Материальный и энергетический балансы теплового процесса

1. Материальный и энергетический балансы теплового процесса.

Материальный баланс

Материальные балансы. В  основу материальных балансов положен  закон сохранения массы. По этому  закону масса поступающих исходных продуктов в тепловую установку  ∑GH должна быть равна массе конечных, выгружаемых продуктов ∑GK:

∑GH = ∑GK   

В реальных условиях появляются необратимые потери, например потери: при транспортировке массы, при  испарении влаги, за счет газовыделения, за счет того, что химические реакции проходят не до конца, и т. д. Обозначив необратимые потери через ∑Gп, получим уравнение материального баланса в окончательном виде

∑GH = ∑GK+ ∑GП.                                 

Материальный баланс составляют для всего процесса в целом  или для отдельных его частей, по всем компонентам материалов, участвующих  в процессе, или по какому-то одному. Величину, на которую составляют материальный баланс, называют базой баланса. При составлении материальных балансов необходимо учитывать время, например материальный баланс составляют на 1 ч, сут. и т. п. Для периодически работающих установок материальный баланс составляют либо на один цикл работы установки, либо на единицу массы исходных или конечных материалов.

Энергетический  баланс

 Энергетически балансы.  Тепловые процессы в технологии  строительных материалов и изделий  связаны с затратой различных  видов энергии. По закону сохранения энергии количество энергии, введенной в процесс, равно количеству полученному в результате процесса.

Рассмотрим непрерывное  установившееся с одинаковой скоростью  движение материала по тепловой установке-вращающиеся  печи точка а-вход, б-выход.

Единица массы материала, входящего в установку в точке  а, обладает следующими параметрами: внутренней энергией Еа, кинетической энергией (КЕ)а, потенциальной энергией (РЕ)а. На участке аб единице массы материала передается определенное количество тепла Q и в процессе переработки в единице массы материала за счет химических реакций выделяется или поглощается тепловая энергия Qx.

привода Л„. В установке рассеивается тепловая энергия (потери в окружающую среду) Qc. На выходе из установки, в точке б, единица массы материала обладает соответственно параметрами: Ец; (КЕ)(РЕ) б и единица массы материала совершает работу при передвижении из точки а в точку б-Ам .

Тогда по закону сохранения энергии величина энергии может  записаться в виде уравнение энергетического  баланса:   Еа + (КЕ)а + (РЕ)а + Q + Qx+Aп = E6 + (КЕ)б + (PE)6 + Aм + Qc.  где

  Aп – затрачиваемая работа для перемещения единицы массы материала из точки а в точку б.                    

Если пренебречь потенциальной  и кинетической энергией единицы  массы материала, работой, затрачиваемой  на ее перемещение, ее работой и считать, что внутренняя энергия системы  изменяется только за счет нагрева  или охлаждения материала, то получим  уравнение энергетического баланса  в виде ∑Q = 0.

2. Теплогенерирующие устройства использующие теплоту водяного пара.

При обогреве пищевых продуктов  и технологических средств влажным насыщенным паром различают обогрев глухим паром (через разделительную стенку) и острым паром (пар непосредственно контактирует с продуктом). По конструктивному исполнению теплогенерирующие устройства подразделяются на смежные и совмещенные.

При обогреве глухим паром  он подается в греющую камеру рубашечного, трубчатого или змеевикового типа, конденсируется, отдавая теплоту парообразования разделительной стенке, а через нее продукту или технологической среде. Теплогенерирующие устройства тепловых аппаратов состоят из продувочного аппарата греющей камеры, подводящего паропровода с регулирующим вентилем, конденсата провода для отвода конденсата из греющей камеры, конденсационного горшка, регулирующей и защитной арматуры.

При обогреве пищевых продуктов  острым паром греющая камера совмещена  с рабочей камерой. Она состоит  из корпуса с размещенной в  нем камерой, в которую попадает пар, взаимодействующий с продуктом, уложенным на перфорированный противень. Конденсат из камеры стекает в  парогенератор, вода в котором нагревается  ТЭНом.

Для эффективной работы паровых  аппаратов следует удалить воздух из греющей камеры; эта операция осуществляется с помощью пара. 

3. Сковороды. Назначение, классификация, индексация. Устройство, принцип действия, правила эксплуатации.

Сковороды предназначены  для жарки продуктов основным способом, а также пассерования, тушения, припускания. В связи со спецификой процессов жарки продуктов основным способом сковороды должны максимально соответствовать следующим технологическим требованиям: 

температурное поле жарочных поверхностей должно быть равномерным. Максимальная разность температур ( ) на поверхности сковород не должна превышать 50...65 °С;

жарочная поверхность  должна быть тщательно отшлифована и иметь строго горизонтальное расположение;

изменение температуры жарочной поверхности должно происходить в соответствии с меняющимися свойствами продуктов в течение одного цикла жарки;

широкое изменение температуры  на жарочных поверхностях — в пределах 150...250°С. Это позволяет организовывать на них тепловую обработку разнообразных продуктов, требующих различных температурных режимов;

на сковородах допускается  осуществлять только жарку продуктов  основным и комбинированным (тушение, припускание, пассерование) способами и категорически запрещается использовать сковороды для фритюрной жарки продуктов.

Последнее технологическое  требование необходимо рассмотреть  подробнее.

 

                                    

Рис. 1. Схема расположения термопар в сковороде при жарке изделий:

а — во фритюре; б - основным способом: 1 — рабочая поверхность; 2 — жир; 3 — бортовая поверхность: I,II, III, IV, V — точки замера температур при жарке изделий, во фритюре; VI, VII, VIII — точки замера температур при жарке изделий основным способом

 

На рис. 1, а, б показана схема расположения термопар на рабочей и бортовых поверхностях сковороды при жарке изделий.

В таблице 1. приведены значения температур жира рабочей и бортовых поверхностей сковороды в процессе жарки. Из данных таблицы 1 следует, что более высокая температура рабочей поверхности сковороды при жарке во фритюре обусловлена тем, что для нагрева 40 кг жира необходимо значительно больше подвести теплоты, чем для 0,6 кг жира (в случае жарки основным способом), т.е. для нагрева большей массы жира нужны более высокие температуры на жарочной поверхности.

ТАБЛИЦА 1.

Температура рабочей и  бортовых поверхностей сковороды при жарке изделий во фритюре я основным способом

 

Места расположения точек замера температур	Температура при жарке, ºС
	во фритюре	основным способом
I – рабочая поверхность	255	–
II – жир	197	–
III – бортовая поверхность в слое жира	247	–
IV – бортовая поверхность на разделе сред металл – жир – воздух	241	–
V – бортовая поверхность на разделе сред металл – воздух	237	–
VI – рабочая поверхность	–	200
VII – жир	–	170
VIII – бортовая поверхность	–	159

 

Температура бортовых поверхностей в случае жарки во фритюре соответственно равна 247, 241, 237 °С (точки III, IV, V), а в случае жарки основным способом — 159 °С (точка VIII). Анализ этих данных позволяет отметить, что при жарке во фритюре бортовые поверхности, омываемые жиром, площадь которых приблизительно равна площади рабочей поверхности, имеют температуру выше температуры жира на 44...50°С. Такое различие температур в течение всего процесса жарки приводит к перегреву массы жира, способствует быстрому темпу его нежелательных изменений и в конечном счете к их порче и вредному воздействию на организм человека. Особую опасность на перегрев жира оказывает так называемая бортовая полоса — площадь бортовых поверхностей (рис. 1, а) над уровнем жира на высоту до 20 мм. Здесь перегрев жира составляет 40 °С. Эта поверхность, имея температуру выше температуры жира на 40 °С, в процессе жарки постоянно омывается тонкой пленкой жира (при загрузке и выгрузке продукта уровень жира поднимается и опускается) и интенсивно окисляется кислородом воздуха. Визуально этот процесс можно наблюдать при жарке по интенсивному дымообразованию и образованию пленки олифизировавшегося жира. В случае жарки основным способом перегрев на бортовой полосе составляет 11 °С. Площадь бортовой поверхности здесь в сотни раз меньше, чем при жарке во фритюре, и жир уносится изделиями максимум через 2— 3 цикла жарки, поэтому нежелательных изменений жира не происходит. Приведенные данные убедительно подтверждают требование к конструкциям сковород о нецелесообразности их использования для жарки во фритюре.

Классификация и  конструктивные особенности сковород. По способу обогрева жарочной поверхности и виду энергоносителей различают сковороды с непосредственным и косвенным обогревом, электрические и газовые (рис. 2, а — г). В настоящее время промышленность выпускает электрические сковороды только с непосредственным обогревом — это сковороды секционные модулированные СЭСМ-0,2, СЭСМ-0,5. Кроме того, в эксплуатации имеются сковороды СНЭ-0,2 и СНЭ-0,5. Разработаны и начали выпускаться новые конструкции сковород СЭ-0,45 (СЭ-0,45-0,1) и СЭ-0,22 (СЭ-0,22-01), предназначенные для использования функциональных емкостей.

Эти сковороды являются аппаратами с непосредственным обогревом. Техническая характеристика сковород приведена в табл. 2.

 

 

Рис. 2.  Принципиальные схемы  устройства  сковород:

а — с непосредственным обогревом электрическая; б —  с непосредственным обогревом газовая; в — с косвенным обогревом   электрическая; г — с косвенным  обогревом газовая:    1 —  станина;     2 — загрузочная  чаша; 3 — крышка; 4 — электронагревательный  элемент; 5 — газовая горелка; 6 —  патрубок для отвода продуктов сгорания; 7 — камера сгорания; 8 — корпус; 9 — рубашка с промежуточным  теплоносителем

 

ТАБЛИЦА 2

Техническая характеристика сковород

Показатели	Единица измерения	СЭСМ – 00,2	СЭСМ – 0,5	СЭ – 0,22 (СЭ –  0,22 - 01)	СЭ – 0,45 (СЭ –  0,45 - 01)	СГСМ – 0,5	АТЭ – 1,1
Площадь торцовой       поверхности	м2	0,2	0,45	0,22	0,45	0,5	1,1
Полезная  вместимость     чаши	л	30	80	25	90	90	300
Номинальная мощность	кВт	6,0	12,0	5,0	11,5	–	45,5
Расход  газа	м3/ч	–	–	–	–	2,85	–
Напряжение	В		3~120   или  3N~380				380
Продолжительность     разогрева до  рабочей        температуры	ч	0,3	0,41	0,6	0,6	0,5	0,1
Габариты:
длина	мм	1050	1470	500	1200	1470	11910
ширина	мм	840	840	800	800	840	1490
высота	мм	880	860	330(850)1	430(850)1	–	–
Масса	кг	185	275	100(120)1	220(250)1	–	–