close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102559

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Давыдов Денис Михайлович
РАЗРАБОТКА Р Е Ж И М О В И АППАРАТОВ
Д Л Я Р А З М О Р А Ж И В А Н И Я И РАЗОГРЕВА К У Л И Н А Р Н Ы Х
ИЗДЕЛИЙ П Р И К О Н В Е К Т И В Н О М Т Е П Л О О Б М Е Н Е
Специальность 05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 200S
Диссертационная работа выполнена на кафедре торговотехнологического оборудования в Российской экономической академии
им. Г.В. Плеханова.
Научный руководитель:
Кирпичников Владимир Павлович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Мглинец Анатолий Илларионович
доктор технических наук, профессор
Плечёва Надежда Дмитриевна
кандидат технических наук
Ведущая организация:
ОАО «Теряоторгмаш»
Защита состоится 15 декабря 2005 г. в 14^^ часов на заседании
диссертационного Совета Д.212.196.07 при Российской экономической
академии им. Г.В. Плеханова по адресу 115998, Москва, Стремянный
пер., д.3б, кор.2, ауд. 128. тел.237-94-97.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российской эконо­
мической академии имени Г.В. Плеханова.
Автореферат разослан 14 ноября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
д. т. н., профессор
Л.Г. Елисеева
20(Хг'\
7 7 ^JP4
ziimi
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Тепловая обработка пищевых продуктов является основным зве­
ном в технологаческом процессе производства кулинарных изделий.
При нагревании продукта изменяются его струюгурно-механические,
физико-химические и органолептические свойства, определяющие в со­
вокупности степень его кулинарной готовности.
Использование на предприятиях общественного питания быстро­
замороженных готовых блюд (полуфабрикатов высокой степени готов­
ности) сокращает трудозатраты на приготовление пищи, количество об­
служивающего персонала занятого на производстве, уменьшает произ­
водственные и складские площади, улучшает санитарно-гигиенические
условия, облегчает труд работников предприятий общественного пита­
ния, снижает общую установленную мощность предприятия и, соответ­
ственно, тепловыделения.
Кроме того, повышается качество обслзокивания и культура про­
изводства, а так же ассортимент производимой продукции.
Быстрозамороженными полуфабрикатами высокой степени го­
товности целесообразно снабжать предприятия общественного питания,
в которых отсутствуют условия для традиционного приготовления пи­
щи - вагоны-рестораны; предприятия питания воздушного и водного
транспорта; места отдыха, лечения и производства с ограниченным
контингентом питающихся.
Цель работы состояла в установлении рациональных режимов
конвективной и пароконвективной обработки пищевых продуктов в ис­
следуемом аппарате, на основе комплексного моделирования и обос­
нования режимов и параметров пароконвективного аппарата, установ­
ление связей между тепловьпли, аэродинамическикми и геометриче­
скими параметрами рабочих камер и обобщение этих связей посредствам критериальной обработки экспериментальных данных, изучение
технологических предпосылок и особенностей конвективной и паро­
конвективной обработки кулинарных изделий.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- проведены комплексные исследования процессов разморажива­
ния и разогрева быстрозамороженной готовой кулинарной продукции в
индивидуальной упаковке.
- предложена конструктивная схема аппарата для разморажива­
ния и разогрева основных видов быстрозамороженной готовой кули­
нарной продукции из мяса, рыбы, овощей и теста в индивидуальной
упаковке.
- аналитически и экспериментально исследована работа аппарата
и подтверждена его работоспособность в качестве пароконвективного
аппарата.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее ре­
зультаты и вытекающие из них вывотппшмиляю! уешиипряд актуаль­
ных проблем по размораживанию н pasogjjg^ jg'^i^BT^^HapHou проL
СПстеэСурО//] '
^'
'
'
-.лт -Л
дукции в индивидуальной упаковке и совершенствованию пароконвективных аппаратов.
Основные результаты исследования могут быть применимы для
конструирования и производства пароконвективных аппаратов, а так же
в учебном процессе при подготовке инженеров-механиков и технологов
при изучении ими дисциплин «Оборудование предприятий обществен­
ного питания» и «Процессы и аппараты пищевых производств».
Апробация работы
Основные результаты исследований докладывались на 2-й Меж­
дународной научно-технической конференции «Прогрессивные техно­
логии и оборудование для пищевой промышленности» Воронеж, 2004;
на 17-ых и 18-ых Международных Плехановских чтениях.
Разработанные режимы и аппараты для размораживания и разо­
грева кулинарных изделий при конвективном теплообмене переданы
ОАО «Термоторгмаш» для их использования при разработке пароконвектомата для обеспечения питания ограниченного контингента пи­
тающихся в условиях Российской армии.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, общим
объемом 1,6 П.Л., в которых освещаются вопросы, непосредственно свя­
занные с темой диссертации. В работах рассматриваются проблемы
общественного питания по размораживанию и разогреву готовой кули­
нарной продукции в разовой упаковке, влияние параметров греющей
среды в конвективном аппарате на процессы размораживания и разо­
грева, повышения качества продукции, подвергающейся технологиче­
ской обработке, моделирования процессов размораживания и разогрева,
а так же оптимизации движения теплоносителя в рабочей камере кон­
вективного аппарата с помощью Э В М .
Объем и структура работ
Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов,
списка использованных источников и приложения. Общий объем дис­
сертации составляет 174 страницы машинописного текста (в том числе
50 рисунков, 15 таблиц), 107 источников литературы.
СОДЕРЖАНИЕ Р А Б О Т Ы
Во введении обоснован выбор темы, ее актуальность, сформули­
рованы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и прак­
тическая значимость вьшолненного исследования.
В первой главе проведен обзор и аналитический анализ аппара­
тов и технологических режимов в электротепловом оборудовании
предприятий общественного питания. Анализ показывает, что перспек­
тивным следует считать способ размораживания и разофева готовой
кулинарной продукции, базирующийся на использовании перегретого
пара в смеси с воздухом, обеспечивающий мягкие и интенсивные усло­
вия нагрева продукта и требуемый выход готового изделия.
По результатам проведенного обзора источников литературы
сделаны следующие выводы:
- наименее изученными и отработанными в техническом плане
являются операции размораживания и разогрева кулинарных изделий.
Главным условием, определяюп1им параметры процесса разогрева, яв­
ляется требование по обеспечению санитарно-гигиенических требова­
ний для готовых изделий, а также сокращению до минимума продол­
жительности повторной тепловой обработки продуктов;
- оптимальная тепловая обработка пищевых продуктов белковой
природы, должна производиться с условием, что максимальный темпе­
ратурный уровень не должен превышать 70 - 85 "С, что требует соот­
ветственного ограничения температуры поверхности в зоне контакта с
продуктом до 90 - 110 "С, а температуры греющих поверхностей аппа­
ратов -125 °С;
- оптимальный режим размораживания и разогрева кулинарных
изделий в пароконвектомате предполагает подцержание температуры
греющей среды на уровне 70 - 85 °С, влажности 80 - 90 % ;
Во второй главе приведены объекты и методы исследования.
Проведены теоретические исследования процессов тепло- и массообмена в аппаратах с регулируемой средой, в результате чего с учетом тре­
бований к режимам термообработки подобраны датчики и разработана
конструкция экспериментального стенда.
Для обеспечения проведения исследований названных парамет­
ров разработан экспериментальный стенд, электрическая схема которо­
го представлена на рисунке 1.
.1
-s» , л.
АЛ »^==Ц
•С.
Ка в
ШИН
Moai^i^BHwa ai
пч1 - ^ о в —'t>a—*
t®^
L@-
<S>-
и
bhimi
Рисунок 1 - Принципиальная схема экспериментального стенда
где: А, В, С - фазы; N - нулевой провод; АП - автоматический переклю­
чатель; X I , Х2, ХЗ - разъемы; Л - сигнальная лампа Т1, Т2, ТЗ - транс­
форматоры; V I , V2, V3 - вольтметры; Сч1, Сч2, СчЗ - счетчики элек­
трические; 31 - термометр; К505 - комплект измерительных приборов;
КСП-4 - потенциометр самопишущий; Вк1, Вк2, ВкЗ - пакетные вы­
ключатели.
Исследования режимов тепловой обработки проводились в маке­
тах аппаратов с принудительной и естественной конвекцией для изде­
лий из мяса, птицы, рыбы, творога и яиц, а так же овощных, крупяных и
макаронных изделий.
Продукт приготовленный в соответствии со сборником рецептур
блюд, прошедший тепловую обработку и замораживание до -18 °С в
специальной разовой упаковке помещается на противень или металли­
ческую сетку в камеру шкафа, предварительно разогретую до опреде­
ленной заданной температуры. В центр изделия и на его поверхность
устанавливаются измерительные зонды (термопары). Кроме того, тер­
мопары устанавливаются на боковой поверхности и крышке посуды.
Потенциометр (типа КСП), градуированный в градусах Цельсия,
записывал на ленту, в процессе тепловой обработки, температуру про­
дукта, посуды и в различных точках рабочей камеры. Регулирование
мощности аппарата осуществлялось плавно с помощью трансформато­
ра. При этом величина питающего напряжения регулируется с помо­
щью автотрансформатора с точностью до 1 вольта.
Измерение температуры производилось хромель-копелевыми
термопарами в точках, указанных на рисунках 2 и 3. Время разогрева
аппарата и образца на соответствующей мощности до требуемой тем­
пературы определялось по кривой разогрева, которая строилась как
среднеарифметическая по всем измеряемым значениям.
Питание установки осуществлялось от трехфазной сети перемен­
ного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В через автоматический
выключатель А П (типа АП-503 МТ), защищающий её от токовых пере­
грузок и коротких замыканий. Через автоматический выключатель АП
напряжение подается на три масляных трансформатора (Т1, Т2, ТЗ) ти­
па РНО 250-10 для обеспечения раздельного регулирования напряже­
ния (мощности) на различных элементах схемы.
Контроль за напряжением и током по фазам осуществлялся тремя
вольтметрами (V1,V2,V3) типа Э-30 на 250В и контрольноизмерительным прибором (КИП) типа К 505, позволяющим измерить
по фазам не только ток и напряжение, но и мощность.
Расход электроэнергии в каждой фазе контролировался однофаз­
ными счетчиками (Сч1, Сч2, СчЗ) типа С0-2МТ, включенными через
трансформаторы тока типа УТТ-5.
Раздельное включение спиралей пароперегревателя и ТЭНов пароге­
нератора пакетными выкгаочателями Вк1 и ВкЗ позволяет изменять количе­
ство пара в теплоносителе от О до 100% и его перегрев от 100 °С до 300 °С.
Для замера температуры в образце, боковой стенке и крышке по­
суды использованы переносные хромель-копелевые термопары. Для
контроля температуры греющей среды (теплоносителя) на входе и вы­
ходе рабочей камеры, а так же за выходньп^! отверстием парогенератора
(перед вентилятором) установлены хромель-копелевые термопары.
Контроль за температурой на поверхности различньк частей макета ап­
парата осуществляется с помощью переносного термометра 31 (рису­
нок 1) с игольчатой термоп^юй. Кроме того, этим же термометром
осуществляется контроль начальной температуры исследуемой замо­
роженной готовой продукции.
Эяччрмчоая c]Hiimco«fliHiaiHirt
нихромойых амралай
Рисунок 2 - Конструктивная схема аппарата с принудительной конвекцией,
где: 1 - камера исследуемого теплового аппарата; 2 - теплоизоляция; 3 кулинарный продукт; 4 - упаковка (посуда); 5 - термопары в чулке
(хромель-капель); 6 - блок нихромовых спиралей; 7 - эл. двигатель с
вентилятором; 8 - потенциометр самопишущий КСП-4; 9 - устройство
поддержания заданного уровня воды в парогенераторе; 10 - парогенера­
тор; 11 - паропровод для подачи пара в камеру аппарата; 12 - вентиля­
ционное отверстие.
Для контроля за температурой пара до и после спиралей паропе­
регревателя установлены хромель-копелевые термопары. Сигнал с тер­
мопар поступает на самопишущий потенциометр 8 типа КСП-4
Контроль за изменением массы образца за процесс осуществляет­
ся путем взвешивания до и после тепловой обработки на электронных
весах. Время размораживания и разогрева (тепловой обработки) гото­
вой продукции в аппарате определяли секундомером.
Рисунок 3 - Конструктивная схема аппарата с естественной конвекцией,
где: 1 - рабочая камера; 2 - теплоизоляция; 3 - исследуемый продукт; 4 упаковка (посуда); 5 - термопары в чулке (хромель-капель); 6 - ТЭНы
перегревателя; 7 - ТЭН парогенератора; 8 - потенциометр самопишу­
щий КСП-4; 9 - устройство поддержания уровня и подачи воды в паро­
генератор; 10 - корпус; 11 - короб для подачи пара в камеру; 12 - задняя
стенка с отверстием; 13 - отверстия задней стенки.
Исходные данные для разработки макетов аппаратов для прове­
дения модельных исследований получены на основе предварительных
аналитических исследований существующей аппаратуры и эксперимен­
тальных исследований макетов-образцов, проведенных в лабораторных
условиях, с использованием необходимых контрольно-измерительных
приборов. Макеты-образцы предлагаемых аппаратов рассчитаны и
спроектированы таким образом, что их конструктивное решение может
быть положено в основу реального аппарата.
Макеты-образцы выполнены с учетом требований к материалам,
весу аппарата, технологичности конструкции, удобства монтажа и об­
служивания.
Для правильного и обоснованного выбора геометрических пара­
метров элементов воздушного тракта конвективных аппаратов с целью
получения равномерной раздачи воздуха в рабочей камере было рас­
смотрено взаимодействие притока и вытяжки. Анализ работы канала
постоянного сечения с отверстиями равной площади по длине канала
показал, что максимальное количество воздуха проходит через послед­
ние по ходу движения воздуха отверстия. Это наглядно представлено на
рисунке 4, на котором даны эпюры распределения расходов воздуха по
высоте рабочей камеры.
Рисунок 4 - Эпюры распределения воздуха по высоте рабочей камеры
При совместном действии притока и вытяжки при равной относи­
тельной площади каналов максимальные расходы, очевидно, следует
ожидать в самых верхних и самых нижних ярусах. Таким образом, не­
обходимо было добиться равномерной раздачи не только притока, но и
вытяжки при их совместной работе. Для достижения этой цели в прак­
тике прибегают к различным способам. У В.В.Батурина описан один из
методов осуществления равномерного всасывания в сборный коллек­
тор.
Экспериментально подбирались площади отверстий по высоте
канала. Так, для канала, имеющего девять рядов отверстий, соотноше­
ние площадей сверху вниз соответствовало: 100, 77, 53, 33, 28, 19, 17,
14, 13%, т. е. площадь отверстий, ближайших к вентилятору была ми­
нимальной.
В работе рассматривается математическая модель, описывающая
процесс разогрева теплоносителя в рабочей камере универсального жарочно-пекарного аппарата с принудительной конвекцией, учитывающая
влияние определяющих факторов на скорость разофева, анализ реше­
ния которой на Э В М позволяет выбрать оптимальные параметры любо­
го типоразмера аппарата с аналогичной схемой движения теплоносите­
ля.
Схема рабочей камеры аппарата представлена на рисунке 5.
При этом начало координат помещено в центре той решетки ап­
парата, где осуществляется выход потока теплоносителя из рабочей ка­
меры. Движение теплоносителя осуществляется поперек оси X, при
этом наибольший определяющий размер камеры принят Ri, а два дру­
гих - R2 и Яз.
Рисунок 5 - Схема рабочей камеры конвективного аппарата.
Математическая задача, описывающая процесс разогрева тепло­
носителя, формируется следующим образом.
Требуется решить дифференциальное уравнение теплопроводно­
сти с учетом непрерывно действующего источника теплоты, которым
служит непрерывно нагнетаемый горячий воздух:
dt{x,y,z,T)/dT = aVh(x,y,z,T)
0<г<оо;0<д;^Л,;-Л2
+ f(x,y,z,T)
(1)
<у<И2;-Я^<2<Я^
где t - t(x,y,z,г)— температура воздуха внутри камеры;
x,y,z —текущие координаты;
г — время;
а — коэффициент температуропроводности;
f = f{x,y,z,r) — удельная мощность источника теплоты при
следующих условиях:
t{x,y,z,T) = t„= const
(2)
t{R^,y,z,T) = t^=comt
(3)
cU{(i,y,2,T)ldx = Q
(4)
dt{x,y,z,T)l<fy = dt(x,yfi,T)ldz
dtix,R^,z,T)ldy
=Q
(5)
= dt{,x,y,R:i,r)ld2^U
(6)
Гц — начальная температура воздуха внутри камеры;
t^ — температура воздуха на выходе из камеры;
Уравнения (4) и (5) выражают факт теплоизоляции камеры. Урав­
нение (5) - это условие симметрии. С учетом (5), текущие координаты у
и Z можно рассматривать изменяющршися в следующих пределах:
Q<y<R^fi<z<R,
Окончательное решение задачи методами математической физики
получено в следующем виде:
10
tix,y,z,T)='t,+ I ;
[/ехр(-ай>„„/(г-©)/„,Д0)^0-
-Mr\nh -QlWbn-m^vhxoiJ
2
■z@)]-v^^{x,y,z) (7)
где: v„„p {x, >-, z) = cos A„ • x • cos //„ ■ у cos u^ • г
Я„ =(2т-1)я-/2Л,;//„ =(«-l)x//t,;i;, =(р-1)я-//гз
'o,J=^l^nl^'^l
L^A®)
(8)
(9)
(10)
= R^-Ri-R, \\^x,y,z,®)v„^_^(x,y,zydx-clydz){n)
Удельный расход теплоты за время разогрева рабочей камеры равен:
Q.=c-r{t{T)-t,)
(12)
где: с - удельная теплоемкость воздуха
у - плотность воздуха
Средняя интефальная температура во всем объеме камеры равна:
t(T) = l/L:jt(,x,y,z,T)dv = t„ +2/я-^[(-1)"1/(2т-1)- (13)
■ jexp(ra6i,J(T-@)V„,,,m-d&+4to -/„)/(2m-l)^expf«fli,^ Д )
Если f(x,y,z, т)- W/(c у ), то получаем:
Кг) = /„+8/;г'^(»„-г.)/(2т-1)^^/(Я„й>„,;)•(1-ехр(-ай>„^,/г)+ехр(-ай>,^,/г)% - / J ]
(14)
где: Хт- коэффициент теплопроводности.
Расчеты по формуле, выполненные на Э В М , дают относительно
хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных.
Однако, математическая модель процесса нагрева камеры не
учитывает неизбежное изменение ряда определяющих характеристик,
входящих в расчетные соотношения, вызванные увлажнением греющей
среды.
Увлажнение
приведет
к
изменению
коэффициента
температуропроводности а (1), теплоемкости с, плотности у (12) и
теплопроводности (14), что естественно не может не сказаться на
итогах расчетов. При варьировании влажностью паро-воздушной
греющей смеси в широких пределах аналитическое решение будет не
вполне корректным и потребует обязательной экспериментальной
проверки. Поэтому экспериментальная установка должна обеспечить
возможность варьирования влажностью в пределах от 10 до 100%
В третьей главе представлены экспериментальные исследования
и разработаны технико-технологические требования к конвективным
аппаратам для размораживания и разогрева быстрозамороженных
готовых кулинарных изделий.
Для проведение исследований был подобран ассортимент
быстрозамороженных кулинарных изделий, которые проходили
тепловую обрадотку. Ассортимент включал в себя изделия из мяса
животных, птицы и рыбы, а так же в нем были представлены гарниры
(макаронный изделия, каши, картофель), мучные изделия и овощные
блюда.
Для определения оптимальной мощности аппарата были прове­
дены исследования времени разогрева до максимальной температуры
(300 "С) при различной мощности нагревателей. Результаты
экспериментальных исследований представлены на рисунке 6.
's>^^V
-
—-
;:.>=
2^
4
--
t
гшн
Рисунок 6 - График разогрева макета конвективного аппарата от време­
ни при различной мощности нагревателей: 1 - 2^кВт, 2 - 2,0кВт, 3 1^кВт,4-1,0кВт.
Полученные результаты были обработаны и представлены в виде
зависимости времени разогрева и расхода электрической энергии на ра­
зогрев конвективного аппарата от мощности нагревателей на рисунке 7.
W, кВгч
Хмин
1,1
60
so
1,0
40
0,9
30
0,8
20
2 Д
0,7
О.В
10
О
1,25
2.25
2,5 Р , к В т
0,5
Рисунок 7 - Зависимость времени разогрева и расхода электроэнергии
на разогрев конвективного аппарата от мощности нагревателей: 1 время разогрева; 2 - расход электроэнергии.
12
Из приведенного фафика видно, что с увеличением мощности на­
гревателей время разофева и расход электрической энергии сокраща­
ются. Однако в начале (примерно до 2,0 кВт) происходит их значитель­
ное сокращение. Дальнейшее же увеличение мощности нафевателей
приводит к незначительному сокращению времени разофева и расходу
электроэнергии на разогрев конструкции аппарата. Соответственно оп­
тимальной мощностью нагревателей для данной конструкции макета
конвективного аппарата является мохцность 2,0 кВт или 0,087 кВт на кг
массы аппарата.
Для определения оптимальной зафузки рабочей камеры макета
конвективного аппарата были проведены исследования по выявлению
зависимости удельного расхода электрической энергии от массы за­
фузки.
В рабочую камеру разофетую до определенной температуры зафужались различные массы замороженной до минус 18 °С воды в ме­
таллических индивидуальных емкостях (по 0,5 кг в каждой) и в против­
нях (до 3,0 кг в каждом). Нафев осуществлялся до температуры воды
+85 °С. Результаты проведенных исследований представлены на рисун­
ке 8 (кривые 1,2,4).
1,5
W , кB^»^/кг
1.4
1,3
1,2
1,0
0,9
0,8
0.7
-
V^
1,1
_л \
^
~-
*у 2
0,6
0,5
4 \
0,4
0,3
0,2
-
Ч.
- •- -
,
0,1
—
т, кг
О
Рисунок 8 - Зависимость удельного расхода (кВтч/кг) электрической
энергии от массы нафеваемой воды (1,2,4) и фечневой каши (3) при
температуре в рабочей камере: 1 -180 °С; 2-230 °С; 3 -180 "С; 4-300 °С.
Из приведенного фафика видно, что оптимальной зафузкой ра­
бочей камеры макета конвективного аппарата при температуре в камере
300 °С является масса зафузки 6,0 кг. При этой зафузке удельный рас13
ход электрической энергии на кг нагреваемой воды является минималь­
ным и составляет примерно 0,22 кВт-ч/кг. С увеличением, а особенно с
уменьшением загрузки рабочей камеры, удельный расход электриче­
ской энергии на кг нагреваемой воды возрастает.
С уменьшением температуры в рабочей камере оптимальная за­
грузка и удельный расход электрической энергии возрастают. При тем­
пературе в камере 230 "С оптимальная загрузка составляет примерно 7
кг, а удельный расход электрической энергии - 0,28 кВтч/кг. При тем­
пературе 180 °С оптимальная загрузка, как видно из графика, увеличи­
вается. Однако объем камеры макета аппарата не позволяют загрузить в
камеру больше 8 кг воды.
Указанная оптимальная загрузка рабочей камеры определялась по
воде и она не полностью соответствует загрузке пищевым продуктом. В
нашем случае при размораживании и разогреве готовых кулинарных
изделий отсутствует стационарный режим доведения до готовности,
который является основным в процессе полного приготовления. Поэто­
му нагревание воды и пищевого продукта, с точки зрения энергетиче­
ских показателей, будет аналогичным.
Отличие будет определяться, в основном, различием теплоемкостей и теплопроводностей продукта и воды. Кроме того, пищевой про­
дукт имеет меньший объемный вес и большую степенью черноты. Со­
ответственно готовые кулинарные изделия аналогичной массы будут
иметь больший объем и лучше будут поглощать тепло чем вода, но ху­
же передавать его внутрь.
Для определения оптимальной загрузки рабочей камеры макета
конвективного аппарата по пищевому продукту были проведены иссле­
дования на готовой замороженной гречневой каше, размораживание и
разогрев которой осуществляли при оптимальной температуре 180 °С,
которая была выбрана исходя из экспериментальных данных при раз­
мораживании и разогреве при различных температурах и при получе­
нии продукта различного качества. Результаты проведенных исследо­
ваний представлены на рисунке 8 (кривая 3).
Из приведенного графика видно, что оптимальной загрузкой ра­
бочей камеры макета конвективного аппарата при разогреве и размора­
живании гречневой каши при температуре в камерю 180 °С является
масса загрузки 3,7 - 3,8 кг или 1,875 кг на кВт мощности аппарата
(0,533 кВт/кг). При этой загрузке расход электрической энергии на кг
нагреваемой каши является минимальным и составляет примерно 0,33
кВт-ч/кг.
Исходя из проведенных исследований можно сделать вывод, что
оптимальная мощность нафевателей аппарата подобного типа может
быть определена исходя из условий оптимального разогрева конструк­
ции из расчета 0,087 кВт на кг массы аппарата или исходя из мини­
мального удельного расхода электрической энергии на единицу нагре­
ваемого продукта из расчета 0,533 кВт/кг.
14
Исследования по размораживанию и разогреву проводились на
специально подобранном ассортименте кулинарных изделии, который
был составлен исходя из рационального питания и широко используе­
мого ряда блюд для потребления в предприятиях общественного пита­
ния с ограниченным контингентом питающихся. Ассортимент пред­
ставлен в таблице 1.
Таблица 1 - Ассортимент быстрозамороженных кулинарных изделий.
№№ Нойнеиовшгае (Ьвод и Калячепяо тюрций в KdisnecTBO эюiiKCfapmamt
i^piQiam»
{Оавпцшык изданий
^
2
3
4
1 ..
ЗбШфне влила
1.
Кз^жш жарения
20
3
i.
Рыбижчмтя
20
3
3. Г^швн с мжароншшт
3
»)
4. Кохпепл полпавосие
20
3
Г1^ПфМ
5, Кц>тофвпь«фрт»
15
3
б. Рис отварной
15
3
Киртофсяыюе
шор«
15
3
t8. Мосфоиы отрады»
15
3
Xamma^ibmm
9. Вннефет OBomiKrit
15
3
10. Шрв кабачковая
15
3
3
б
и. Овежезиюроашшые
12.
13.
14.
Мучвы^тдаат
Оюйкн
20
Шфожки с вятыш^
овощными, яоднынн
20
fapmaHH
Пшрфювощтя
б
3
3
3
в качестве примера подхода к проведению исследования пред­
ставлены данные эксперимента по размораживанию и разогреву кули­
нарного изделия высокой степени готовности «Гуляш с макаронами».
Для выявления зависимостей времени тепловой обработки и
удельного расхода электрической энергии на единицу нагреваемой
продукции от количества энергии, подводимой к парогенератору (мощ­
ности парогенератора, в % к общей мощности) построены графики в
рекомендуемом диапазона температур (150 - 240 °С) для изделия «Гу­
ляш с макаронами», которые представлены в таблицах 2 и 3 и на рисун­
ках 9 и 10.
15
Таблица 2 - Время тепловой обработки изделия «Гуляш с макаро­
нами» при различной температуре в рабочей камере, мощности парогенератора и пароперегревателя, мин.
fejw^Myp»»
рабочей каие-
ЗОД^О
50.50
-.
-
-
-
128
180
50
56^
44
25
45
36
49
35
26
-
240
110
-
-
150
39
103
73
28
Ш
200
32
47
52
31
27
25
240
42
21
Ш
130
150
т>
130
1
7030
0:100
"P^'Q
Q
О т и о п ш ш е иощносл^ тщхаенеряторя к шицности пцю-
5<5
-
68
да
-
55
36
94
68
35
45
37
23;J
19
14
-
18
1
Таблица 3 - Удельный расход электроэнергии при размораживаНИИ и разогреве изделия «Гуляш с макаронами» при различной температуре в рабочей камере, мощности парогенератора и пароперегревателя, кВтч/кг.
рОкп^ка»ре.'Ч:
110
130
150
180
О
*i
1
Отношшне мощности парогенератора к ыот*ост пфов^рарсвашв!, %
30:70
0:100
5030
7030
-
-
1,49
148
2Д7
2,51
гА5
2,4
-
2Д
200
1 ^
2ДЗ
240
110
1,85
-
1^>8
130
150
180
200
240
-
-
^
1 ^
1/М
1,94
1,88
W3
1М
1,72
1Л
16
4Д
3,15
2,56
2,75
2.7
2^8
3,40
-
3,4
1,23
2^5
2,10
1,52
1,9*
1,82
и
1,8
2Д6
-
N,%
О
10
20
30
Рисунок 9 - Время тепловой обработке изделия «Гуляш с макаронами»
от мощности парогенератора, в % к общей мощности при различной
температуре в рабочей камере: а) в посуде с крышкой: 1 - 150 °С, 2 180 "С, 3 - 200 °С, 4 - 240 °С; б) в посуде без крышки: 5 - 150 °С, 6 180 °С, 7-200 "С, 8-240 °С.
Из приведенного графика (рисунок 9) видно, что зависимость
времени тепловой обработки от мощности парогенератора (в % к общей
мощности) и температуры в рабочей камере имеет, в основном, парабо­
лических характер. На всех температурах при мощности парогенерато­
ра 30 % происходит увеличение времени тепловой обработки. Даль­
нейшее же увеличение мощности парогенератора приводит к резкому
сокращению времени тепловой обработки. Объясняется это тем, что
парогенератор имеет большую массу и объем вследствие чего не хвата­
ет энергии для парообразования и изделие получает меньше энергии
чем при О % мощности парогенератора.
Соответственно при малой массе и объеме парогенератора (прак­
тически безинерщюнный парогенератор) время тепловой обработки
должно всегда уменьшаться с увеличением процента мощности пароге­
нератора, так как с увеличением влажности греющей среды коэффици­
ент теплоотдачи от среды к изделию возрастает.
17
w,
3^
t
3^
"
г J
3
1
2,76
i J
2fi
2,X
1
^i
Ч
1
e
2
4
»
1—7
S __,
■1
-
i
^
i^^r
y^-i
С •
1^»
1 11
0
1
1
1
to
20
30
40
60
eO
70
i
80
Рисунок 10 - Удельный расход электрической энергии при тепло­
вой обработке изделия «Гуляш с макаронамю> от мощности парогене­
ратора, в % к общей мопщости при различной температуре в рабочей
камере: а) в посуде с крышкой: 1 -150 °С, 2 -180 °С, 3 - 200 °С, 4 - 240 °С;
б) в посуде без крышки: 5 -150 "С, 6-180 "С, 7-200 °С, 8-240 "С.
Из приведенного графика (рисунок 10) видно, что зависимость
удельного расхода электрической энергии на единицу нагреваемой
продукции от мощности парогенератора, в % к общей мопщости и тем­
пературы в рабочей камере имеет сложный характер. Завышенный
удельный расход электроэнергии, при мохцности парогенератора 30 % ,
приводит к необоснованному искривлению получаемых зависимостей.
Кроме того, при большой мощности парогенератора (70 % ) с увеличе­
нием температуры в рабочей камере резко возрастают потери с уходя­
щим паром, что приводит к пересечению зависимостей W =/(N) соот­
ветствующих 150 и 180 °С.
Технико-технологические требования к конвективньпл аппаратам
для размораживания и разофева полуфабрикатов высокой степени го­
товности определяются оптимальными режимами тепловой обработки
изделий как с точки зрения минимального времени тепловой обработки
и удельного расхода электрической энергии, так и наивысшего качества
обрабатываемых изделий (минимальная потеря массы, органолептические показатели и т.д.), которые должен обеспечить аппарат.
Кроме того, для обеспечения надежной работы аппарата, макси­
мальной его производительности и минимальных трудозатрат в его об18
служивании в процессе эксплуатации и возможности осуществления
различных технологических процессов к аппарату дополнительно
предъявляются тебования по равномерности нагрева изделий находя­
щихся на одном ярусе и одновременности нагрева по ярусам, надежно­
сти работы нагревателей и обеспечения различных режимов тепловой
обработки.
На основании проведенных исследований по конвективным аппа­
ратам для размораживания и разогрева кулинарных полуфабрикатов
высокой степени готовности были разработаны технологические режи­
мы и конструкция пароконвективного аппарата.
ВЫВОДЫ
1. в работе проведен обзор и аналитический анализ аппаратов и
технологических режимов тепловой обработки пищевых продуктов в
электротепловом оборудовании предприятий общественного питания.
Анализ показывает, что перспективным следует считать способ размо­
раживания и разогрева готовых изделий из мяса, рыбы, овощей и муки,
базирующийся на использовании перегретого пара в смеси с воздухом,
обеспечивающий мягкие и интенсивные условия нагрева продукта и
требуемый выход готового изделия.
2. Проведены теоретические исследования процессов тепло- и
массообмена в конвективных аппаратах с регулируемой средой, в ре­
зультате чего с учетом требований к режимам термообработки подоб­
раны измерительные приборы и разработана конструющя эксперимен­
тального стенда, позволяющая контролировать процесс разморажива­
ния и разогрева, меняя в процессе эксперимента такие параметры как
мощность, температуру и влажность в рабочей камере, а так же следить
за продолжительностью эксперимента.
3. Проведены исследования температурных и влажностных ре­
жимов тепловой обработки пищевых продуктов в макетах аппаратов.
Предложена принципиально новая работоспособная схема управления
и конструкция пароконвективного аппарата, а также разработаны тех­
нологические режимы для размораживания и разогрева готовых быст­
розамороженных кулинарных изделий высокой степени готовности.
4. Установлены следующие требования к аппаратам и технологи­
ческим режимам по размораживанию и разогреву кулинарных изделий
в конвективном теплообмене:
- парожарочный аппарат с принудительной конвекцией феющей среды (теплоносителя) должен иметь возможность регулирования
температуры в рабочей камере в пределах от 100 до 250 °С, с естествен­
ной конвекцией греющей среды - от 130 до 280 °С;
- для обеспечения различных технологических процессов мощ­
ности парогенератора и пароперегревателя должны иметь возможность
регулирования в пределах от О до 100 % совместно в различных соот­
ношениях не превышая 100 % мощности аппарата, при этом номиналь19
ные мощности парогенератора и пароперегревателя равны номинальной
мощности аппарата;
- парогенератор парожарочного аппарата должен иметь как
можно меньший объем и массу, что позволит значительно сократить
удельный расход электрической энергии на единицу обрабатываемой
продукции и расширить диапазон рабочих температур совместной ра­
боты парогенератора и пароперегревателя;
- индивидуальная посуда, в которой осуществляется тепловая
обработка, должна выдерживать, при принудительной конвекции, тем­
пературу 180 °С, а при естественной конвекции 205 °С и иметь как
можно меньшую массу. Последнее условие позволит значительно сни­
зить удельный расход электрической энергии на единицу обрабатывае­
мой продукции;
- для обеспечения требуемого движения теплоносителя, равно­
мерности нагрева и количества энергии, подводимого к изделию, с це­
лью обеспечения повышения коэффициента теплоотдачи, оптимальная
принудительная скорость движения греющей среды в рабочей камере
конвективного аппарата должна находиться в пределах от 1 до 3 м/с;
- скорость движения нагреваемой среды в пароперефевателе
должна быть не ниже 8 м/с, что обеспечивает достаточный теплоотвод с
поверхности нагревателей. При этом удельная поверхностная мощность
на тэнах должна быть не более 1,2 Вт/см^ при нагревании теплоносите­
ля на 30 °С и температуре на выходе из пароперегревателя 300 "С.
5. Даны следующие рекомендации:
- размораживание и разогрев готовой кулинарной продукции
может осуществляться в индивидуальной упаковке закрытой крышкой,
при соответствующем качестве и минимальном времени тепловой об­
работки, во всем исследуемом диапазоне температур и, практически,
при любом соотношении мощностей парогенератора и пароперегрева­
теля. В открытой посуде (например, на противне) - только в диапазоне
температур 150 - 180 °С и при соотношении мощностей 50:50;
- жарка мясных и рыбных изделий может осуществляться при
принудительной конвекции теплоносителя без увлажнения при темпе­
ратурах 170 - 250 °С;
- при выборе геометрических параметров элементов воздушно­
го тракта, для обеспечения равномерного нагрева изделий по ярусам
конвективного аппарата с принудительной конвекцией, при равной от­
носительной площади каналов притока и вытяжки максимальные рас­
ходы происходят в самых верхних и самых нижних ярусах. Таким обра­
зом, равномерное распределение воздушного потока в рабочей камере
может быть достигнуто при распределении площадей отверстий сверху
вниз в соответствии с эпюрами.
20
п о Т Е М Е ДИССЕРТАЦИИ О П У Б Л И К О В А Н Ы
С Л Е Д У Ю Щ И Е РАБОТЫ
1.
Давыдов Д.М., Ботов М.И. Обоснование параметров феющей среды в конвективном аппарате / Труды инженерноэкономического института. Вып. 4. - М.: Изд-во Россельхозакадемии,
2004.- 0,28 п.л. (лично автором 0,14 п.л.)
2.
Давыдов Д.М., Кирпичников В.П., Ботов М.И. Исследова­
ние процессов размораживания и разогрева кулинарной продукции в
аппарате с принудительной конвекцией теплоносителя / Труды инже­
нерно-экономического института. Вып. 4. - М.: Изд-во Россельхозака­
демии, 2004. - 0,22 п.л. (лично автором 0,12 п.л.)
3.
Давыдов Д.М., Кирпичников В.П. Экспериментальный
стенд для исследования процесса размораживания и разогрева кулинар­
ной продукции в конвективном апп^ате / Труды инженерноэкономического института. Вып. 4. - М.: Изд-во Россельхозакадемии,
2004. - 0,35 п.л. (лично автором 0,15 п.л.)
4.
Давыдов Д.М. Особенности размораживания и разогрева
готовой кулинарной прюдукции в разовой пластмассовой упаковке /
Семнадцатые Международные Плехановские чтения. Тезисы докладов
профессорско-преподавательского состава. - М.: Изд-во Рос. экон.
акад., 2004.-0,1 п.л.
5.
Давыдов Д.М., Кирпичников В.П., Ботов М.И. Использова­
ние пароконвективного метода нагрева для размораживания и разогрева
готовой кулинарной продукции / Материалы П Международной науч­
но-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудо­
вание для пищевой промышленности». - Воронеж, 2004. - 0,1 п.л. (лич­
но автором 0,04 п.л.)
6.
Давыдов Д.М., Кирпичников В.П., Ботов М.И. Обоснование
параметров размораживания и разогрева кулинарных полуфабрикатов
высокой степени готовности в разовой упаковке / Вестник Российской
Экономической Академии имени Г.В.Плеханова №3. Москва, 2004. 0,35 п.л. (лично автором 0,12 п.л.)
7.
Давыдов Д.М., Кирпичников В.П., Ботов М.И. Математиче­
ское моделирование процессов размораживания и разофева теплоноси­
теля в рабочей камере конвективного аппарата / Восемнадцатые Меж­
дународные Плехановские чтения. Тезисы докладов профессорскопреподавательского состава. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2005. - 0,1
п.л. (лично автором 0,06 п.л.)
8.
Давыдов Д.М. Разработка технико-технологических требо­
ваний к конвективнь»! аппаратам для размораживания и разофева ку­
линарных изделий / Восемнадцатые Международные Плехановские
чтения. Тезисы докладов аспирантов, магистров, докторантов и науч­
ных сотрудников. - М . : Изд-во Рос. экон. акад., 2005. - 0,1 п.л.
21
Отпечатано в типографии
Российской экономической академии им. Г. В. Плеханова
Заказ № 137 Тираж 100 экз
11121538
РНБ Русский фонд
2006-4
22684
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
942 Кб
Теги
bd000102559
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа