Федеральное министерство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский Государственный Университет Пищевых Производств

Министерства образования Российской Федерации».
                                                                 Кафедра: « Теплотехника,

                                                                                     Теплоэнергетика»
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

на тему:
« Кондитерская печь фирмы  Рамиш»
                                                                           Студент:  Зубарева  И. В.

                                                                           Группа: 02-АТ-21

                                                                           Преподаватель: Маклюков В.И.

                                                                        
          
Москва 2007г
Содержание

                                                                                        

                                                                                                           стр
      Введение…………………………………………………………………3

1.     Описание конструкции печи фирмы Рамиш……………………....4

2.     Тепловой расчет……………………………………………………..7

2.1.          Тепловой баланс пекарной камеры Q п.к.……………….…..7

2.2.    Тепловой баланс печного агрегата  Q П.А…………………..12

3.     Теория процесса выпечки печения………………………………..15

       Список использованной литературы…………………………………18
Введение

       Выпечка мучных кондитерских изделий является наиболее сложной фазой технологического процесса. Во время выпечки происходят  физико-химические и коллойдные изменения в тесте, предопределяющие качество готовых изделий.

    С теплофизической точки зрения выпечка – процесс гигротермический, для которого характерен перенос тепла и влаги в коллойдных капилярно-пористых материалах под влиянием высокой температуры.

   Таким образом, процесс выпечки изделий в основном сводится к прогреву теста и удалению из него избытка влаги, в результате которых происходят сложные физико-химические и коллойдные превращения, обуславливающие образование изделий  со свойственным  им вкусом и структурой.

   Выпечка изделий осуществляется в печах, в которых чаще всего тепло передается от греющих поверхностей и паро-воздушной смеси пекарной камеры к тестовым заготовкам.

 В данной работе   рассматривается кондитерская печь фирмы «Рамиш».
3

1.     Описание конструкции печи фирмы Рамиш.

Кондитерская печь фирмы Рамиш имеет комбинированный обогрев:

-         газовый;

-         канальный,  с рециркуляцией продуктов сгорания.

          Печь имеет тоннельную пекарную камеру. В 1/3 пекарной камере размещены газовые горелки над и под конвейерным подом. При  помощи газового обогрева подогревается холостая ветвь конвейера.

 Продукты сгорания от горелок,  которые нагревают холостую ветвь конвейера, по вертикальному газоходу направляются в пекарную камеру. Они дополнительно нагревают рабочую ветвь конвейера, образующие продукты сгорания состоящие из углекислого газа и водяных паров удаляются через дымовую трубу, которая расположена по середине зоны с газовым обогревом. В этой зоне сравнительно низкая температура 170-190 ⁰С. Благодаря высокому содержанию водяных паров в дымовых газах относительная влажность среды в этой зоне будет достаточно высокая и благодаря этому задерживается образование корочки при выпечки печения. Температура внутренних слоёв тестовой заготовки в этой зоне, прогревается до 70-80 ⁰С. Благодаря этому разрыхлители начинают разлагаться,  и выделяется углекислый газ, поэтому в этой зоне происходит разрыхление тестовой заготовки и увеличивается объем и высота.

    Для того чтобы не происходила усадка тестовой заготовки, в следующей зоне применяется канальный обогрев  с рециркуляцией продуктов сгорания. Температура среды пекарной камеры составляет от 240-280⁰С.

   В этой зоне продолжается прогрев тестовой заготовки, и температура центральных слоёв достигает 98-100 ⁰С. Образовавшаяся структура пропеченного мякиша обеспечивает объём и высоту изделия выпекаемой тестовой заготовки и усадки не происходит.
4

    Третья зона тоже имеет канальный обогрев и имеет большую протяженность. Температура там снижается постепенно от 250 до 200  ⁰С

процесса выпечки. Там происходит процесс сушки. Температура центра мякиша 108-110 ⁰С. Температура верхних и нижних слоёв может достигать 160 ⁰С. 

     После выхода из печи изделия поступают в конвейерный шкаф для охлаждения.

     В   первый зоне в газовой  горелки по трубам направляется газ и от вентилятора подается воздух. Для природного газа: для того чтобы сжечь 1 м³ газа необходимо 10 м³ воздуха. Выпечка происходит благодаря передачи от продуктов сгорания тепла путем излучения и от движущейся среды продуктов сгорания путем конвекции.

    Во второй зоне – канальный обогрев. В этой зоне передача тепла от поверхности каналов к выпекаемым изделиям – происходит излучением и конвекцией от среды пекарной камеры.

    Сверху, размещено, топочное устройство, которое имеет камеру сгорания и   камеру  смешивания. При помощи газовой горелки происходит сжигание газов  в камере сгорания. Температура образовавшихся продуктов сгорания очень высокая и составляет 1500-1800   С.  С такой температурой нельзя направлять продукты сгорания в обогревательную систему, иначе печенье быстро прогорит. Поэтому применяют рециркуляцию продуктов сгорания, часть отработанных продуктов сгорания по рециркуляционному газоходу (рециркуляционные газы), направляют в топочное устройство.

   Они сначала охлаждают наружные стенки камеры сгорания, а потом попадают в камеру смешивания. Температура рециркуляционных газов может быть 250-300 ⁰С. В результате смешивания горячих топочных газов с рециркуляционными образуется смесь газов с температурой 400-500 ⁰С.
5
 По верхнему газоходу смесь направляется, к верхнему и нижнему каналу.

    Проходя по каналам,  температура продуктов сгорания снижается, отдает тепло в пекарной камере. В конце канала отработанные газы попадают в рециркуляционный вентилятор, затем газы направляются в топку по руциркуляционному газоходу. Но не все газы доходят, часть выбрасывается в дымовую трубу, а  другая часть рециркуляционных газов направляется в топочное устройство и процесс повторяется.

     Третья зона имеет аналогичную обогревательную систему, только длина канала и зоны больше примерно в 2 раза, чем вторая зона.

     Конвейер состоит из сетчатой ленты. Рабочая ветвь этой ленты проходит в пекарной камере. Эта лента тоже нагревается, температура ее при выходе из камеры около 200 С. Движение проходит при помощи приводного барабана и натяжного барабана при помощи которого осуществляется натяжение сетчатого конвейера. Нужно, чтобы сетка очень плотно прилегала к приводному барабану. Скорость движения ленты высока. Сетка может смещатся в право или в лево до датчиков, которые включают электродвигатель центрирующего барабана.
6

2.Тепловой расчет

2.1.Тепловой баланс пекарной камеры
Q
п.к.
    Цель: определить количество тепла, которое обогревательная система должна передать в пекарную камеру.
    Определение удельной затраты тепла по формуле:
            q – удельная затрата тепла,  кДж/кг.
      q
п.к. =
q
1^п.к.+
q
2^п.к.+
q
3^п.к.+
q
4^п.к.+
q
5^п.к.+
q
6^п.к.+
q
7^п.к.  кДж/кг.



        qп.к. = 736,533 + 0 + 42,266 + 285,516 + 36,079 + 0 + 24 = 1124,395 кДж/кг



где      q
1^п.к    - теоретический расход тепла на выпечку 1 кг. печения.

           q 1^п.к    = Wисп (hп.п. – h в.) +(d с.м  * ск + Wв* Св) * ( t м – t т ) , [ кДж/кг]

           q 1^п.к    =0,22*(2816-125) + 0,95 * 1,47+ 0,05* 4,184)*(110-20) =

                      = 736,533 кДж/кг     

 где   Wисп – упек;

          Wисп (hп.п. – h в.)- количество тепла, которое затрачивается на испарение влаги из изделий;

          h п.п  - энтальпия перегретого пара,

                  = 2816 кДж/кг;

           h в – энтальпия воды в тесте,  кот. поступает в печь,

                =125 кДж/кг;

          d с.м  = 1- Wв= 1-0,05 = 0,95 кг(сух. в-ва)/ кг изд.

            где Wв – влажность готового изделия = 0,05;

            ск    - теплоёмкость сухого в-ва.

            ск  = 1,47 кДж/кг* град;

           Св - теплоёмкость воды, 
7

           Св = 4,184 кДж/кг* град;

             t м  - температура мякиша,

             t м  = 110⁰С;

             t т – температура теста,

             t м  =20 ⁰С;

      q
2^п.к.- затрата тепла на перегрев пара подаваемого на увлажнение среды пекарной камеры.

      q 2^п.к.= 0

   Ввиду того, что пар не подается - эта величина равна 0.
   
q
3^п.к. – определение расхода тепла на нагрев вентиляционного воздуха.

    q 3^п.к = (Wисп/ d п.к.-dв) * ср*(tп.к.-tв) , кДж/кг

    q 3^п.к = (0,22/0,949-0,0074)* 1,005*(200-20) = 42,266 кДж/кг.

где d п.к. – влагосодержание среды пекарной камеры,

      d п.к. = 0,949 кг(влаги)/ кг сух. воздуха) ;

      dв – влагосодержание наружного воздуха,

      dв = 0,0074 кг(влаги)/ кг сух. воздуха) ;

      ср- теплоемкость воздуха при постоянном давлении,   

      ср = 1,005 кДж/кг* град;

      tп.к. –температура среды пекарной камеры,

      tп.к. = 200 ⁰С;

      tв -  температура воздуха в печном зале,    

      tв = 20  ⁰С;   
  q
4^п.к. – количество тепла которое теряется конвейером печи.

   q 4^п.к. = m с* сс (t¢¢с  -t¢с), кДж/кг,

   q 4^п.к. = 4,12 * 0,462 (200-50) = 285,516 кДж/кг,

где m с – удельная масса сетки на которой выпекается 1 кг изделий.
8

      m с = 4,12 кг(сетчатого пода)/ кг изд.;

       сс -теплоемкость сетки,

       сс = 0,462 кДж/кг* град;

         t¢¢с – температура сетки при выходе из печи,       

         t¢¢с =  200 ⁰С;

         t¢с – температура сетки до которой остывает проходя под печью,      

         t¢с  = 50 ⁰С.

         q
5^п.к. – потеря тепла пекарной камеры через ограждения, рассчитывается по формуле:

         q 5^п.к. = Q5^п.к. * 3,6 / G изд. кДж/кг,

      q 5^п.к.  = 9009*3,6/898,92= 36,079 кДж/кг,

где Q5^п.к – количество тепла ,которое теряет пекарная камера через ограждения,   Вт,   рассчитывается по формуле:

               Q5^п.к =  aобщ * f огр *( t п.-t в.) , Вт

где        aобщ – суммарный коэффициент теплоотдачи,

             aобщ = aконвекции + a излучение = 4,5+6=10,5 Вт /м²* град

             f огр – поверхность ограждения пекарной камеры через которое теряется тепло из пекарной камеры,

              f огр = 42,9 м² ;

              t п. –максимально допустимая температура наружной поверхности пекарной камеры  ,            

              t п. = 40⁰С;

              t в – температура в печном зале,  20 ⁰С;

          

              G изд - производительность печи,

              G изд =  n1*n2*m*60/ T вып

              G изд =  15*454*0,011*60/5 = 898,92 кг/ч
9
 где  n1 – количество изделий в ряду ,15 шт;

              n2 – количество рядов в пределах пекарной камеры, 454 ряд

              m – масса одного изделия , 0,011 кг

              T вып  - продолжительность выпечки, 5 минут.
       
q
6^п.к. – потеря тепла пекарной камеры через фундамент. В данной конструкции печь между фундаментом и оградой пекарной камеры имеет пространство где проходит холостая ветвь конвейера, поэтому через фундамент нет потерь,

      
q
6^{п.к .}= 0

       
q
7^п.к.  – потеря тепла излучением через посадочное и разгрузочное окна печи,    

       
q
7^п.к.  = 24  кДж/кг.

                                                                                              Таблица 1

Наименование потерь тепла	кДж/кг.	%
q 1п.к.	736,533	65,505
q 2п.к.	0	0
q 3п.к	42,266	3,759
q 4п.к.	285,516	25,393
q 5п.к	36,079	3,209
q 6п.к.	0	0
q 7п.к.	24	2,134

                                                      å   1124,3946                                  100
10

hп.к 1 =q 1^п.к./ q ^п.к. * 100 = 736,533/1124,3946*100=65,505

hп.к 2  = q 2^п.к./ q ^п.к * 100 = 0/1124,3946 *100=0

  hп.к 3 = q 3^п.к. /q ^п.к * 100  =  42,266/1124,3946*100= 3,759

  hп.к 4  =q 4^п.к. /q ^п.к.* 100 = 285,516/1124,3946*100= 25,393

  hп.к 5  = q 5^п.к. /q ^п.к.* 100 = 36,079/1124,3946*100=3,209

  hп.к 6  = q 6^п.к. /q ^п.к.* 100= 0/1124,3946 *100=0

  hп.к 7  = q 7^п.к. /q ^п.к.* 100 = 24/1124,3946*100 = 2,134

Q
п.к - количество тепла, которое обогревательная система должна передать в пекарную камеру, определяется по формуле:
 Q
п.к = q ^п.к.* G изд / 3,6  ,  Вт

   Q
п.к  = 1124,3945*898,92/3,6= 280761,3  Вт
11

2.2.    Тепловой баланс печного агрегата 
Q

П.А

 

   Уравнение теплового баланса печного агрегата.
      
Q

п.а. 
=

Q

п.к..+
Q
^к

пот
+
Q
^т

пот
+
Q

ух.  Вт

      
Q

п.а.  = 280761,3+70190,325+ 29073,9+ 104299,16 = 484324,68     Вт
         
Q

п.а.   - количество тепла которое выделяется при сжигании газового  топлива в топках и пекарной камере.
         
Q

п.а.   = В*Q^сн / 3,6     , Вт
         
Q

п.а.   =48,7*35820/3,6=484565   Вт.
 где    В – часовой расход топлива,    м³/ч,

          Q^сн – низшая теплота сгорания топлива,

          Q^сн  = 35820 кДж/ м^3,     (если сжечь 1 куб. метр газа то выделится                        столько топлива);
         
Q
^к

пот = Q
п
.
к
. (1/ hк. – 1) ,Вт
        
Q
^к

пот = 280761,3   ( 1/0,8-1) = 70190,325      Вт,

  

        где  hк. =0,8.
    Q
^т

пот = В*Q^сн (1/hт) / 3,6       Вт
   
Q
^т

пот =48,7*35820 (1/0,94) / 3,6   = 29073,9      Вт
13

     hт  - рассчитывается по формуле:

       hт = 1- (qхим+q ^то.с.)/100

       hт = 1- (1+5)/100 =0,94
где qхим – потеря тепла от химического недожога, равно 1%,

       q ^то.с.- потеря тепла в окружающую среду топкой, равно 5%,
Q

ух.  – количество тепла, которое теряется с уходящими газами.
Q

ух.  = В ( Нух-Н в)/3,6    Вт,

Q

ух.  =  48,7 (  8000-290)/3,6   = 104299,16   Вт,
где Нух- энталь пия уходящих газов, равна 8000 кДж/ м³,

       Н в – энтальпия воздуха поступающего в горелки, и необходимого для сжигания газа,  равно 290 кДж/ м³;
Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:
    В = ( Q п.к..+ Q^к пот) 3,6 /  Q^сн * hт  - (Нух - Н в)  ,        м³/ч
    В = ( 280761,3+ 70190,325) 3,6 / 35820 * 0,94  - (8000 – 290 ) = 48,7  м³/ч.
 Проверка:
               t Q  =    Q п.а.  - å  Q   /   Q п.а.  * 100    ,     %

 

              t Q  =    484565  - 484324,68  /   484565  * 100     = 0,049  %
Вывод:   т.к. полученное значение меньше 1 %, то расчеты сделаны правильно.
14
3. Теория процесса выпечки печения.
    Толщина отформованных тестовых заготовок печенья не превышает 4 мм. За счет тепла пекарной камеры они быстро нагреваются. Через минуту температура поверхностных слоев достигает 100- 110 ⁰С, а внутренних – около 70 ⁰С. К концу выпечки, которая длится 3,5-4 мин, температура поверхностных слоев повышается до 170-180 ⁰С, а центральных – до 106-108 ⁰С.

    Интенсивный прогрев теста вызывает внутренние перемещение влаги и влагообмен между тестом и средой пекарной камеры. Обезвоживание тестовых заготовок. В процессе выпечки протекает не равномерно. В начале периода возникает значительный температурный градиент между поверхностными и центральными слоями теста, поэтому испарение влаги происходит с поверхностных слоев , а часть влаги под действием термовлагопроводности устремляется от поверхностных к центральным слоям теста.

     Когда температура центральных слоев достигает 100 ⁰С, температурный градиент значительно снижается, а влажностный градиент продолжает увеличиваться благодаря обезвоживанию поверхностных слоев. Внутри изделий влага превращается в пар, что повышает давление, под действием которого происходит перемещение влаги от центральных к периферическим слоям. Это способствует увеличению объема тестовых заготовок.

      Затем зона испарения достигает центральных слоев. Влага в виде пара перемещается от центральных к  поверхностным слоям изделий. При этом в основном удаляется связанная влага.

    В начале при нагревании тестовых заготовок   протекает коллойдные и химические процессы, предопределяющие переход теста в готовые изделия с определенной структурой и вкусовыми качествами.
15

    При температуре 40-60 ⁰С происходит интенсивное набухание крахмала муки и его  частичная клейстеризация. Примерно в одно и тоже время, но при более высокой температуре (50-70 ⁰С) белковые вещества денатурируются и свертывается, освобождая при этом воду, поглощенную при набухании. Эта вода частично используется при клейстеризации крахмала.

   В этот же период происходит разложение химических разрыхлителей: углекислого аммония и двууглекислой соды, с образованием газообразных продуктов: аммиака и углекислоты.

    Обезвоженные белки клейковины и частично клейстеризованный крахмал разрыхляются газообразными продуктами, выделяющимися из теста, образуют пористый, полутвердый каркас, который после окончательного обезвоживания и охлаждения составляет основу капиллярно-пористой структуры печения.

     В сахарном и затяжном тесте содержится значительное количество сахара в виде раствора и жира. При обезвоживании частично набухших белков и крахмала в мицеллярном пространстве этих веществ, куда при набухании проникает раствор сахарозы, происходит ее кристаллизация. Растущие кристаллы могут разрывать  связи между отдельными мицеллами крупных молекулярных агрегатов, что повышает их растворимость, изменяет другие физико-химические свойства. Не случайно, в готовых изделиях увеличивается содержание растворимых фракций крахмала и декстринов, почти уменьшается количество альбумина, глобулина и глиадина.

   Важная роль в этих изменениях, вероятно принадлежит ферментам муки, которые могут проявлять свою активность в первый период выпечки. Установлено, что b- амилаза полностью инактивируется при 82-84 ⁰С, a- амилаза способна сохранять свою активность до 97-98 ⁰С. Поэтому гидролиз крахмала в тесте из пшеничной муки в период выпечки в основном обусловлен действием амилаз теста.
16

   Существенные изменения белкового комплекса теста при выпечки печения также связаны с действием протеалитических ферментов. Чем быстрее происходит прогрев теста, тем выше температура, при которой инактивируются ферменты. Протеиназа  сохраняла свою активность даже после 15 мин. Прогрева теста при 95 ⁰С.

   Основная масса сахара в процессе обезвоживания тестовых заготовок выкристаллизовывается на поверхности белково-крахмального каркаса, придавая ему твердость и хрупкость. К концу выпечки, когда температура поверхностных слоев повыщается до 170 – 180 ⁰С, часть кристалликов сахарозы платится и распадается на моносахариды, ангидросахара, покрывая аморфизированными пленками вместе с жиром пористый скелет изделий.

  Щелочная среда, высокая температура благоприятствуют протеканию реакции сахаров, меланоидины повышают цветность печенья, придавая ему светло-коричневую окраску.

    При выпечке изделий содержание жира уменьшается от 3 до 9 % по   отношению к начальному количеству. Видимо, часть жира удаляется  из теста с парами  воды , другая часть изменяется в  результате гидролиза  моно-  и диглицеридов и окисления непредельных жирных кислот  с образованием перекисей и гидроперекисей.  Это изменения жиро-кислотного состава подтверждается уменьшением йодного числа жира, его кислотности.

    Возможны химические реакции щелочных солей разрыхлителей с кислыми компонентами теста, что уменьшает щелочность готовых изделий.

  Присутствующие в тесте поверхностно-активные вещества в процессе выпечки адсорбируются крахмалом, образуя нерастворимые комплексы с амилазой, которые препятствуют кристаллизации амилозы после охлаждения печенья и уменьшают его набухаемость.

 
17

Список использованной литературы
1.     И.И. Маклюков, В.И. Маклюков «Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства» М.,1983

2.     А.В. Зубченко  « Физико-химические основы технологии кондитерских изделий» Воронеж, 1997

3.     А.Л. Соколовский «Технология кондитерского производства» М., 1959

4.     В.И. Маклюков,  Брязун  «Тепловой  расчет печей» М., 1982

5.     А.А. Михелев, Н.М. Ицкович, М.Н. Сигал, А.В. Володарский «Расчет и проектирование печей» М., 1979
18