Проект КПЭ с трубчатыми нагревательными элементами

Курсовой проект по дисциплине:
«Оборудование предприятий общественного питания»
...

Введение 4
1 Аналитический обзор 5
1.1 Технологические требования 5
1.2 Обзор технических характеристик серийно выпускаемых аппаратов 10
2 Конструкторский раздел 16
2.1 Описание проектируемого аппарата 16
2.2 Тепловой расчет аппарата 21
2.2.1 Исходные данные 21
2.2.2 Тепловой баланс проектируемого аппарата 22
2.2.3 Определение расхода энергоносителя 27
2.2.4 Расчет теплогенерирующего устройства 27
2.2.5 Расчет тепловой изоляции 32
3 Эксплуатационно-экономический раздел 34
3.1 Требования к эксплуатации аппаратов 34
3.1.1Установка и монтаж аппарата 34
3.1.2 Эксплуатация и уход 35
3.1.3 Техника безопасности 36
3.1.4 Санитарные требования 37
3.2 Технико-экономические показатели аппарата 38
3.2.1 Определение стоимости тепла. 38
3.2.2 Удельные характеристики и др. 38
Выводы 41
Список использованной литературы 42

Важнейшими показателями современного научно-технического прогресса в области торгово-технологического оборудования являются интенсификация осуществляемых технологических процессов, рост единичной мощности и производительности аппаратов, машин, агрегатов и тесно связанное с ним развитие технических средств контроля и систем управления.
Правильный выбор и эффективная эксплуатация технологического оборудования позволяют повысить уровень обслуживания клиентов предприятий общественного питания, интенсифицировать труд обслуживающего персонала, снизить затраты физического труда, уменьшить потери сырья и удельные расходы энергии.
В итоге это приводит к снижению себестоимости продукции при стабильно высоком ее качестве и одновременно дает возможность создать компактные производственные и торговые предприятия, цехи и участки с рациональной организацией труда работников. Кроме отечественного оборудования на российском рынке широко представлены и зарубежные машины и аппараты.
В представленном курсовом проекте освещаются вопросы, связанные с назначением, классификацией, устройством, особенностями эксплуатации, а также принципами расчета и конструирования оборудования.
Целью работы является проектирование электрического пищеварочного котла с вместимостью варочного сосуда 100 дм³.
Для реализации цели необходимо решить задачи:
- проанализировать существующие конструкции пищеварочных котлов;
- описать проектируемый котел;
- выполнить теплотехнический расчет парового пищеварочного котла емкостью 100 дм³;
- определить геометрические характеристики электрического пищеварочного котла;
- выполнить графическую часть.

Внутри левой тумбы находится выдвижная панель с электроаппаратурой, от которой через левую полую цапфу отводятся провода к нагревательным элементам и датчику реле температуры.Рис. 3 Котел пищеварочный КПЭСМ – 60:1 – сосуд варочный; 2 – манометр; 3 – рубашка пароводяная; 4 – предохранительный клапан; 5 – пово – ротный механизм; 6 – тэнПищеварочный электрический секционный модулированный котел (рис. 3), предназначенный для приготовления первых, вторых и третьих блюд, а также соусов. Он может использоваться на предприятиях общественного питания как отдельно стоящий аппарат или в составе технологических линий.Котел представляет собой, заключенный в прямоугольный корпус варочный сосуд из нержавеющей стали, установленный на двух тумбах. В верхней части сосуд переходит в прямоугольный стол с желобом для слива жидкости. На столе в стойках крепится откидная крышка котла.С внешней стороны к варочному сосуду приварен стальной кожух со съемным дном, в котором вмонтированы три тэна и электрод защиты от «сухого хода». Пространство между варочным сосудом и кожухом заполнено водой и паром, образует пароводяную рубашку. Рубашка заполняется водой через наливную воронку, установленную на правой тумбе котла. Для проверки наличия воды в пароводяной рубашке котел имеет контрольный кран. На левой тумбе котла смонтирован смеситель для холодной и горячей воды, заливаемой в варочный сосуд.Кожух варочного сосуда покрыт теплоизоляционным материалом. Корпус котла изготовлен из стальных листов, покрытых белой эмалью. Котел оснащен электроконтактным манометром, обеспечивающим заданный режим варки, и предохранительным клапаном, смонтированным на правой тумбе. Тумбы имеют бескаркасную конструкцию: к сварной раме, установленной на регулируемых по высоте ножках, крепятся стальные, покрытые белой эмалью облицовки, накрываемые сверху, листом из нержавеющей стали. Внутри тумб смонтированы чугунные кронштейны, на которые с помощью пустотелых цапф устанавливается котел. В правой тумбе размещен поворотный механизм, посредством которого котел наклоняется вперед для слива содержимого и назад, обеспечивая доступ к тэнам. В левой тумбе размещена панель с электроаппаратурой. Рис. 4 - Внешний вид котла КПЭ – 160, КПЭ – 250По внешнему виду (рис. 4), конструкции, электрической схеме (различаются только мощностью тэнов) котел КПЭ-160 не отличается от котла КПЭ-100, различны лишь установочные размеры котла и станции управления. Монтаж котла КПЭ-160 осуществляется аналогично монтажу котла КПЭ – 100.Конструктивно котлы КЭ – 100, КЭ – 160, КЭ – 250 выполнены аналогично и различаются лишь длиной варочного сосуда. Котлы предназначены для приготовления бульонов, овощей, гарниров с использованием функциональных емкостей, а также для приготовления первых блюд, напитков и кипячения молока на предприятиях общественного питания. Котлы КЭ имеют номинальную вместимость варочного сосуда 100, 160 и 250 дм3.Конструкторский разделОписание проектируемого аппаратаРис. 5 –Котел пищеварочный КПЭ – 100:1 – парогенератор; 2 – постамент; 3 – Кран уровня; 4 – кран сливной; 5 – облицовка; 6 – корпус котла; 7 – варочный сосуд; 8 – электроконтактный манометр; 9 – клапан – турбинка; 10 – крышка; 11 – накидной винт 12 – заливная воронка; 13 – предохранительный клапан; 14 – противовес;15 – трубопроводыЭто стационарный котел (рис. 5), который состоит из варочного сосуда, выполненного из нержавеющей стали, наружного корпуса из листовой конструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой. В пространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляции.К нижней части наружного корпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельном щитке смонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов). Герметичность достигается за счет установки паронитовой прокладки между фланцем корпуса парогенератора и щитком.Варочный сосуд закрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустенной крышкой, уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными винтами. Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеется сливной кран с сеткой.Рядом с котлом на стене устанавливается станция управления, которая представляет собой металлический ящик, внутри которою размещены клеммный щиток, два магнитных пускателя, кнопки «Пуск» и «Стоп», сигнальные лампы, реле, плавкие предохранители, переключатель режима работы котла, тумблеры с надписью «Автоматическая работа» и «Разогрев».Клеммный щиток служит для соединения всех приборов станции управления к электросети. Магнитные пускатели и кнопки включают и выключают тены котла, а плавкие предохранители защищают электрические цепи от короткого замыкания. Сигнальные лампы служат для контроля подключения котла к электросети и режим его работы. С помощью тумблеров включают требуемый режим работы котла.Пищеварочный котел представляет собой двустенный варочный сосуд, расположенный в корпусе, который покрыт кожухом, изготовленным из листов эмалированной стали. Пространство между наружным корпусом и кожухом заполнено тепловой изоляцией. В нижней части наружного котла смонтирован парогенератор. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным котлом служит пароводяной рубашкой котла. К дну наружного корпуса приварена стальная коробка прямоугольной формы – парогенератор, внутри которого находятся 6 тэнов, кран уровня воды и электрод защиты «сухого хода». На трубопроводах, соединенных с паровой рубашкой, установлены воздушный клапан и контрольно-измерительная и предохранительная арматура – двойной предохранительный клапан, электроконтактный манометр, наполнительная воронка. Для слива содержимого из варочного сосуда предусмотрен сливной кран. Уровень воды в парогенераторе контролируется с помощью крана уровня.В рабочей камере производится тепловая обработка пищевых продуктов. По форме это цилиндрический сосуд или прямоугольная камера.Рабочая камера обычно закрывается дверцей (крышкой), которая устанавливается сверху.Различают пищеварочные котлы с неподвижной рабочей камерой и с опрокидывающейся. Стенки рабочей камеры изготовляются из нержавеющей стали, алюминия, чугуна.В греющем устройстве происходит превращение различных видов энергии в тепловую и передача ее стенкам рабочей камеры. Греющее устройство может быть различным в зависимости от источника тепла – у электропищеварочных котлов – парогенератор, в котором расположены электронагревательные элементы. Греющее устройство совмещается с рабочей камерой.Корпус – это основная часть аппарата, на которой монтируются все остальные узлы и детали; изготовляется он различной формы в виде каркаса из уголковой стали.Теплоизоляция служит для уменьшения потерь тепла аппаратом в окружающую среду и для предохранения обслуживающего персонала от ожогов.Кожух предохраняет изоляцию от разрушения и придает аппарату хороший внешний вид.Аппарат устанавливается на основание, выполненное чаще всего в виде отливки из чугуна различной формы или каркаса из уголковой стали. Сейчас выпускают аппараты, установленные на ножки.Пуск, остановка, контроль за работой аппарата, регулирование его теплового режима и обеспечение безопасности обслуживающего персонала осуществляются с помощью контрольно-измерительных приборов и арматуры.Арматура пищеварочных котлов. Пищеварочные котлы с косвенным обогревом снабжены контрольно-измерительной и предохранительной арматурой. На котлах устанавливают: манометр, кран уровня, наполнительную воронку, продувочный кран, двойной предохранительный клапан.Электроконтактный манометр предназначен для измерения в процессе работы давления в паровой рубашке котла с помощью него автоматически поддерживается уровень давления в рубашке котла и осуществляется управление тепловым режимом. В электроконтактном манометре имеются три стрелки: одна подвижная, показывающая давление, и две неподвижные, перемещаемые вручную с помощью специального ключа. Неподвижными стрелками перед началом работы котла устанавливают верхний и нижний уровни давления в рубашке. Стрелки электроконтактного манометра включены в электрическую цепь управления котла.При включении котла давление пара в его рубашке начинает возрастать. При достижении верхнего заданного уровня давления подвижная стрелка совпадает с неподвижной, с помощью которой задан верхний предел давления, при этом замыкаются их контакты и котел автоматически переключается на 1/6 или 1/9 мощности (режим тихого кипения). Давление в паровой рубашке начинает падать. При совпадении подвижной стрелки с нижней неподвижной стрелкой замыкаются их контакты и котел вновь переключается на максимальную мощность. Таким образом давление в рубашке котла автоматически поддерживается между верхним и нижним пределами давления. При этом тепловой режим котла также автоматически регулируется.Двойной предохранительный клапан состоит из двух клапанов – парового и вакуумного, расположенных в общем корпусе. Паровой клапан помещается в верхней части корпуса и прижимается к седлу грузом. При повышении давления в греющей рубашке сверх допустимой величины (150 кПа) пар, преодолевая массу груза, приподнимает клапан над седлом и начинает выходить в атмосферу. Вакуумный клапан помещается в нижней части корпуса в гнезде. Он открывается под давлением наружного воздуха, когда в рубашке образуется вакуум (давление, становится ниже атмосферного). Воздух, проникая через открытый клапан в рубашку, выравнивает давление. Вакуум в рубашке образуется при охлаждении котла в результате конденсации пара, поскольку удельный объем последнего больше удельного объема воды (конденсата). В процессе эксплуатации паровой клапан может прикипеть к седлу и в нужный момент не сработать. Во избежание этого в новых конструкциях двойных предохранительных клапанов предусмотрен рычаг подрыва, с помощью которого клапан следует периодически поднимать над седлом. В. Этой конструкции имеется также воздушный клапан, который служит для выпускания воздуха из пароводяной рубашки котла в период его разогрева. Этот клапан закрывается и открывается вручную поворотом рукоятки-барашка.Наполнительная воронка предназначена для заполнения парогенератора водой и выпуска воздуха из пароводяной рубашки в начальный период работы котла (если предохранительный клапан не имеет воздушного клапана). Наполнительная воронка снабжена запорным краном, фильтрующей сеткой и крышкой.Кран уровня размещается в пароводяной рубашке котла на линии предельно допустимого уровня воды. Служит для контроля количества воды в парогенераторе.Тепловой расчет аппаратаИсходные данныеТаблица 1- Исходные данныеНаименование исходных данныхРазмерностьЗначениеВместимостьВарочногососудадм3дм100Форма-ЦилиндрическаяДиаметрмм600Высотамм432Ширина щели греющей полости рубашкимм20ДиаметрКожухамм775Длинамм-Высотамм480ДиаметрПостаментамм600Высотамм390Высота шейкимм60Толщина стенкикрышкимм2,5варочного сосудамм3,0наружного котламм3,0кожухамм1,0Максимальное давлениеВ пароводяной рубашкекН/м²140В варочном сосудекН/м²102Напряжение электрической сетиВ3~200 или N3~380Начальная температураНагреваемой среды°С°С2095Конечная температураВид-ПринимаетсясамостоятельноВремя разогрева котламинВыбирается самостоятельноНачальнаятемператураПромежуточного теплоносителя°С10Конечная температура°СОпределяется по давлению паpa в рубашкеКоличествоПромежуточного теплоносителякгВыбирается самостоятельноВидТепловой баланс проектируемого аппаратаТаблица 2- Уравнения теплового балансаВид энергоносителяРежим работы аппаратанестационарныйстационарныйЭлектричество, парQ = Q1+Q5+Q6Q = Q'1+Q'5Количество полезно используемого тепла Q1, пошедшее на нагревание продукта или жидкости в рабочей камере аппарата при соответствующем режиме работы, определяется по формуле: (1)где С - удельная теплоемкость жидкости, заливаемой в рабочую камеру аппарата, кДж/кг·град; W – масса заливаемой в рабочую камеру аппарата жидкости, кг; (tk – tн) - разность между начальной и конечной температурой жидкости, заливаемой в рабочую камеру аппарата, град; Z - сумма полезно используемого тепла, израсходованного на нагревание продуктов; n - количество продуктов в рабочей камере аппарата; Сi - удельная теплоемкость для i – того продукта или частей изделия (корочка, мякиш и т.д.), кДж/кг·град; - разность между конечной и начальной температурами, град.Масса продуктов и жидкости для указанного в курсовом задании блюда определяется по сборнику рецептур [19].Начальная температура продукта принимается в зависимости от условий хранения его до закладки в рабочую камеру аппарата.Теплоемкость продуктов принимается из приложения 3 [27] или определяется по формуле: (2)где а - влажность продуктов, %; Сс·в _ теплоемкость сухого вещества продукта (Сс.в = 1,25 : 1,67 , кДж/ кДж/кг·град.Расход тепла на испарение жидкости при соответствующем режиме тепловой обработки продукта определяется по формулам 3 и 4: (3) (4)где r - скрытая теплота парообразования, кДж/кг (Приложение 5) [27]; W - масса испарившейся жидкости, кг (определяется по уравнению материального баланса технологического процесса варки) [1, с. 7; 5, с. 7].Нестационарный режим: (5) Полезная теплота для стационарного режима определяется по формуле:где r при атмосферном давлении. (6) Потери теплоты ограждениями котла в окружающую среду определяются для нестационарного и стационарного режимов работы по формулам (7) и (8) соответственно: ; (7) , (8) где - соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь и температура I-того элемента поверхности аппарата, Вт/(м²·°С), м², °С; - время работы аппарата, с.Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндра по выражению: (9)Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяется приблизительно как площадь круга: (10)Начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха в помещении:Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан соответственно для стационарного и нестационарного режимов, при этом средняя температура i-того элемента ограждения за период разогрева определяется как среднеарифметическая начальной и конечной : ;;где где Потери теплоты дном котла незначительны, и ими можно пренебречь. Потери на разогрев конструкции: (11) Расход производится с помощью таблицы 2.Потери теплоты на разогрев постамента не учитываются из-за их незначительной величины.Таблица 2 – Вспомогательные величины для расчетаОсновные элементыФормула для определения объемаОбъем МатериалПлотность ρ,кг/ м³Масса , кгКонечная температура , °СТеплоемкость материала сi, Дж/(кг°С)Варочный сосудСтальнержавеющая780025,65462Крышка и горизонтальная боковая поверхностьТо же78009,19462Наружный котел с парогенератором электрического котлаСтальуглеродистая780033,91462Теплоизоляционная конструкцияАльфоль гофрирован-ная201,1992Кожух котлаСтальуглеродистая780016,51462Вода в парогенератореВода100016,004187Каркас и арматураТаблица–Сталь углеродистая780069,8462Определение расхода энергоносителяМощность определяется по формулам 12 и 13: (12) (13) где ,' - время работы аппарата, ч.Результаты расчета теплового баланса проектируемого аппарата сводятся в табл. 3.Таблица 3- Сводная таблица теплового балансаСтатья теплового балансаКоличество тепла (МДж) при режиме работы аппаратанестационарномстационарномQ125,751,85Q51,654,21Q611Расчет теплогенерирующего устройстваИсходные данные для расчета нагревательных элементовДля расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности Р, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки и поверхности спирали Wn. Суммарную мощность ТЭНов, установленных в аппарате и их количество определяем из технической характеристики аппарата.В пищеварочном котле КПЭ-100 смонтировано шесть трубчатых электронагревателей (тэнов).Мощность ТЭНа Р, Вт, определяем из соотношения: (14) где ΣΡ - суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт; n - количество ТЭНов, шт.Напряжение электрической сети U, В, определяем из технической характеристики аппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть.Принимаем и .Исходные данные сводим в таблицу (см. таблицу 4).Таблица 4 - Исходные данные для расчета ТЭНаНаименование показателяЗначение показателяСуммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, ΣΡ, Вт12,86Количество ТЭНов в аппарате, n, шт.6Единичная мощность ТЭНа Р, Вт2,14Напряжение электрической сети, U, В 200Вид среды, в которой работает ТЭНводаУдельная нагрузка на поверхности трубки wt, Вт/м2Удельная нагрузка на поверхности спирали Wn, Вт/м2 Расчетная схема.Эскиз ТЭНа с указанием расчетных параметров показан на рис. 6.Рис. 6 – Схема к расчету ТЭНаа - параметры трубки; б - параметры спирали.Порядок расчетаРасчет ТЭНа выполняем в три этапа:- определение размеров трубки;- расчет размеров проволоки;- нахождение размеров спирали. Определяем длину активной части трубки ТЭНа la, м, по формуле (15)где DТ – диаметр трубки ТЭНа. Диаметр трубки принимают в пределах DТ = 0,006.. .0,016 м.Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки , м, из соотношения: (16) где γ – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, γ=1,15.Находим полную развернутую длину трубки после опрессовки LТ, м, по формуле: (17)где LП - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м (=5см).