекарной камеры, С0; 
tт – температура теста после его расстойки, С0.

Связь между теплотехническим упеком Wис и технологическими потерями от упека Пуп приводится в формуле (4.2.4):

Wис = ;      %.                                                   (4.2.4)

 
Wис = 6,38% 
    Содержание корки в изделиях в зависимости от упека можно рассчитать по формуле (4.2.5):

gк=; %                                                         (4.2.5)

где: 
β – коэффициент, учитывающий изменение объема слоя теста – корки. Его величина близка к единице; 
ρт – плотность теста перед выпечкой, кг/м3; 
ρк – плотность корки после выпечки, кг/м3.

gк =  

   Влажность мякиша  в конце процесса выпечки, определяется  по влажности остывшего изделия  с учетом потерь от усушки  по формуле (4.2.6):

Wм = ; %                                                         (4.2.6)

где: 
Wм – влажность мякиша в конце выпечки, %; 
Wиз – влажность готового изделия, %; 
Пус – потери от усушки, %.

Wм =

Содержание сухого вещества мякиша рассчитывается по формуле (4.2.7):

gмc = 100 - gк - Wм;  %.                                                          (4.2.7)

 
gмc = 100 – 11,8 – 44,6 = 43,6%.

Температуру корки в конце процесса выпечки определяют по формуле (4.2.8):

tk = 0,5(tпов + tзи); Со                                                          (4.2.8)

где:  
tпов – температура поверхности выпекаемых изделий, Со; 
tзи – температура зоны испарения, Со.

tk = 0,5 (160 + 100) = 130о.

Энтальпия перегретого пара определяется по формуле (4.2.9):

iпп = 2490 + 1,97 tпк; кДж/кг.                                                     (4.2.9)

где: 
tпк – температура пекарной камеры, Со

iпп = 2490 + 1.97 * 185 = 2490 + 364,45 = 2854,45 кДж/кг .

Энтальпия влаги теста рассчитывается по формуле (4.2.10):

iвл = 4,19 tт; кДж/кг.                                                      (4.2.10)   

    iвл = 4,19*30 = 125,7 кДж/кг.                                                                                  

 
q1пк = [6,38 (2854,45 -125,7  ) +11,81* 1,6(130 - 30) + (43,6 * 1,6 + 44,66 *4,19) (97 - 30)]0,01 = [17409,43+1889,6+ (69,76+187,1)* 67] 0,01 = [17409,43+1889,6+17209,6] 0,01 = 36508,6 * 0,01 = 365 кДж/кг.

4.2.2 Расчет удельного количества теплоты, затраченной на нагрев пара в пекарной камере

   Для данного расчета, необходимо определить энтальпию  насыщенного пара на входе  в пекарную камеру. Воспользуемся  формулой (4.2.11):

iмп = 418 + 2258Х ; кДж/кг.                                              (4.2.11)

где: 
iмп - энтальпия насыщенного пара на входе в пекарную камеру; 
Х – степень сухости пара. (Х = 0,85).