Опрокидывающийся пищеварочный котёл

Отдача тепла воздуху происходит конвекцией и лучеиспусканием.
- средняя расчётная температура кожуха, которая в начале равна
200С, а в момент кипения 500с.
tст= (50+20)/2= 35 оС
Перепад температур при нагревании и кипении, равен:
При нагревании
∆t1= tст – tв = 35-20 = 15 оС.
При кипении
∆t2= tст – tв =50-20 = 30 оС.
Определяем коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием:


где, С – коэффициент пропорциональности, С = 4,9;
( – коэффициент черноты эмалированной стали, ( = 0,55;
tст – температура стенки кожуха 0С.
tв - температура окружающего воздуха, 0С.
л нагр= 32 кДж/м3часоС
л кип= 31.6 кДж/м3часоС
Коэффициент теплоотдачи конвекцией
Средняя температура воздуха, омывающего кожух котла;
tрасч нагр =( tср + tв)/2=(35+20)/2= 27,5 (С,
tрасч кип =(50 + 20)/2=35 (С.
Имеем коэффициенты теплопроводности для воздуха:
(=9,2(10-2 кДж/м час, (С, при t(=27,5 (С и
(=9,4(10-2 кДж/м час, (С, при t(=35 (С.
Соответственно коэффициент кинематической вязкости:
(=16,3(10-6 м2/сек при t(=27,5 (С и
(=17,1(10-6 м2/сек, при t(=35 (С.
Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией необходимо знать величины критериев Прандтля, Грасгофа, Нуссельта.
Критерий Прандтля (Pr) является безразмерным физическим параметром теплоносителя, в данном случае воздуха. Величина этого параметра зависит от физической природы, температуре и давления воздуха.
Для t = 25 – 350C принимают Pr = 0,722.
Критерий Грасгофа (Gr) является критерием кинематического подобия для процессов теплоотдачи, при свободном движении воздуха.
Критерий Нуссельта (Nu) содержит искомую величину коэффициента теплоотдачи и является критерием теплового подобия.
Gr=(g(d3(t)/(2,
где, g = 9,8 м/сек2 – ускорение силы тяжести;
β= - коэффициент объёмного расширения воздуха 1\0С.
(=1/( tст+273)= 1/( 35+273)=1/308 для периода кипения;
(=1/( tст+273)= 1/( 50+273)=1/300,5 для периода нагрева.
∆t = tст – tв – разностьntvgthfneh стенки кожуха и воздуха;
d3 = Dзк3 = 0.523 – наружный диаметр кожуха котла, м.
Grнагр=(9,8(1(0,523(15)/(300,5((16,3(10-6)2)= 2,6 (108,
Grкип=(9,8(1(0,523(30)/(308((17,1(10-6)2)= 4,6(108
Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией определяем критерий Нуссельта:
Nu = C ( (p(Cr)n,
где С = 0,135 – коэффициент пропорциональности;
n=1/3 – показатель степени;
Pr(Grнагр=0,722( 2,6(108= 188(106,
Pr(Grкип=0,722( 4,6(108= 332(106, тогда
Nuкип = 0.135(6 = 166,6
Nu нагр = 0,135( 6 = 201,4
Коэффициент отдачи тепла конвекцией:
(к нагр=Nu((к/Dз к=29,5 кДж/м3час(С,
(к кип=Nu((к/Dз к= 36,4кДж/м3час(С.
Отсюда потери тепла в окружающую среду кожухом:
Q5 зк нагр=((л +(к)(Fкож((t= 10793кДж
Q5 зк кип=((л +(к)(Fкож((t= 23868кДж
Потери тепла крышкой котла
Поверхность крышки Fк= p·D2к/4 =3.14 ( 0,452 /4=0.35 м2
Выпуклостью крышки при определении поверхности пренебрегаем ввиду незначительности кривизны.
Принимаем, что при кипении температура крышки 95 °С.
В период нагревания температура возрастает с 20°С до 95°С.
Средняя температура:
tк =(95+20)/2=57,5 °С.
Перепад температуры между температурой крышки и температурой воздуха, соприкасающегося с крышкой:
tв=(57,5+20)/2=38,7 °С;
Для периода кипения перепад температур:
∆t=95-20=70 °С, а расчетная температура воздуха:
tв=(95+20)/2=57,5 °С.
Коэффициент лучеиспускания равен:



αл нагр=13,2 кДж/м3час оС

αл кип= 15,5 кДж/м3часоС
Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией:
При нагревании:
l=9,5·10-2 кДж/м час °С;
n=17,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/311,7.
При кипении:
l=4,1·10-2 кДж/м час °С
n=19,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/383.
Gr=(gbDt dкр3)/n2,
Grнагр.=(9,81 (37,5 (1,0 (0,453 (1012)/311,7 (17,622=366 (106
Grкип.=(9,81 (75 (1,0 (0,453 (1012/383 ( 19,622= 1280 (106, отсюда:
Pr·Grнагр.=0,722· 3,66·108= 264 (106
Pr·Grкип.=0,722· 12,8·108=924 (106, тогда
Nu нагр = 0,135( 6 = 187
Nu нагр = 0,135( 6 = 283
Коэффициент отдачи тепла:
aк.нагр.=Nu(λк/Dкр=38,2кДж/м3час°С,
aк. кип=Nu(λк/Dкр=59,1кДж/м3час°С.
Потери тепла крышкой лучеиспусканием:
Qл.нагр.=aл· ∆t·Fк = 173,3кДж/час;
Qл. кип.=aл· ∆t·Fк =407кДж/час.
Потери тепла крышкой конвекцией:
Qк нагр.=aк· ∆t·Fк =501 кДж/час;
Qк кип=aк· ∆t·Fк =1551 кДж/час.
Потери тепла в окружающую среду:
Q5 нагр.= Qл+ Qк=674,3 кДж/час;
Q5 кип= Qл+ Qк= 1958кДж/час.
Общее количество тепла, расходуемое на потери в окружающую среду и крышки, составят:
Q5нагр. =Qокр.с + Qкр. =11467,3кДж/час;
Q5 кип. =Qокр.с. +Qкр. =25826кДж/час.
Сводим результаты теплового расчета в таблицу:
Расход тепла (в кДж/час) На нагрев На кипения 1 нагревание воды 5700 - 2 нагревание конструкции - - 3 парообразование в рубашки - - 4испарение - - 5 потери тепла в окружающую среду 11467,3 25826 Итого: 17167,3 25826
3.4.Расчет нагревательных элементов и потребной мощности котла
1)Мощность одного тэна, а значит и мощность одной спирали определяется по формуле
Pт = = 9000 /1=9000 Вт
Где P – мощность суммы всех тэнов в аппарате, Вт;
m – количество установленных тэнов.
2) Электрическое сопротивление спирали тэна Rсп, длина активной части проволоки L, ее диаметр d и количество витков nв рассчитываются по формуле
Rсп =U2/Pт=2302/9000=5,88
Где U – номинальное напряжение,В.
По известной величине Rсп= ρl/s =4ρl/πd2= ρl/0.78 d2
Где ρ – удельное сопротивление материала спирали, Ом·мм2/м (для нихрома при 700-900оС ρ=1,1- 1.2 Ом·мм2/м); l- длина активной части проволоки, мм; s – сечение проволоки, мм2 ; d – диаметр проволоки, мм.
l=0.78· Rсп d2/ ρ = 1,5 мм
nв= l/Lв
Lв= πdсп=3.14·0.9= 2,8 мм
nв=1,5/2,8= 0,5
2) Намотки витков определяется из соотношения
h = Lв/nв=5,6
где Lв – длина активной части после опрессовки
Расстояние между витками
a=10 Lв- nвd/nв= 55
Выбор диаметра проволоки спирали тэна, так же как и при расчете конфорки, должен производиться с учетом температуры ее нагрева, которая может быть рассчитана по формуле
tсп= tтр +∆t
где tтр – температура поверхности трубки,оС; ∆t - разность температура между спирилью и трубкой, оС.
Температура поверхности трубки определяется графически на основание ее зависимости от удельной поверхности нагрузки, рассчитываемой по формуле:
w= Pт/πDLв =3,5 Вт/см2
Принимаем tтр= 550 0С
Разность температуры с помощью номограммы [1] в зависимости от коэффициента плотности намотки витков k, коэффициента теплопроводности изоляции λ и геометрических характеристик тэна:
Применяем ∆t = 18 оС
tсп=550 +18=568 оС
Из каталогов принимаем ТЭН трубчатый нагреватель.
ТЭН - трубчатые электронагреватели предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую и применяются в качестве комплектующих изделий в промышленных установках и бытовых нагревательных приборах. Нагрев различных сред осуществляется путем конвекции, теплопроводности и излучения.
ТЭН - трубчатые электронагреватели по сравнению с другими типами нагревателей отличается:
- возможностью эксплуатировать их при непосредственном контакте с нагреваемыми средами, которые могут быть газообразными и жидкими при давлении до 4,5 атм, а также твердыми;
- надежностью при вибрациях и значительных ударных нагрузках;
- различные конфигурации, отсутствием напряжения на оболочке ТЭН трубчатых электронагревателей.
Развернутая длина ТЭН - трубчатых электронагревателей 280-3200 мм
Диаметр трубки ТЭН - трубчатых электронагревателей 10 или 13 мм
Радиус изгиба ТЭН - трубчатых электронагревателей 11-100 мм
Материал трубки – сталь конструкционная или нержавеющая.
Формы ТЭН - трубчатых электронагревателей – прямые, гнутые пополам, в форме кипятильника, или любые другие.
ТЭН - трубчатые электронагреватели могут оснащаться штуцерами с резьбой М 14х1, М 22х1,5, М 16х1,5, G 1/2”

3.5. Технико-экономических показателей
Технико-экономических преимуществ новейших технических и технологических решений по сравнению с морально устаревшим оборудованием является основным и необходимым условием, которое должно учитываться при модернизации оборудования. Но самым важным критерием является его экономическая обоснованность. Экономия теплоресурсов позволяет снизить цену на изготовляемую продукцию, что важно в условиях жесткой конкуренции.
К основным технико-экономическим показателям теплового оборудования относятся: производительность, тепловой коэффициент полезного действия (к.п.д.), существенный параметр для данного назначения (вместимость варочного сосуда), установочная мощность, время разогрева, габариты, масса и ряд удельных показателей – удельный расход энергии, удельные металлоемкость и энергоемкость.
К важнейшим показателям теплового оборудования относиться производительность.
Определение общей производительности является следующая формула
Q =Vр/Tт
Где Vр – рабочая емкость котла, м3;
Если учесть, что рабочая емкость
Vр= V0
Технологический цикл машины
Тт = tз + tобр + tв
где V0- геометрическая емкость, м3; - коэффициент загрузки;
tз, tобр, tв – соответственно время загрузки, обработки и выгрузки ( в величину tв входит также время зачистки или мытья котла)
Q = V0/ tз + tобр + tв = 0,012 м3/с
Знание ηисп необходимо также для определения возможного расхода электроэнергии за определенный промежуток времени. Тепловой к.п.д. оборудования представляет собой отношение количества полезного затраченной теплотой энергии к общим затратам энергии:
η =Qпол/Qобщ =Nпол /Nобщ,
где Qпол, Nпол – количество полезно затраченной теплоты или мощности;
Qобщ, Nобщ –общее количество затраченной теплоты или мощности.
η = 0.33
Удельный расход электроэнергии определяется по формуле
Э = А/n,
Где А – общий расход энергии в кВт за смену; n – число условных обедов, приготовленных за смену.
Удельная металлоемкость – это отношение массы металла из которого изготовлен котел, к существенному параметру данного котла
m =MA/V =86/0.06= 1433кг/м3
где МА – масса металла котла, кг; V – объем рабочей камеры, м3.
Удельная энергоемкоть – это отношение номинальной мощности аппарата к его существенному параметру:
Э = N/V= 150 кВт/м
Удельная металлоемкость является важной характеристикой степени совершенства конструкции аппарата и рационального выбора материалов для его изготовления; удельная энергоемкость также является характеристикой степени совершенства конструкции котла.

Заключение
Современные горячие цеха оснащаются модульными аппаратами, скомплектованными в линии. Однако этот принцип требует нового конструктивного оформления аппарата, оказывает влияние на его выходные параметры с технико-экономические показатели.
Как показывает анализ, панельные котлы превосходят серийные по следующим показателям: металлоемкости, технологичности при изготовлении, эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре, возможности унификации в результате применения одинаковых панельных эффектов, надежности вследствие жесткости панельных систем, к.п.д. Следует также отметить, что панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансформаторов; дает возможность, по меньшей мере на 50% улучшить качество аппаратов, включая такие их показатели, как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность, упрощает заводскую оснастку и производство.
Расчеты показывают, чем больше модуль, тем труднее конструировать аппарат, но тем больше возможность унификации узлов и деталей.
Сравнив габариты выбранного с каталога аппарат с расчетными данными условиями задания. И оценив тепловой аппарат, с модульными габаритами, можно выявить следующие недостатки:
- малая степень унификации;
- усложненная технология изготовления;
- низкие эргономические показатели;
- увеличенная производственная площадь.

Следует отметить, что подобранный нами марка котла приближенна к требованиям условий.
Поставленная нами задача курсовой работы была успешно реализована в трех главах.
С начала мы рассмотрели производителе торгового оборудования выпускающие котлы пищеварочные опрокидывающиеся.
Затем охарактеризовали процессы происходящие в варочном сосуде и применяющиеся теплогенирирующие устройства.
И произвели рассчеты конструкции аппарата.
Произведенные нами расчеты показывают о целесообразности в приобретение выбранной марки котла.
Оформили чертеж КПЭМ – 60 ОР и сборочный чертеж ТЭНа.












Список использованных источников
1. Кошевой Е.П. Практикум по расчетам технологического оборудования пищевых производств - СПб: ГИОРД, 2007. – 232 с.
2. Могильный М.П. «Оборудование предприятий общественного питания». «Тепловое оборудование» М.: Академия, 2004.- 192 с.
3. Кавецкий Г.Д. Оборудование предприятий общественного питания - М.: Колосс, 2004. –304 с.
4. Ботов М.И. Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания - М,:Академия, 2003, пер. – 464 с.
5. Золин В.П. «Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания» (3-е изд.). М,:Академия, 2005, – 248 с. Пер
6. Золин В.П. «Технологическое оборудование предприятий общественного питания» (4-е изд.). М.:Академия, 2006, – 248 с.
7.Расчет и конструирование торгово-технологического оборудования. Учебн. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты пищевых производств»/ Л.И. Гордон, Т.А. Корнюшко, И.И. Лангербах и др. Под общ. ред. В.Н. Шувалова и С.В. Харламова. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1985. – 399 с.
8.Оборудование предприятий торговли и общественного питания. – Полный курс: Учебнике/ под редакцией проф. В.А. Гуляева – М.: ИНФРА – М, 2002. -543 с.
9. Проектирование тепловых аппаратов предприятий общественного питания: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 0517/3, 1011/ Л.В. Островский; Свердловский ин-т народного хозяйства. – Свердловск, 1987. – 51 с.
10. Справочник по теплообменникам, М.Химия, 1982.- 328с.

Интернет источник техно-плюс оборудование для кафе и ресторанов http://www.texno-plus.ru/
Интернет источник. Современный бизнес. Ресторан. Декабрь 2008.http://www.restop.ru
Интернет источник. Современный бизнес. Ресторан. Декабрь 2008.http://www.restop.ru















1