Расчет обжарочной печи
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
Практическое занятие: Расчет обжарочной печи
Цель работы: знакомство с классификацией обжарочных печей, изучение их устройства и принципа действия; приобретение практических навыков по расчету обжарочных печей.
1. Теоретические сведения
Овощи обжаривают в специальных аппаратах, в которых промежуточным теплоносителем, контактирующим с продуктом, является растительный или животный жир.
В свою очередь жир разогревается паром. Обработка ведется при сравнительно высокой температуре 120 ... 160 С.
В продукте под действием теплоты протекает ряд связанных между собой физических и физико-химических процессов, в результате чего происходят выделение и удаление части влаги, впитывание масла, объемная усадка продукта, выделение газов, повышение давления внутри образцов, увеличение пористости, а также изменение плотности и теплоемкости продукта.
Скорость протекающих в продукте процессов зависит от формы и размера кусочков продукта, температуры масла, условий теплообмена между маслом и продуктом и других факторов.
Процесс обжаривания можно разделить на два периода тепло- и массообмена.
В первый период температура в продукте постепенно повышается от поверхностных слоев к центральным до 96 ... 99 С. В этот период влага движется как наружу в виде пара и жидкости, так и к центру в виде жидкости. Скорость удаления влаги в первый период постоянна, но величина ее зависит от условий теплообмена.
Во второй период температура в каждом слое образца остается некоторое время постоянной и равной 96 ... 99С; затем при достижении влагосодержания в продукте 200 ... 300 % к абсолютно сухому веществу (начиная с наружного слоя) температура постепенно повышается, приближаясь к температуре масла. В этот период происходят химические процессы, в результате которых образуются вещества, характеризующие вкус и запах обжаренного продукта.
При обжаривании овощей удаляется главным образом свободная влага, выделившаяся из клеток после их плазмолиза под действием высокой температуры.
Максимальное количество влаги (примерно 30 ... 35 % общей массы влаги) удаляется в первый период, т. е. в период нагревания кусочков продукта.
Удаление из продукта влаги наружу происходит в основном под действием градиента общего давления. При этом в первый период обжаривания движение влаги наружу несколько тормозится из-за движения части жидкости к центру образца под действием градиента температуры. С повышением температуры масла скорость удаления влаги из овощей увеличивается.
Паромасляная эмульсия, образующаяся в результате испарения влаги из продукта, имеет тенденцию перемещаться со значительной скоростью к поверхности зеркала масла. Благодаря разности плотностей эмульсии в сетке и масла в межсеточных пространствах эта тенденция усиливается.
По достижении пузырьками пара верхнего уровня масла они прорываются в атмосферу. Масло, температура которого меньше, чем в нижних слоях, движется между сетками вниз к нагревательной камере.
Таким образом, за счет конвективных токов и движения паромасляной эмульсии в печи создаются высокие скорости движения масла. Благодаря этому вблизи поверхности нагрева возникает турбулентный гидродинамический режим.
В первый период обжаривания интенсивность теплообмена определяется коэффициентом теплоотдачи от масла к продукту путем конвекции.
Во второй период из-за образовавшейся корочки, имеющей на поверхности температуру, близкую к температуре масла, интенсивность теплообмена определяется уже коэффициентом теплопроводности корочки и ее толщиной, т. к. теплота передается в толщу продукта главным образом путем теплопроводности.
При установившемся режиме работы обжарочного аппарата количество теплоты, воспринятое маслом от греющего пара, равно количеству теплоты, затраченному на весь процесс обжаривания и потери.
В начале печи, где происходит загрузка холодного свежего продукта, теплота воспринимается продуктом интенсивнее, чем в конце печи. Равновесная температура масла по длине печи неодинакова. Теплопоток от масла к продукту зависит от физического состояния последнего.
В первый период коэффициент теплоотдачи определяется конвекцией, во второй период в связи с образованием поджаренной корочки на поверхности продукта интенсивность теплообмена - коэффициентом теплопроводности корочки и ее толщиной.
При равновесии процесса, когда теплота, поступившая от пара к маслу, равна теплоте, отданной маслом продукту, интенсивность теплообмена можно описать следующими зависимостями:
для первого периода
; (1.1)
для второго периода
, (1.2)
где коэффициент теплопередачи, Вт/(м2•С);
площадь поверхности нагрева, м2;
продолжительность теплообмена, с;
и соответственно температуры пара и масла, С;
доля теплоты, воспринятая продуктом ( = 0,6 ...0,7);
коэффициент теплоотдачи от масла к продукту, Вт/(м2•С);
Fnp - площадь поверхности продукта, соприкасающаяся с маслом, м2;
температура поверхности продукта, С;
коэффициент теплопроводности корочки продукта, Вт/(м2•С);
толщина корочки продукта, м;
температура испарения влаги в продукте, С ( 100 С).
Анализ уравнений (1.1) и (1.2) показывает, что скорость движения масла