1   2   3   4   5   6   7   8
Ім'я файлу: ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯ ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 1934кб.
Дата: 20.07.2022
скачати
Пов'язані файли:
Реферат Шістдесятництво, дисидентський і правозахисний рух (кіне
Проектування інформаційного забезпечення.doc
Тестове_завдання_з_дисципліни_Психологія_і_етика_ділового_спілку
Циклова комісія гуманітарних дисциплін.docx
Вознюк Віталій Вікторович 35 26 39.docx
Подготовка.DOCX
Here are my three favorite lessons from the book called.docx
Acces 1.docx
3 Розробка структурної схеми приладу.doc
За двумя зайцами 38.docx
Положення жінки на Русі.doc
кр3.0.ppt
ЗОВНІШНІЙ ТЕПЛОМАСООБМІН У ПЕКАРНІЙ КАМЕРІ

30
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
розрідження у вхідному отворі, інакше інтенсифікується затікання холодного повітря із пекарної зали, що призведе до зниження ефективності парозволоження та збільшення втрат з вентиляційним повітрям.
Інтенсифікація конвективної складової теплообміну в тунельних печах може бути за рахунок створення направленого руху пароповітряної суміші згори вниз крізь отвори у верхній і нижній поверхнях пекарної камери та повторного використання цієї суміші (рециркуляції). Такі системи мають печі А2-ХПК, ППП та інші. Очевидно, що встановлення додаткової системи рециркуляції пароповітряної суміші позначиться на зростанні вартості печі.
Інший варіант інтенсифікації конвекції в пекарній камері – самовільна (природна) турбуляризація середовища. Таке конструктивне рішення використане в печах
Максофлекс (Нідерланди) та А3-ХП1 фірми АГРО-3 (Росія), де нагрівні елементи нагрівної системи виконані із труб і розміщуються уздовж тунельної пекарної камери збільшеної висоти над і під конвеєром. Конструкцією печі Максофлекс передбачена також можливість поєднання вимушеної і природної конвекції. У пекарній камері розміщені радіаторні труби системи обігріву, водночас, у другій і третій секціях передбачена система рециркуляції пароповітряного середовища, яка може вмикатися або вимикатися в міру потреби. При увімкнутій системі реалізується примусова турбуляризація, при вимкненій – природна.
Під
радіаційним теплообміном розуміють процес, обумовлений випромінювання і поглинанням електромагнітних хвиль теплового діапазону частот між тілами, розділеними середовищем з достатнім ступенем пропускання. Радіаційний теплообмін відбувається в інфрачервоному діапазоні хвиль (довжиною від 0,8 до
400 мкм. У переважній більшості печей теплове випромінювання відбувається у так званій ближній області, що характеризується довжиною хвиль 0,8…15 мкм. Процес теплообміну описується кількома законами, серед яких найбільше практичне значення для розрахунку теплообміну в пекарній камері печі мають закони Планка, Стефана-Больцмана та Ламберта.
Закон Стефана-Больцмана. Встановлює зв’язок між інтенсивністю радіаційного теплообміну абсолютно чорного тіла (АЧТ) та його температурою. Математичний запис закону d
λ
λ
=
, (де
0
E
– повна кількість енергії, що випромінюється АЧТ у всьому діапазоні довжини хвиль;
,0
J
λ
- інтенсивність випромінювання АЧТ. Згідно із законом Планка 1
,0 2
exp( /
) 1
C
J
C
T
λ
λ
λ

=

(3.7)
λ
- довжина хвилі випромінювання;
Т – абсолютна температура тіла;
С, С – константи.
Інтегрування виразу (3.6) з урахуванням закону Планка дає:
4 0
0
E
T
σ
=
, (3.8) де Е – енергія випромінювання АЧТ;
0
σ
=5,7·10-8 Вт/(м2К4) – константа Стефана-Больцмана (константа випромінювання
АЧТ).
Попри те, що закон Стефана-Больцмана встановлений для АЧТ, експериментально доведено, що він також залишається справедливим і для інших тіл, що мають неперервний спектр випромінювання (сірих тіл). Такими тілами, що їх наближено можна вважати сірими, є тверді тіла, зокрема, сталеві огородження пекарної камери, керамічні матеріали, тісто-хліб тощо. Наслідком закону є формула, якою користуються при аналізі та розрахунку теплообміну між поверхнями печі і тістових заготовок під час випікання:
4 4
1 2
0 100 100
np
T
T
Q a C
F
ϕ






=















, (де
Q
- кількість переданої випромінюванням теплоти від першого тіла до другого, Вт- приведений ступінь чорноти системи, яка враховує коефіцієнт випромінювання обох тіл та їх взаємне розміщення;
0
C
- коефіцієнт випромінювання АЧТ: =5,7 Вт/(м2К4);
Т1, Т – абсолютні температури тіл, К – поверхня теплообміну, м - середній кутовий коефіцієнт, що враховує форму, розміри та взаємне розміщення тіл. Його поява у розрахунковій формулі обумовлена дією закону Ламберта, який встановлює зв’язок між випромінювальною здатністю тіла у довільному напрямку Е (під кутом φ до нормалі) і у напрямку нормалі до поверхні Еп: .
Окрім твердих поверхонь у радіаційному теплообміні в пекарній камері також беруть участь і трьохатомні гази, насамперед, водяна пара. Однак випромінюванням пари зазвичай нехтують, оскільки її температура невисока, а товщина випромінюючого шару газу в сучасних конструкціях печей незначна.
Цілеспрямоване використання фізичних закономірностей, пов’язаних з випромінюванням енергії у інфрачервоному діапазоні, також дозволяє
інтенсифікувати процес випікання. Попри те, що вплив ІЧ-випромінювання різної довжини хвиль на ТЗВ вивчався з х років минулого століття (пік припадає на 60-ті – 70-ті роки), пошуки і знахідки ефективних рішень тривають донині. В результаті дії підвищеної дози теплового випромінювання у деяких діапазонах
ЗОВНІШНІЙ ТЕПЛОМАСООБМІН У ПЕКАРНІЙ КАМЕРІ

32
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
частот відбувається скорочення тривалості випікання ТЗВ та покращення деяких показників якості. Інтенсифікація процесу випікання обумовлена здатністю ІЧ- променів проникати на деяку глибину в ТЗВ і активізувати внутрішній тепло- масообмін. Найбільшого ефекту вдавалося досягти при виробленні тонких виробів, насамперед, борошняних кондитерських.
Відповідно до стандарту ISO 20473:2007 ІЧ-випромінювання поділене натри області за довжиною хвилі:
Ближня область 0,78…3,0 мкм;
Середня область 3,0…50 мкм;
Далека область 50…1000 мкм
У якості джерел ІЧ-випромінювання в конструкціях печей використовують електричні так звані «світлі» і «темні» випромінювачі, для яких максимум енергії випромінювання приходиться на діапазон довжини хвиль 0,8…2,5 мкм та понад 2,5 мкм відповідно, а також газові ІЧ-випромінювачі з мікропористими керамічними насадками. Встановлено, що глибина проникнення променів всередину ТЗВ залежить від властивостей матеріалу та довжини хвилі: проникність м’якуша краща, ніж тіста, у пшеничних виробів більша, ніж у житньо-пшеничних; випромінювання у більш короткому діапазоні проникає на більшу глибину.
Наприклад, проникність хвиль у діапазоні 0,9…1,5 мкм (електричний ламповий випромінювач з температурою 2100 Ку рази більша, ніж у газового випромінювача з керамічною насадкою з Т К. Загалом кількість пропущеної всередину ТЗВ енергії в будь-якому діапазоні хвиль швидко зменшується (по експоненті). Випромінювання з довжиною хвилі 0,9…1,5 мкм, яке має найбільшу проникаючу здатність, на глибині 12 мм не перевищує 2 % від падаючого потоку.
Така порівняно незначна кількість енергії, наперший погляд, неповинна спричиняти суттєвого скорочення тривалості випікання, яке спостерігається на практиці.
Сучасна наука не має єдиного пояснення цього феномену. Так, О.Т.Лісовенко пояснює це тим, що теплове випромінювання ініціює інтенсивне пароутворення у підскоринковому шарі, внаслідок чого в зоні випаровування збільшується парціальний тиск пари (експериментально встановлено, що приблизно у 2 – 3 рази. Під дією тиску пара інтенсивно мігрує всередину ТЗВ, де конденсується, віддаючи теплоту глибинним шарам. Звичайно, пара мігрує також назовні, однак у меншій кількості, оскільки скоринка створює додатковий гідравлічний опір.
Скорочення тривалості випікання в умовах ІЧ-обігріву призводить до того, що упікання зменшується на 1..3 % порівняно з традиційним процесом.
Попри переваги ІЧ-способу випікання його промислове застосування до останнього часу було обмеженим. Причинами цього є недостатня надійність і довговічність джерел випромінювання – інфрачервоних цокольних ламп та трубчастих лінійних кварцових випромінювачів, різко нерівномірна концентрація випромінювання, що призводить до нерівномірного опромінення виробів на поду печі, деякі експлуатаційні недоліки тощо. До певної міри ці ж недоліки притаманні й темним
ІЧ-випромінювачам, як газовим, так і електричним (ТЕНам).
В останній час інтенсифікація процесу випікання за рахунок ІЧ-випромінювання набула нового імпульсу. Починаючи з 2003 року в Європі почався випуск хлібопекарських печей, які працюють за технологією STIR (Selected Transformed
Infrared Radiation – селективно трансформоване інфрачервоне випромінювання). У період з 2003 по 2008 рік фірми-виробники поставили на світовий ринок понад
1000 хлібопекарських печей з використанням STIR-технології.
Технічне рішення STIR полягає у тому, що на металеві поверхні нагрівних каналів, обернених до пекарної камери печі, нанесений тонкий шар (20 мкм) спеціальної кераміки (ноу-хау). Головна відмінність кераміки – висока (понад 95 %) і майже незмінна відносна випромінююча здатність (ступінь чорноти) у інтервалі довжини хвиль від 3 до 6 мкм, який відповідає діапазону температур 500 – С (рис.
Тобто на зазначений діапазон довжини хвилі (середня інфрачервона область) припадає понад 95% усієї енергії випромінювання. У той же час, за даними авторів, у сталі на цей діапазон припадає в середньому 40 %, звичайних керамічних матеріалів – 70%.
Порівняльні дослідження у лабораторних умовах звичайного ІЧ-випікання і
STIR, проведені під керівництвом проф. В.А.Брязуна, підтвердили ефективність останньої. Випікали подовий пшеничний хліб масою 0,4 кг у коробі, який зверху і знизу підігрівався ТЕНами. Верхня і нижня стінки короба були виконані із звичайної вуглецевої сталі або мали керамічне покриття. Короб разом з ТЕНами поміщався у теплоізольованій камері. Температуру верхньої і нижньої поверхонь короба підтримували на рівні, необхідному для отримання якісних виробів.
Гігротермічну обробку проводили парою протягом 2 хвилин після початку досліду.
Рис. 7. Випромінювальна здатність кераміки і сталі в залежності від довжини хвилі випромінювання.
Результати порівняльних досліджень показали, що STIR- технологія дійсно призводить до інтенсифікації прогрівання ТЗВ. Перехід тіста ум якуш відбувається майже на дві хвилини раніше, а температура в центрі хліба по закінченню процесу при однаковій тривалості випікання підвищується додатково на С. Однак STIR- випікання призводить водночас до більш раннього утворення верхньої скоринки, яка обтискає ТЗВ. Тому вироби стають більш округлими, а їх об’єм зменшується (в досліді – на 3,8 %). При однаковій тривалості процесу із звичайним ІЧ-випіканням упікання збільшилося лишена, в той час як товщина скоринки – майже у два рази. Забарвлення верхньої скоринки стало більш темним, хоча температура випромінюючої поверхні в обох дослідах змінювалася однаково.
В.А.Брязун пояснює ці феномени збільшенням коефіцієнта теплопровідності тіста- хліба при застосуванні STIR-випікання. На його думку, такий ефект пояснюється додатковим поглинанням селективно трансформованого випромінювання молекулами води у поверхневому шарі, внаслідок чого зростає їх швидкість і частота контактів між собою, що інтенсифікує прогрівання ТЗВ відповідно зо закону Фур’є:
t grad
)
(
q
λ

+
λ

=

,
ЗОВНІШНІЙ ТЕПЛОМАСООБМІН У ПЕКАРНІЙ КАМЕРІ

34
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
де q
означає щільність теплового потоку всередині заготовок при температурному градієнті grad t, Вт/м2; λ – коефіцієнт теплопровідності тіста, м’якуша і скоринки без STIR- впливу, Вт/(мК); Δλ – збільшення цього коефіцієнта за рахунок додаткового поглинання енергії ІЧ-випромінювання.
Збільшення товщини верхньої скоринки під впливом STIR пояснюється зневодненням внаслідок дії термовологопровідності, яка активізує відтік вологи всередину і є пропорційною тепловому потоку. При цьому інтенсивність зовнішнього масообміну змін не зазнає, оскільки залежить, в першу чергу, від термовологісних характеристик середовища пекарної камери, які в зазначених дослідах були однаковими.
Таким чином, STIR- технологія створює подвійний ефект підвищення ефективності прогрівання ТЗВ: по-перше, за рахунок збільшення ступеню чорноти керамічного покриття поверхні активізується зовнішній теплообмін, подруге, і найголовніше, внаслідок впливу на тісто-хліб селективно трансформованого випромінювання збільшується коефіцієнт теплопровідності ТЗВ. Ці обставини дозволяють скоротити тривалість випікання на 10 – 12% порівняно із звичайним процесом
ІЧ-випікання. Порівняно із радіаційно-конвективним і конвективним режимом випікання скорочення процесу при застосуванні STIR може досягати більших значень. Так компанія ІВТ – власник бренду STIR® у рекламних проспектах декларує скорочення тривалості випікання порівняно з конвективним режимом на
40 % – для булочок масою 55 г, на 33 % – для хліба житино-пшеничного масою 1 кг, на 25 % – для батонів пшеничних масою 0,46 кг.
Скорочення тривалості випікання еквівалентне економії енергетичних ресурсів.
Наприклад, за даними компанії ІВТ при випіканні маленьких кексових виробів масою 10 г у звичайній пекарській ярусній шафі питома витрата енергії становить
310 Вт·год/кг (1116 кДж/кг), у камерній печі STIR® – 216 Вт·год/кг (778 кДж/кг), у тунельній печі STIR® – 130 Вт·год/кг (468 кДж/кг). За ліцензією ІВТ на основі STIR® виготовляють обладнання фірми WACHTEL, J4,
WIESHEU та інші (станом на 2010 рік – ще 7 фірм). Печі STIR® поставляються у більшість країн Європи, а також в країни Азії.
ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ
1. До яких негативних наслідків призводить надмірна вентиляція зони ГТО. Які засоби застосовують для мінімізації шкідливого впливу вентиляції зони ГТО. Який вид теплообміну переважає в камері традиційної селянської печі?
4. Як змінюється температура і вологість середовища по довжині зони гігротермічної обробки?
5. Які позитивні і негативні наслідки штучної турбуляризації середовища пекарної камери?

35 6. Хвилі якого діапазону випромінювання проникають у ТЗВ на більшу глибину?
7. За яким законом відбувається зміна інтенсивності теплового потоку випромінюванням всередині ТЗВ?
8. Які переваги від застосування ІЧ-технологій при випіканні?
9. У чому полягає зміст STIR- технології, які позитивні наслідки її застосування?
10. Для яких видів асортименту продукції більш оптимальним є інтенсивний конвективний обігрів, порівняно з радіаційним?
ЗОВНІШНІЙ ТЕПЛОМАСООБМІН У ПЕКАРНІЙ КАМЕРІ

36
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
5.СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОТИ В ПЕКАРНУ КАМЕРУ РЕЦИРКУЛЯЦІЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ
У спеціальній літературі з теорії та практики розрахунку, конструювання, експлуатації печей хлібопекарського та кондитерського виробництв, на наш погляд, недостатньо чітко дані визначення робочого тіла (теплоносія). Тому доцільно, задля уникнення плутанини, врегулювати це питання. Теплоносій є багатокомпонентною газовою сумішшю, проте відповідно до усталеної практики досліджень і теплотехнічних розрахунків цей складний конгломерат газів як правило вважають бінарною сумішшю, компонентами якої є власне продукти згорання і вільне повітря. Відповідно будемо називати продуктами згорання
суміш газів, що утворюються в результаті такого спалювання палива, коли кисень у складі повітря, що подається в топку, повністю реагує внаслідок хімічної реакції окислення. Тобто в продуктах згорання кисень відсутній. Натомість
димовими газами називатимемо бінарну суміш, яка складається з продуктів згорання і повітря безвідносно до способу потрапляння останнього до нагрівної системи.
Рис. 8. Елементарний циклотермічний контур.
Елементарний циклотермічний (рециркуляційний) контур, представлений на рис. 8, являє собою мінімальну кількість взаємопов’язаних елементів, достатню для побудови нагрівної системи та, відповідно, її математичної моделі. Він складається з пальника 1, топкового пристрою, що, в свою чергу, складається, з топкового циліндра 2 та камери змішування 3, підвідного 4 та відвідного 6 газоходів, теплообмінного пристрою 5, вентилятора рециркуляції 7, шибера 8, димової труби 9 та газоходу рециркуляційних газів 10. В сучасних печах у якості теплообмінного пристрою використовуються канали плоскої або трубчастої

37
форми, повністю або частково розміщені в пекарській камері, всередині яких рухаються продукти згорання. Після вентилятора потік димових газів ділиться на дві частини: одна направляється до димової труби і викидається в атмосферу, друга частина іде на рециркуляцію і потрапляє до камери змішування. Шибер 8 для більшої зручності налаштування аеродинамічного режиму може бути замінений двома шиберами, один з яких встановлюється в димовій трубі, а другий – в рециркуляційному газоході. Більшість топкових пристроїв має коаксіальну будову, що дозволяє зменшити температурне навантаження на топковий циліндр завдяки його охолодженню зовні рециркуляційними газами. Основна частина газового тракту знаходиться під тиском, меншим атмосферного (тобто під розрідженням), створюваним вентилятором 7. Шибер 8 дозволяє встановлювати певне значення розрідження в топці (в більшості випадків це 20 – 30 Па) необхідне для найкращого перебігу процесу спалювання палива та утворення факела заданої довжини. У печі, залежно від її продуктивності, може бути один, два, три і більше автономних як правило) контурів обігріву (зазвичай не більше трьох).
Газовий тракт реальної печі має значну протяжність і складається з великої кількості окремих елементів, атому не є абсолютно щільним (газонепроникним), оскільки з технологічних міркувань неможливо обійтися без рознімних з’єднань
(між окремими секціями печі, елементами нагрівної системи). В результаті перепаду тиску між газами у нагрівній системі та оточуючим середовищем місця нещільностей стають вогнищами інфільтрації повітря на ділянці від топки до вентилятора рециркуляції. Таким чином, вміст повітря у димових газах за їх маршрутом на ділянці, що знаходиться під розрідженням, збільшується внаслідок підсмоктування із-зовні. Після вентилятора гази перебувають під надлишковим тиском, тому підсмоктування повітря до димової труби та практично усього рециркуляційного газоходу не відбувається.
Для більшої наочності рис. 9 схематично зображена зміна складу теплоносія у циклотермічному контурі. Димові гази, що рухаються в нагрівній системі, умовно поділено на два потоки, один з яких бере початок від топкового циліндра і спрямовується в атмосферу через димову трубу, а другий (рециркуляційний) рухається по замкнутій траєкторії і залишається всередині системи. Одним із головних параметрів, що визначає роботу циклотермічної нагрівної системи, є коефіцієнт рециркуляції димових газів r, який розраховується як відношення кількості рециркулюючих газів до кількості викидних.
Димові гази є багатокомпонентною сумішшю простих та складних хімічних речовин, однак у нашому випадку, як ішлося вище, їх доцільно розглядати як суміш лише двох компонентів: продуктів згорання та повітря. Наявність повітря у складі димових газів на виході з топкового циліндра пояснюється тим, що для забезпечення умови повного згорання палива витрата повітря, що дозується у пальниковий пристрій, завжди більша, ніж це потрібно для перебігу реакції окислення горючих компонентів палива. На виході з камери змішування потік газів стрибкоподібно збільшується, далі по мірі просування газоходами і каналами
їх кількість більш-менш плавно зростає за рахунок інфільтрації повітря із-зовні. Максимальна витрата газів має місце у вентиляторі рециркуляції. За вентилятором СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОТИ В ПЕКАРНУ КАМЕРУ

38

1   2   3   4   5   6   7   8

скачати

© Усі права захищені
написати до нас