Оборудование минипекарень (стр. 2 из 10)
Расстойка тестовых заготовок происходит в расстойном шкафу. Расстойный шкаф (см. чертеж) представляет собой однокамерный двухдверный металлический контейнер с теплоизолированными стенками, имеющий габаритные размеры (Ш´Г´В): 1530 мм ´ 830 мм ´ 2280 мм, вмещающий две стандартные стеллажные тележки, размером 450 ´ 660 мм.
В верхней части расстойного шкафа находится отсек, в котором расположена система поддержания температурно-влажностного режима в камере расстойного шкафа, включающая в себя:
герметичную металлическую емкость для воды;
нагревательные элементы (ТЭНы);
циркуляционный вентилятор;
электроклапаны подачи воды;
фильтр поступающей воды;
сливной насос;
трубки системы подачи и слива воды;
воздушные каналы;
рабочие датчики влажности, температуры и уровня воды;
датчики критических значений температуры и уровня воды;
выключатели питания и управления;
задатчики температуры и влажности;
индикатор температуры;
индикаторные лампы рабочих и аварийных режимов;
предохранители и автоматические выключатели;
электронная система управления;
преобразователь частоты;
Органы управления расстойным шкафом и приборы индикации находятся на панели управления, расположенной в верхней части расстойного шкафа.
Двери расстойного шкафа при открытии более чем на 90° остаются в открытом состоянии, а в противном случае - автоматически закрываются. Правильная очередность закрытия дверей обеспечивается автоматическим доводчиком. Для улучшения герметизации и повышения теплоизоляции по периметру дверей проложен магнитный уплотнитель. Двери, как и стенки расстойного шкафа, имеют теплоизоляционный слой.
Расстойный шкаф подключается к системе холодного водоснабжения, канализации и к трехфазной сети переменного тока, напряжением 380 В с заземленной нейтралью.
Требования к системе управления расстойным шкафом
Так как окончательная расстойка является конечной технологической операцией, формирующей физико-химические свойства тестовой заготовки и определяющей в большой степени качество готового хлеба, то определение и поддержание оптимальных параметров расстойки - температуры воздуха Тв, относительной влажности воздуха Wв и продолжительность расстойки тестовой заготовки до готовности tр#- имеют большое практическое значение.
Для точного определения технологических параметров расстойного шкафа необходимо иметь современные методы контроля и поддержания температуры и относительной влажности воздуха.
Проектируемая система управления расстойным шкафом должна обеспечивать оптимальные параметры проведения расстойки тестовых заготовок. Для этого необходимо обеспечить непрерывный контроль за температурой и влажностью в расстойном шкафу и обеспечить их поддержание с заданной точностью. При этом желательно предотвратить конденсацию воды на стенках расстойного шкафа и понизить расход энергии на проведение расстойки.
Важной с точки зрения конвекционной теплопередачи является скорость обдувания воздухом тестовых заготовок и нагревательных элементов. Она в большой степени влияет на качество готового продукта. Поэтому в системе управления должна быть предусмотрена возможность изменения скорости обдувания воздухом тестовых заготовок и нагревательных элементов путем регулирования скорости вращения приводного двигателя циркуляционного вентилятора.
Проектируемая система управления должна также обеспечивать безопасность работы расстойного шкафа, предотвращая последствия замыканий и обрывов проводки, перегрев нагревателей, понижение или повышение уровней воды за допустимые пределы.
Разработка полной математической модели процессов в расстойном шкафу
Сведения из теории термодинамики и теплопередачи
Разработка полной математической модели процессов в расстойном шкафу производится по законам термодинамики и теплопередачи (теплообмена).
В учении о теплообмене рассматриваются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы по своей физико-механической природе весьма многообразны, отличаются большой сложностью и обычно развиваются в виде комплекса разнородных явлений.
Перенос теплоты может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Процесс переноса теплоты теплопроводностью происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Теплопроводность представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты.
Известно, что при нагревании тела кинетическая энергия его молекул возрастает. Частицы более нагретой части тела, сталкиваясь при своем беспорядочном движении с соседними частицами, сообщают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс распространяется по всему телу. То есть теплопроводность представляет процесс распространения энергии между частицами тела, находящимися друг с другом в соприкосновении и имеющими различные температуры. Например, если нагревать один конец железного стержня, то через некоторое время температура другого его конца также повысится. Перенос теплоты теплопроводностью зависит от физических свойств тела, от его геометрических размеров, а также от разности температур между различными частями тела. При определении переноса теплоты теплопроводностью в реальных телах встречаются известные трудности, которые на практике до сих пор не решены. Эти трудности состоят в том, что тепловые процессы развиваются в неоднородной среде, свойства которой зависят от температуры и изменяются по объему; кроме того, трудности возникают с увеличением сложности конфигурации системы.
Теплопроводность l (или коэффициент теплопроводности) характеризует способность данного вещества проводить теплоту.
Q = (T2 - T1)´l´S/d - тепловой поток через плоские стенки, где d - толщина стенки, S - площадь поверхности стенки, (Т2 - Т1) - разность температур на поверхностях стенки.
Второй вид переноса теплоты - конвекция - происходит только в газах и жидкостях. Этот вид переноса осуществляется при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. Конвекционный перенос теплоты происходит тем интенсивнее, чем больше скорость движения жидкости или газа, так как в этом случае за единицу времени перемещается большее количество частиц тела. В жидкостях и газах перенос теплоты конвекцией всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом осуществляется и непосредственный контакт частиц с различной температурой. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменомобменом; он может быть вынужденным и свободным. Если движение рабочего тела вызвано искусственно (вентилятором, компрессором, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если же движение рабочего тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания, то такой теплообмен называют свободным (естественным) конвективным теплообменом.
В большинстве случаев перенос теплоты осуществляется несколькими способами, хотя часто одним или даже двумя способами пренебрегают ввиду их относительно небольшого вклада в суммарный сложный теплоперенос.
При расчете теплопередачи конвекцией между твердым телом и газом (жидкостью) используют выражение
Qконв = (T2 - T1)´a´S,
где a - коэффициент теплоотдачи от твердого тела к газу,
S - площадь поверхности омываемого твердого тела,
Т2 и Т1 - температуры тела и газа.
При расчете теплопередачи через плоскую стенку используют следующее выражение
Qконв = (T2 - T1)´k´S,
где k - коэффициент теплопередачи (характеризует интенсивность теплопередачи от одного теплоносителя к другому через разделяющую их плоскую стенку);
S - площадь поверхности стенки;
(Т2 - Т1) - разность температур на поверхностях стенки.
Коэффициент теплопередачи расчитывается по формуле
,где d - толщина стенки;
l - коэффициент теплопроводности стенки;
a1 - общий коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки;
a2 - общий коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки.
Общие коэффициенты теплоотдачи методически оцениваются одинаково - как сумма коэффициентов теплоотдачи конвекцией (aкон) и излучением (aизл):
aобщ = aкон + aизл .
Для расчета теплоты, необходимой для нагрева тел, пользуются формулой теплоемкости:
Q = c ´ m ´DТ,
где с - коэффициент теплоемкости тела;
m - масса тела;
DТ - разность начальной и конечной температур тела.
Модель поддержания заданной температуры
Во время работы расстойного шкафа в его камере протекают сложные теплообменные процессы.
Основным источником тепла в расстойном шкафу являются нагревательные элементы (ТЭНы), находящиеся в потоке воздуха, циркуляция которого обеспечивается циркуляционным насосом. Подогретый воздух передает тепловую энергию тестовым заготовкам, прогревая их. Одновременно часть энергии расходуется на прогрев тележек, а часть энергии теряется за счет теплопередачи через стенки расстойного шкафа. При работе системы поддержания заданной влажности вместе с паром в камеру расстойного шкафа также попадает энергия. Следовательно, уравнение теплового баланса расстойного шкафа выглядит следующим образом: