Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние техники формования и выпечки национальных сортов хлеба
1.1. Формующие устройства для тонкослойных изделий из теста 12
1.2. Печи для выпечки национальных сортов хлеба 18
1.3. Применение инфракрасного излучения для выпечки хлеба 29
1.4. Цель и задачи исследований 36
Глава 2. Методики и техника экспершшжального исследования процесса выпечки и физических характеристик тонкого армянского лаваша гри ик-йнергоподводе . 38
2.1. Методики определения теплофизических и термо-радиационных характеристик тонкого армянского лаваша 38
2.2. Экспериментальная лабораторная установка для изучения процесса выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе 42
2.3. Методики приготовления теста, определения температуры, влажности и качества тонкого армянского лаваша в процессе выпечки 46
2.4. Методика обработки результатов экспериментов. 49 Выводы по главе 2 50
Глава 3. Экспериментальное исследование тешшизических, терморадиационшх и оптических характеристик тонкого армянского лаваша 51
3.1. Теплофизические характеристики тонкого армянс кого лаваша 51
3.2. Спектральные терморадиационные и оптические характеристики тонкого армянского лаваша 55
3.3, Интегральные герморадиационные и оптические характеристики тонкого армянского лаваша 63
Выводы по главе 3 64
Глава 4. Аналитическое ошсание процессов переноса энергии ик-излучения и тешюпереноса при выпечке тонкого армянского лаваша 70
4.1. Перенос энергии спектрального и интегрального ИК-излучения в лаваше при двухстороннем ИК-облучении в процессе формования и выпечки 70
4.2. Выбор рационального режима работы ИК-излучателя типа КГТ и оценка эффективности его работы в процессе выпечки лаваша 90
4.3. Теплоперенос при выпечке тонкого армянского лаваша с использованием двухстороннего ИК-энерго-подвода 98
Выводы по главе 4 104
Глава 5. Исследование процесса выпечки тонкого аріушнского лаваша при двухстороннем инфракрасном облучении . 106
5.1. Планирование эксперимента и определение рациональных режимов выпечки тонкого армянского лаваша 106
5.2. Экспериментальное исследование кинетики прогрева слоя лаваша, массопереноса и убыли влаги в непрерывном процессе формования и выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-облучении 128
5.2.1. Кинетика прогрева слоя лаваша в процессе выпечки 131
5.2.2. Кинетика массопереноса и убыли влаги в процессе выпечки лаваша 142
Выводы по главе 5 150
Глава 6. Практическая реализация результатов исследований . 152
6.1. Практические рекомендации по выбору рациональных режимов процесса выпечки лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе 152
6.2. Расчет полей облученности в установке с инфракрасным энергоподводом для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша 157
6.3. Принципиальная схема и методика инженерного расчета экспериментальной установки с инфракрасным энергоподводом для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша 167
6.4. Оценка экономической эффективности непрерывного процесса формования и выпечки тонкого армянского лаваша в установке с инфракрасным энергоподводом 185
Выводы по главе 6 187
Список литературы
- Печи для выпечки национальных сортов хлеба
- Экспериментальная лабораторная установка для изучения процесса выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе
- Интегральные герморадиационные и оптические характеристики тонкого армянского лаваша
- Выбор рационального режима работы ИК-излучателя типа КГТ и оценка эффективности его работы в процессе выпечки лаваша
Введение к работе
В соответствии с комплексной программой развития системы хлебопродуктов "Хлеб России" предусматривается увеличение производства и повышение качества хлебопродуктов. Намечается в период I99I-I995 гг. ввести мощности на 9,6 тыс.т хлебобулочных изделий. Главным в ней является приоритетное развитие малых предприятий. В хлебопечении это строительство пекарен небольшой мощности, позволяющих решить проблему реализации хлебобулочных изделий в свежем виде и улучшения ассортимента. Пекарни небольшой мощности находят все большее распространение в последнее время и более всего подходят для ввода новых рыночных отношений. Рынок постепенно входит в нашу жизнь и отрасль хлебопродуктов не является исключением. На первом этапе предусмотрено разгосударствлевание и приватизация предприятий /119, 174/. Реализация рыночных принципов хозяйствования означает прежде всего необходимость прямой зависимости финансовых результатов (доходов, прибыли) от объемов реализуемой продукции /94/. При производстве хлеба в мини пекарнях,свежий хлеб после выпечки сразу же поступает в продажу,в этом случае отсутствуют затраты на хранение готовой продукции, снимаются проблемы своевременного обеспечения жителей данного жилого района высококачественной хлебобулочной продукцией. Практически исчезает возврат черствого хлеба. Транспортные расходы на перевозку готовых изделий в 1,5-2,9 раза выше, чем на перевозку сырья для их производства. Срок окупаемости мини пекарен значительно меньше, чем у крупных предприятий /122/.
Одним из путей повышения эффективности использования ресурсов - организация промышленного производства. Наиболее эффективной формой организации производства является создание небольших предприятий /112/.
На подавляющем большинстве хлебозаводов основные производственные фонды обновлялись крайне недостаточно. Нормативные сроки службы отдельных видов технологического оборудования превышают в 3-4 раза /78/. Хлебопекарная промышленность в целом характеризуется весьма невысокой степенью механизации (30%). Удельный вес прогрессивного оборудования составляет 32%, причем на оборудование, технико-экономические показатели которого находятся на уровне мировых достижений, приходится 5%. Основным направлением научно-технического прогресса в хлебопекарной промышленности является механизация и автоматизация производственных процессов /74, 119, 158/.
В настоящее время особое внимание уделяется вопросам механизации технологических процессов производства и улучшения качества национальных сортов хлеба.
Для небольших хлебопекарных предприятий требуется создание компактных механизированных с большой единичной мощностью установок для производства национальных сортов хлеба.
Одним из древнейших видов национальных хлебобулочных изделий является тонкий армянский лаваш. Его популярность выходит далеко за пределы республики Армения. Тонкий армянский лаваш обладает неограниченным сроком хранения, практически безотходен.
В настоящее время из-за отсутствия современного технологического оборудования, спрос на тонкий армянский лаваш в республике Армения удовлетворяется на 40-50%. Существующее оборудование не позволяет получать лаваш,по качеству не уступающий лавашу, выпеченному традиционным способом в кустарных печах - тандырах. Лаваш, выпеченный в тандыре, имеет меньшую толщину, влажность, лучшую пропеченность и состояние поверхности и т.д. Поэтому до настоящего времени значительное количество тонкого армянского лаваша
выпекается в кустарных тандырах, где практически отсутствует механизация как в процессе формования тестовых заготовок, так и в процессе выпечки готового лаваша. Труд в таких торнях очень трудоемок, малоэффективен и выполняется полностью вручную, что влияет на качество готового лаваша в зависимости от торни, где он приготовлен.
Обеспечить более полное удовлетворение спроса на тонкий армянский лаваш как внутри республики Армения, так и за пределами, можно лишь решая комплексную задачу по разработке современной технологии и техники приготовления тонкого армянского лаваша.
Таким образом, создание новых перспективных технологий и техники для производства национальных сортов хлебобулочных изделий, в частности тонкого армянского лаваша, на основе всесторонних теоретических и экспериментальных исследованиях, является актуальной задачей.
Целью работы является установление закономерностей и совершенствование непрерывного процесса формования и выпечки тонкого армянского лаваша в вертикальной печи с инфракрасным энергоподводом, обоснование рациональных режимов выпечки лаваша и выдача практических рекомендаций по их реализации и по созданию ИК-уста-новки.
Изучение процесса формования тестовой заготовки тонкого армянского лаваша не являлось целью данной работы. Целью работы являлась подготовка к выпечке тестовой заготовки заданной толщины.
В соответствии с поставленной целью, в работе решались следующие задачи:
выбор оптимального способа калибровки тестовой заготовки перед выпечкой;
определение теплофизических, терморадиационных и оптических
характеристик тестовой заготовки и готового лаваша;
исследование закономерностей переноса энергии ИК-излучения и тепломассопереноса в слое тонкого армянского лаваша;
выбор рационального режима работы ИК-излучателя типа КГТ и оценка эффективности его работы в процессе выпечки лаваша;
получение аналитического описания процесса нагрева тестовой заготовки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе;
изучение процесса выпечки и определение рациональных режимов формования и выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе;
расчет полей энергетического облучения на поверхности выпекаемого тонкого армянского лаваша;
выдача практических рекомендаций по реализации способа выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподво-де;
изготовление лабораторной ИК-печи и экспериментальной ИК-установки для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша.
В работе описаны лабораторная и экспериментальная ИК-установ-ка для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша, методики и техника экспериментальных исследований процесса выпечки лаваша, методики определения теплофизических,терморадиационных и оптических характеристик теста и готового лаваша, методика измерения температуры и влажности в процессе формования и выпечки лаваша при двухстороннем ИК-облучении, методика выбора рационального режима работы ИК-генератора типа КГТ и оценки эффективности его работы в процессе выпечки лаваша, методики расчета полей облучения на поверхности выпекаемого лаваша в ИК-установке
и инженерного расчета ИК-установки для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша.
Научная новизна диссертационной работы. Определены тепло-физические, терморадиационные и оптические характеристики тестовой заготовки и готового тонкого армянского лаваша. Выявлен рациональный режим работы ИК-генераторов в процессе выпечки лаваша. Установлены закономерности переноса энергии ИК-излучения в слое лаваша. Получено аналитическое описание нестационарных полей температуры в слое лаваша при ИК-облучении на основе решения уравнения теплопроводности с внутренними источниками тепла при граничных условиях второго рода. Разработана и реализована программа планирования полного двухуровневого четырехфакторного эксперимента непрерывного процесса формования и выпечки тонкого армянского лаваша и получены уравнения регрессии для описания процесса двух-стадийной выпечки лаваша с учетом стадии подогрева тестовой заготовки в процессе формования при двухстороннем ИК-энергоподводе. Определены поля облучения на поверхности лаваша в непрерывном процессе формования и выпечки. Экспериментально установлены закономерности тепломассопереноса в процессе выпечки лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе. Разработан способ производства тонкого армянского лаваша, на который получено авторское свидетельство № I7II765.
Практическая значимость полученных результатов. Установлены рациональные режимы непрерывного процесса формования и выпечки лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе и даны практические рекомендации по их реализации. Предложен способ производства тонкого армянского лаваша. Разработаны методики инженерного расчета установки с двухсторонним ИК-энергоподводом и расчета полей облучения на поверхности выпекаемого лаваша. Разработана и создана
экспериментальная ИК-установка для непрерывного формования и выпечки тонкого армянского лаваша, испытанная на Опытном хлебозаводе Научно-производственного объединения Хлебопекарной промышленности Российской Федерации в г. Москве, на которую получено авторское свидетельство № 1750564.
Материалы диссертации докладывались на Восьмой конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию образования МГИПП "Совершенствование оборудования пищевых производств" (г. Москва, 1991 г.).
Работа выполнена на кафедре "Физика* МГАІШ под руководством профессора Ильясова С.Г. и доцента кафедры "Процессы и аппараты пищевых производств" Плаксина Ю.М.
Работа связана с выполнением программы "Продовольствие" и задания по госбюджетной теме "Исследование переноса энергии электромагнитного излучения и тепломассопереноса, повышения эффективности теплотехнологических процессов гигротермической обработки пищевых продуктов (тесто, зерно, фрукты)", координационного плана Академии наук Российской Федерации 1985-1990 гг.
По материалам диссертации опубликовано б статей, получено два авторских свидетельства.
Печи для выпечки национальных сортов хлеба
Хлеб как ежедневный продукт питания, обеспечивающий свыше 30% суточной калорийности рациона, существенно влияет на здоровье населения /82/. В результате многовекового развития в Среднеазиатских, Грузинской и других республиках, сформировались традиционные виды хлебобулочной продукции, такие как лепешки оби-нон, гиджа, таба-нон, сутли-нон, патыр, муравали, пури, шоти, хай-нан, дамды-нан и другие. В республике Армения наибольшей популярностью пользуется тонкий армянский лаваш. Согласно статистическим данным, спрос на национальные сорта хлеба в различных республиках удовлетворяется на 20-55%. Обеспеченность тонким армянским лавашом составляет 55% от необходимой потребности населения республики Армения. Такое положение в обеспечении населения национальными сортами хлебобулочных изделий связано с отсутствием высокопроизводительного механизированного оборудования для их производства. До настоящего времени значительная часть национального хлеба производится кустарными способами. Так, в республике Армения насчитывается до 3000 кустарных цехов, оснащенных национальными печами тандырами. Производство тонкого армянского лаваша в таких цехах не может обеспечить спрос многомиллионного населения республики. Труд в таких цехах полностью ручной, начиная с процесса замеса, формования, и кончая выпечкой лаваша. Для более полного обеспечения населения национальными видами хлеба, необходимо создание новых технологий и оборудования на основе современных научных разработок. Для этого необходимо проведение широкого комплекса теоретических, научных и экспериментальных исследований, создание экспериментальных и опытно-промышленных установок с испытанием их в производственных условиях.
Выпечка тонкого армянского лаваша в кустарных цехах происходит в тандырах (рис. 1.2а). Пекарной камерой I является внутренний объем керамического тандыра. Мастер-пекарь берет "рапату" с тестовой заготовкой, наклоняется в тандыр и не очень сильным, но резким ударом прикрепляет тестовую заготовку к стенке тандыра 2 специальной конструкции высотой 1,5-1,6 м. Диаметр посадочного отверстия тандыра 0,6-0,7 м, средняя и нижняя части более широкие. Диаметр нижней части тандыра составляет 1,1-1,2 м. Выпечка производится при температуре 480-500С. После выпечки лаваш 3 снимают рукой и выбрасывают на стол. Качество готового лаваша при выпечке в тандыре выше по сравнению с лавашом, произведенным в промышленных условиях, хотя оно также сильно колеблется и полностью зависит от мастерства пекаря. Разогрев и поддержание необходимой температуры для выпечки осуществляется с помощью сжигания порции дров на дне тандыра. Продукты сгорания через посадочное отверстие поднимаются и накапливаются в помещении торни. Мастеру-пекарю постоянно приходится наклоняться для посадки тестовой заготовки и схема готового лаваша из тандыра, а также для поддержания горения в нем. Подом для выпечки является вертикальная толстостенная стенка тандыра. Выпечка лаваша осуществляется за счет тепла аккомулированного стенкой тандыра с одной стороны и обогревом горячими газами, продуктами сгорания и лучистой энергией, выделяемыми при горении углей 7 с другой его стороны. Полностью ручной с тяжелыми условиями труд, трудность поддержания необходимой температуры, большие затраты времени на разогрев большого керамического тандыра, небольшая поверхность пода не позволяют достигнуть значительной производительности. Невозможность создания постоянного необходимого температурного режима выпечки лаваша, создает условия для сильного колебания качества готового лаваша. Кроме того, вся продукция, произведенная в кустарных цехах, реализуется на рынке по рыночным ценам.
Для более полного удовлетворения спроса населения на хлебобулочные изделия, разработано много разновидностей хлебопекарных печей /14, 34, 65, 87, 96, 107, 108, 109, НО, III, 116, 127, 133, 134, 139, 140/.
Наряду с массовыми сортами хлеба, в различных республиках широким спросом пользуются национальные сорта хлеба. Для их производства создано много конструкций печей /16, 28, 41, 43, 52, 61, 67, 77, 95, 96, НО, 117, 124, 127, 128, 160, 162, 171, 173/.
Широкое распространение для производства национальных сортов хлеба: оби-нон, патыр, отомай-нон и других национальных изделий, получила печь с газовым обогревом Брувера-Салихова (рис.І.2б). В конструкции печи предусмотрена тоннельная пекарная камера І, в которой размещен цепной пластинчатый конвейер, состоящий из подиков пластин 2. Тестовые заготовки 3 помещаются на керамические плиты 2, выполняющие роль пода печи, закрепленные на пластинах транспортера. Для обогрева применяются два канала - верхний и нижний. Печь проходная, выпеченные изделия снимаются с подиков 2 при повороте транспортера /128/. Печь позволяет механизировать процесс выпечки, улучшить условия труда, повысить производительность по сравнению с выпечкой в кустарных цехах.
Экспериментальная лабораторная установка для изучения процесса выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-энергоподводе
Процесс выпечки хлеба непосредственно связан с изменением температуры и влажности тестовой заготовки в процессе выпечки. Изменение во времени внутреннего температурного поля тестовой заготовки является определяющим в процессе выпечки хлеба. Определение влажности хлеба необходимо для расчета его выхода и контроля за соблюдением технологического процесса.
Для измерения температуры в различных слоях тестовой заготовки в процессе выпечки лаваша, применялись хромель-копелевые термопары диаметром I 10" м. Применение термопар с электродами малых диаметров уменьшает погрешность в измерении температуры. Это связано с тем, что такие электроды обладают малой теплоемкостью и не вносят большого искажения в температурное поле в области расположения горячего спая /14, 53/. Термоэлектроды соединяются между собой при помощи сварки. Термоэлектродная проволока термопары имеет термостойкую изоляцию. Для повышения гибкости термопары, термоэлектродные провода закладывались в тесто развернуто со спаем по середине вместо традиционного скручивания в жгут. Перед опытом проводилась градуировка термопар до 200С. Из-за малой толщины тестовой заготовки, до 2 мм, ввод термопары в нее путем заделывания или врезания затруднен. Термопара вводится заранее в тестовую заготовку толщиной 5-Ю мм и находится там во время окончательной формовки. Это позволяет надежно зафиксировать термопару в тестовой заготовке, исключить образование пустот и уплотнений около термопары. Тем самым повышается точность измерения температуры.
Тестовая заготовка с заделанной термопарой помещается в пе карную камеру и проводится эксперимент, Термо ЭДС термопар измеряется с помощью компенсационного прибора КСП-4, шкала которого проградуирована от 0 до 200С. Класс точности прибора 0,5.
После окончания процесса вьшечки, определяется местонахождение термопарного спая при помощи микроскопа с ценой делений 0,1 мм, увеличением 24Х и классом точности 0,05. Это обеспечивает точность измерения температуры до 2С. Из-за невозможности точного задедывания термопарного спая на заданную глубину, для изучения процесса вьшечки, число экспериментов было значительно увеличено.
Для производства тонкого армянского лаваша тесто готовится безопарным способом согласно следующей рецептуре /138/: Мука первого сорта - 100% Соль - 1,5% Дрожжи - 1,5% Вода - по расчету. Количество воды, необходимое для получения теста с заданной влажностью, рассчитывается по следующей формуле /137/: ( = (НО1оо- 10 -« + +&) (2.13) где 960 - сухое вещество муки, г; CQ- сухое вещество дрожжей, г; С с- сухое вещество соли, г; Gr,- масса муки, г; vj)- масса дрожжей, г; ( - масса соли, г; V - влажность теста, %, Масса муки определяется по формуле /137/ где VA I - влажность муки, %. Исходя из рассчитанного количества воды для замеса теста, определяется температура воды, использующаяся для замеса теста, по следующей формуле /137/: , , c LUr) (2.15) tg= tr + yz где tr- температура теста, С; Сд, - удельная теплоемкость муки, Дж/кг град; "д,- температура муки, С; Cg - удельная теплоемкость воды, Дж/кг град. Для экспериментального определения влажности теста и готового лаваша используется стандартная методика /137/, основанная на высушивании нескольких проб в металлических бюксах до постоянного веса при температуре 130С.
Определение текущей влажности тестовой заготовки в процессе выпечки лаваша производится по формуле у/. - гт - с (2д6) /Пі где ҐУІІ. - текущее значение массы образца, г; ГУ с - масса сухого вещества в образце, г. Текущее значение массы образца определяется с помощью весов ВЛКТ-500-М. При выпечке образец тестовой заготовки помещается на рамку, закрепленную на штоке весов. Изменение массы образца фиксируется по измерительной шкале весов. После окончания процесса выпечки образец высушивается до постоянной массы в сушильном шкафу. После чего проводится расчет влажности готового лаваша по формуле (2.16), в которую подставляется конечная влажность лаваша.
Для определения влажности корки и мякиша в процессе выпечки тестовой заготовки лаваша, в различные моменты времени образец разделяли с помощью острого скальпеля на корку и мякиш. После чего производили измерение их влажности по стандартной методике.
Определение качества тонкого армянского лаваша проводили в соответствии со стандартом /138/.
Согласно стандарту лаваш армянский тонкий вырабатывается из муки первого и второго сорта. По органолептическим показателям лаваш должен иметь равномерную светло-коричневую поверхность с коричневыми и темно-коричневыми пузырьками с хорошо пропеченным мякишем. По физико-химическим показателям лаваш должен иметь конечную влажность не более 28%, кислотность не более 4.
Определение конечной влажности и кислотности ускоренным методом по ГОСТ 5670-51, проводили по стандартным методикам /137/.
Наличие большого числа факторов, влияющих на процесс формования и выпечки лаваша, таких как: толщина тестовой заготовки, плотности лучистого потока на различных стадиях нагрева тестовой заготовки и других, вызывает необходимость проведения большого количества экспериментов. Это необходимо для установления оптимального варианта их сочетания.
С целью повышения эффективности научных исследований были применены вероятностно-статистические методы исследования процесса вшечки лаваша. Проведено планирование полного двухуровневого че-тырехфакторного эксперимента Шд 2 процесса выпечки тонкого армянского лаваша на основе математических методов планирования экспериментов, изложенных в работах Грачева Ю.П. /30, 31, 32, 33/. Реализация данного плана экспериментов, с использованием ЭВМ, дала возможность значительно сократить число экспериментов и определить оптимальные значения изучаемых факторов.
Выводы по главе 2
1. Сконструирована и изготовлена лабораторная экспериментальная печь с двухсторонним ИК-энергоподводом с плотностью теплового потока от 10 до 100 кВт/м для выпечки тонкослойных тестовых заготовок.
2. Разработаны методики определения температуры и влажности во время процесса выпечки лаваша, позволяющие получить результаты с достаточной степенью точности.
3. Методики определения ТФХ и ТРХ дают возможность получения необходимых данных для расчета лучистого теплообмена в ИК-печи в процессе выпечки тонкого армянского лаваша.
4. Применение методики математической обработки результатов экспериментов и планирования эксперимента позволяет значительно сократить число опытов для определения оптимальных режимов процесса формования и выпечки тонкого армянского лаваша при двухстороннем ИК-облучении.
Интегральные герморадиационные и оптические характеристики тонкого армянского лаваша
Для изучения закономерностей переноса энергии ИК-излучения в лаваше и для выбора наиболее эффективного способа облучения в процессе выпечки тонкого армянского лаваша, необходимо изучить процесс переноса в лаваше энергии монохроматического излучения с различной длиной волны Я .
Расчет переноса энергии спектрального излучения в процессе выпечки лаваша при двухстороннем ИК-облучении проводился на основе выражения (4.1), полученного для расчета количества энергии, поглощенной в единицу времени на глубине X единичным объемом /60/: г 1-% L «л00 -Ч..ехр[Ьу(е-х)]} ft- L J (4.1) Где %=Я» . кр(-Ь Є) (4 2) Емп ЦСМП - диффузные монохроматические плотности потоков излучения с двух сторон от лаваша, Вт/(м мкм); с- - толщина лаваша, м{ X - текущее значение глубины слоя, м.
Для расчета количества поглощенной энергии V при подогреве тестовой заготовки лаваша в процессе ее формования, выражение (4.1) значительно упрощается, так как в этом случае имеет место симметричное облучение при равенстве падающих потоков и принимает следующий вид: (exp(-L х) + МРС-Ь -АЯ} (о)
При расчете поглощенной энергии "U/д использовались экспериментально определенные спектральные терморадиационные характеристики тестовой заготовки и готового лаваша»
Для расчета количества поглощенной энергии ИК-излучения необходимо рассчитать значения диффузных монохроматических плотностей потоков с обеих сторон от лаваша. Для расчета ЕЦП и Еьгп используем схему относительного расположения ИК-излучателей, тестовой заготовки и экранов в пекарной камере печи, приведенную на рис. 4.1, Выпечка тестовой заготовки лаваша I происходит при двухстороннем ИК-облучении. Для более полного использования излучения служат боковые экраны 2. Для создания направленного потока излучения используются параболоцилиндрические рефлекторы 3, которыми снабжены все ИК-излучатели 4, Расчет диффузных потоков Емп и лгп проводится в следующей последовательности. Сначала рассчитывается мощность потока Oi , падающего на тестовую заготовку лаваша от одного излучателя по следующей формуле: где Ji = I кВт - мощность одного ИК-излучателя; Rp= Яэ - 0» " отражательная способность материала рефлектора и экранов (нержавеющая сталь);
Уг- %-і % %-г. Фч-з Угловые коэффициенты, учитывающие взаимное расположение тестовой заготовки, излучателя, рефлектора и экранов. Величины угловых коэффициентов показывают, какие доли энергии, излучаемой одной из рассматриваемых поверхностей .попадают на другие рассматриваемые поверхности. Рассчитаем значения угловых коэффициентов JB V3 120 U = 260 = і 44 V3 180 (4.6) %-1 180 Ц = SL- = 0,44 гч, 180 где и 8 - углы взаимного облучения излучателя, тестовой заготовки и рефлектора. Коэффициент %-z. найДем из условия %-Ъ + %-l + %-i = (4.7)
Откуда %-1= О»12 Значения остальных угловых коэффициентов принимаем равными, исходя из взаимного их расположения 8-/ - 4 Уз-/ =0,9. Рассчитываем по формуле (4.4) мощность потока Л 0,5 I 0,44 + 0,5 I 0,12 0,4 0,67 + 0,5 I 1,44 0,9 0,87 -» 0,85 кВт.
Далее рассчитываем плотности лучистого потока, падающего на тестовую заготовку лаваша со стороны излучателя с параболическим рефлектором ," и с противоположной стороны лаваша Рассчитываем плотность лучистого потока fy по формуле: где - плотность лучистого потока, падающего на тестовую заготовку от рефлектора. Плотность лучистого потока от рефлектора fyp рассчитываем по формуле: = -f- 4-9 где Fp - площадь облучения рефлектора, м . Площадь Fp рассчитываем по формуле: (4.10) где Єр - длина рефлектора, м; ар- ширина зоны облучения лаваша от рефлектора, м Fp ш 75-Ю-4 м \ Рассчитываем плотность лучистого потока от рефлектора Ц, по формуле (4.9): qf =107,33 кВт/м Ур Потеря мощности от одного излучателя составляет: = 01-Чоо, /. C4.II) о. W- ».
Принимаем потери в окружающую среду равными 5%. С учетом потерь в окружающую среду, получаем мощность потока с противоположной стороны лаваша, связанного с рассеянием ИК-излучения \ = 0,195 - 0,05 = 0,145 кВт. Рассчитываем плотность лучистого потока с противоположной от излучателя с рефлектором стороны по формуле: ЧЇ = -J- (4.12) где ft - площадь, на которой происходит рассеяние лучистого 2 потока, м . f2= Єр-& (4.13) где #и - шаг между излучателями по вертикали с одной стороны лаваша, м. ?г = 0,015 м2. Далее рассчитываем плотность лучистого потока по формуле (4.12): q = 9,67 кВт/м2. Тогда плотность лучистого потока со стороны излучателя CL составит l" = 117,0 кВт/м2. Учитывая рассеиваемое излучение, излучение экранов, поверхности параболоцилиндрического рефлектора, допускается определенная ошибка из-за того, что спектр излучения излучателя и материала экранов и рефлектора несколько различен, но исходя из опытных данных можно сделать вывод, что эта ошибка является не существенной, так как вся энергия, за исключением потерь в окружающую среду, остается в пекарной камере.
Далее рассчитываем коэффициент К , учитывающий распределение плотности падающего потока по спектру излучения излучателя по формуле: я," / =-f- (4.14) пи где пи - излучательная способность единицы площади поверхнос о ти излучателя, кВт/м .
Значения излучательной способности излучателя типа КГТ-220-1000 пи по данным /130/ приведены в приложении 3 табл. I.
Рассчитываем коэффициент К\ со стороны излучателя по формуле (4.14): Ki = 0,162. Рассчитываем коэффициент Мг со стороны, где нет излучателя по формуле (4.14): Ка = /?ч Кг = 0,0134 Для расчета значений диффузных монохроматических плотностей потока ЕхШ и 2П используем формулы: Е іП=1лКі (4.15) ЕАІП -П-ь-Кг (4.16) где Т-д- спектральная излучательная способность единицы площа р ди излучателя, кВт/(м мкм).
Значения спектральной излучательной способности Т.) приведены в приложении 3 табл. I.
Значения диффузных монохроматических плотностей потоков hW и Ещ(\ , рассчитанные по ниже изложенной методике для различных значений температуры спирали ИК-излучателя, на разных стадиях выпечки тестовой заготовки в процессе выпечки тонкого армянского лаваша, приведены в приложении 3 табл. 2 и табл. 3.
На рис. 4.2 представлены зависимости диффузных монохроматических плотностей потоков на различных стадиях выпечки лаваша. Анализ полученных кривых показывает, что максимальные значения плотности монохроматического потока от ИК-излучателя типа КГТ-220-І000 достигаются в диапазоне длин волн 0,8-1,4 мкм с максимумом при Л = 1,1 мкм. Увеличение значений плотности потока Ецп со стороны, где нет излучателя на данный момент времени, при уменьшении общей плотности потока на второй стадии выпечки, связано с тем, что регулирование плотности потока осуществляется за счет изменения расстояния между излучателем и тестовой заготовкой. При этом с уменьшением плотности потока увеличивается расстояние между тестовой заготовкой и излучателем с парабоцили-ндрическим рефлектором, что вызывает увеличение площади, которая подвергается непосредственному облучению от излучателя с рефлектором.
Выбор рационального режима работы ИК-излучателя типа КГТ и оценка эффективности его работы в процессе выпечки лаваша
Создание термодинамически наиболее эффективной конструкции установки для выпечки тонкого армянского лаваша,требует глубокого изучения как особенностей процесса выпечки, так и теплотехнических и эксплуатационных характеристик ИК-излучателей.
Для выбора рационального типа излучателя и оптимального режима его работы в процессе выпечки лаваша, необходимо обосновать критерий,- который позволял бы количественно оценить эффективность работы любого излучателя.
Критерий количественной оценки работы излучателя должен учитывать следующие технологические и теплотехнические параметры: - пропускательную, отражательную и поглотательную способности тестовой заготовки и готового лаваша; - эмиссионные и энергетические характеристики ИК-излучате-лей; - отражательные и поглощательные свойства экранирующих поверхностей и паровоздушной среды в пекарной камере установки; - толщину тестовой заготовки.
При выборе типа ИК-излучателя для установки по производству тонкого армянского лаваша, учитываем двухстороннее равнозначное облучение тестовой заготовки. При этом отпадает необходимость дважды рассчитывать коэффициент Р" , т.к. условия облучения с обоих сторон лаваша будут одинаковые.
В общем случае указанным требованиям удовлетворяет критерий вида: где Qp - результирующая интегральная плотность лучистого потока единичной мощности, т.е. в уравнении (4.20) Ктп- коэффициент, учитывающий требования технологического процесса; СП и— - энергетическая характеристика работы излучателя.
Поскольку облучение тестовой заготовки лаваша производится одинаково с обеих сторон, то обозначим
Величина Qp определяется из уравнения: Л8 % Тсв-А г 1-к- Ice -На- TR- Тс где fye - суммарный лучистый поток, падающий на тестовую заготовку лаваша как непосредственно от излучателей, так и вследствие отражения его от экранов, Вт/м ; Teg - пропускательная способность среды пекарной камеры; А и/? - поглощательная и отражательная способности тестовой заготовки лаваша; Ти/? " усредненные значения пропускательной и отражательной способностей тестовой заготовки лаваша; Тс - усредненное значение пропускательной способности среды пекарной камеры. Величина суммарного лучистого потока ср, определяется из уравнения: где Q - полный лучистый поток, излучаемый ИК-излучателем, Вт/іГ; Re - отражательная способность экранов. В установке экраны сделаны из нержавеющей стали h = 0,55
Пропускательная способность среды пекарной камеры зависит от парциального давления паров воды, углекислого газа, продуктов сгорания, температуры среды и результирующего пути, проходящего лучистым потоком от излучателей /JU. и ограждений пекарной камеры Li до лаваша. Величины L . и Li зависят от отражательных способностей поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене и габаритов пекарной камеры. Для расчета результирующих расстояний Lu и Li , проходящих лучем, воспользуемся методами теоретической фотометрии. В результате получим: L =Zu-(ln+i) (4.21) где Zu - средний путь, проходящий лучем при однократной передаче энергии от излучателей, м; И - кратность отражения от экрана пекарной камеры. Величину Ііл определим из уравнения: Гнл (4.29) нв где впілііп- соответственно ширина и высота пекарной камеры,
Ви - интегральная интенсивность излучения ИК-излуча телей, Вт/(м стер); гнВ - тепловой поток, падающий на поверхность лаваша, Вт. Установка для выпечки лаваша имеет следующие размеры пекарной камеры: вп = 0,4 м; /7л = 0,6 м.
Следовательно, при предварительном выборе величины fee длина пути от излучателя до лаваша Lw- может быть принята равной 2а . Величина 2«., рассчитанная по уравнениям (4.22)-(4.23), равна 0,367 м.
Парциальное давление паров воды в пекарной камере найдем по известной температуре паровоздушной среды в ней пк= 200С и относительной влажности f = 8%. Давление насыщенного пара при температуре 200С Рнп = 15,85 Ю5 Па. Парциальное давление пара 4 = 1,27 Ю5 Па.
Итак, имеем L =3% = і,юі м ,4= 1,398 I05 Пам. По графику зависимости степени черноты газообразной f O от произведения fan bu найдем =0,2. Отсюда пропускательная способность среды пекарной камеры с достаточной для инженерных расчетов точностью может быть принята с$ = 0,8. По уравнению (4.25) найдем К = 0,32 0,82 0,55 = 0,113 Из выражения (4.24) находим П = 1,405 По уравнению (4.21) рассчитываем с учетом округления в скобках до целого числа Lu. Lu= 0,367 (2 1,405 + I) = 1,101 м. Таким образом, значение =0,8 найдено верно.
Величину коэффициента Ктп , учитывающего требования технологического процесса, рассчитываем по уравнению Расчет интегральных отражательной R , пропускательной Т и поглотательной А способностей тестовой заготовки и готового лаваша производится по уравнениям,аналогичным уравнению (3.4),в котором диапазон интегрирования определяется по формулам: Лі-дїг-Х » (4.31) At= 4,27 - 6,2 10"4 7 где Д/ивх- длина волны, соответствующая максимальной плотности излучения, мкм; Ти - температура спирали, К. Для вольфрамовой спирали в диапазоне 1200 К /и , 3200 К, величина Лмах рассчитывается по уравнению:
