Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Всякое настоящее образование добывается

только

путем

самообразования.

РУБАКИН НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ (1862-1946)

русский библиограф и писатель

Глава 18

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ

ВЫПЕЧКИ И ОБЖАРКИ ПИЩЕВЬЕК СРЕД

Выпечка - нестационарный процесс теплообмена с изменением агрегатного и

коллоидного состояния материала, сопровождающийся перемещением и испарени-

ем влаги.

В пекарной камере происходят все виды передачи теплоты к тестовым заготов-

кам (излучение, конвекция и теплопроводность). Под воздействием теплоты и влаги

в тесте протекают взаимосвязанные между собой физические, биохимические, мик-

робиологические и коллоидные процессы.

Шпарка и опаливание - поверхностная тепловая обработка сырья и мясопро-

дуктов в целях их подготовки к дальнейшей переработке.

Обжарка - процесс тепловой обработки продуктов при температуре

120...

160 °С с использованием промежуточного теплоносителя (растительного или

животного жира), контактирующего с сырьем. При обжаривании удаляется, глав-

ным образом, свободная влага, выделившаяся из клеток после их плазмолиза под

действием высокой температуры.

Влаготепловая обработка (жарение) включает два этапа: увлажнение капель-

ной влагой или водяным паром до заданной величины и последующая сушка пере-

мешиваемого слоя материала при кондуктивном теплоподводе до заданной влажно-

сти и температуры.

Запекание - объемная тепловая обработка мясного сырья с целью придания го-

товому изделию лучшего вкуса, аромата и более нежной консистенции.

Не надо искать старое в

новом,

а надо

находить новое

старом.

ФРЕНКЕЛЬ ЯКОВ ИЛЬИЧ (1894-1952),

физик-теоретик, член-корреспондент АН СССР

18.1 НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫПЕЧКИ

И ОБЖАРКИ ПИЩЕВЫХ СРЕД

Теоретический расход теплоты на выпечку Ф (кДж/кг) в расчете на 1 кг горячих

изделий включает расход теплоты на нагрев теста, испарение влаги из него и пере-

грев образующегося из этой влаги пара до температуры смеси, выходящей из пекар-

ной камеры

Ф = ф(*'„ -) + *

)+ (т

+ Wc

){t

-t

где ф - упек, отнесенный к массе горячей продукции, кг/кг;

i„

- удельная энтальпия

перегретого пара при температуре камерной смеси в пределах 180...250 °С и атмо-

сферном давлении, кДж/кг; 4 - удельная энтальпия воды в тесте, поступающем в

пекарную камеру, кДж/кг; т

- масса корки на 1 кг горячей продукции, кг/кг; т

содержание сухого вещества в мякише 1 кг горячего изделия, кг/кг; с

, с

а с

—

соот-

152

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

ветственно удельные теплоемкости корки, сухого вещества мякиша и воды в изде-

лии, кДж/(кг-К); t

, t

и t

- температуры корки, теста (поступающего в пекарную

камеру), мякиша горячей продукции, °С (t

= 130 °С, ?,„ = 30 °С, ?„ = 98 °С); W - об-

щая влажность 1 кг изделия в момент выхода из пекарной камеры, кг/кг.

Весь процесс выпечки делится на три периода. Первый период выпечки харак-

теризуется интенсивным внешним тепло- и массообменом, в результате которого

осуществляется прогрев тестовой заготовки и увеличение ее массы за счет конден-

сации пара. Во втором периоде выпечки начинается углубление зоны испарения,

сопровождающееся повышением температуры теста-хлеба и образованием корки. В

третьем периоде выпечки образование корки и структуры мякиша препятствует

дальнейшему увеличению объема хлеба, при этом скорость испарения становится

постоянной.

В процессе выпечки объем тестовой заготовки увеличивается за счет увеличе-

ния объема пор под действием термического расширения в них газа (воздуха и ди-

оксида углерода). Структурно-механические свойства теста-хлеба при этом изменя-

ются в зависимости от влажности и температуры, кроме этого фиксируется его по-

ристая структура и происходит стабилизация формы хлеба.

При перемещении паровоздушной среды плотность потока пара j„ [кг/(м

-с)] к

поверхности тестовых заготовок можно определить по формуле

j„=bg/(Lx-F),

где Ag - приращение массы конденсата за время Ат, кг; F - площадь поверхности

тестовой заготовки, на которой конденсируется пар, м

Этому потоку массы пара эквивалентен удельный поток теплоты q

(кВт/м

выделившейся при конденсации пара

Чк

nJn>

где

г„

- удельная теплота перегрева пара, кДж/кг.

Количество пара j„ [кг/(м

-с)], конденсирующегося на поверхности изделия,

можно определить из уравнения

j„=a(T

-T„)/[r + c

-T„)],

где а - коэффициент теплоотдачи при конденсации пара, кВт/(м

-К); г - удельная тепло-

та фазового перехода, Дж/кг;

с„

- удельная теплоемкость пара, Дж/(кг-К); Т

и Т„- соот-

ветственно температура паровоздушной смеси и поверхности тестовой заготовки, К.

Коэффициент теплоотдачи определяют из уравнения

\т

пп^ 0,69 1,68^-3,47

где Nu - число Нуссельта; Аг - число Архимеда; е„

—

объемное содержание пара в

паровоздушной среде; Q

пп

/ Т

—

температурный симплекс, равный отношению

температуры перегретого пара к температуре пара, поступающего из пароувлажни-

тельного устройства.

Процесс обжаривания делится на два периода. В первый период обжарки темпе-

ратура 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. Во второй период обжарки температура постепенно повыша-

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки 153

пищевых сред

Почему у меня такие хорошие студенты?

Да потому что я сам не очень умный.

ЭРЕНФЕСТПАУЛЬ (1880-1933),

австрийский физик-теоретик *

18.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Промышленные печи, применяемые для кондитерского и хлебопекарного про-

изводства, классифицируются:

- по технологическому признаку (универсальные и специализированные);

- по производительности (малой производительности с площадью пода до 8 м

средней производительности - до 25 м

, большой производительности - свыше 25 м

);

- по способу обогрева пекарной камеры (жаровые, с канальным обогревом, с

пароводяным обогревом, с газовым обогревом, с электрообогревом, со смешанным

обогревом);

- по типу пекарной камеры (тупиковые, сквозные);

ется, приближаясь к температуре масла. В этот период происходят глубокие биохими-

ческие процессы, обусловливающие вкус и запах обжаренного продукта.

В первый период обжарки интенсивность теплообмена определяется коэффици-

ентом теплоотдачи от масла к продукту путем конвекции. Во второй период из-за

образовавшейся корочки, имеющей на поверхности температуру, близкую к темпе-

ратуре масла, интенсивность теплообмена определяется уже коэффициентом тепло-

проводности корочки и ее толщиной.

При равновесии процесса, когда теплота, поступившая от пара к маслу, равна

теплоте, отданной маслом продукту, интенсивность теплообмена записывается за-

висимостями:

- для первого периода

kFx{T

-T

x[T

-T

);

- для второго периода

kFx{T„ - Т

)(3 = (к

/5,)F„

x(T

- Т

ис

„),

где к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м

-К); F - площадь поверхности нагрева, м

;

т - продолжительность теплообмена, с;

Т„

и Т

- температура пара и масла, К;

р*

- ко-

эффициент, учитывающий теплоту, воспринятую продуктом ф = 0,6...0,7); а - коэф-

фициент теплоотдачи от масла к продукту, Вт/(м

-К); F„

- площадь поверхности про-

дукта, соприкасающейся с маслом, м

; Т

пр

- температура на поверхности продукта, К;

- коэффициент теплопроводности корочки продукта, Вт/(м

-К); 8

- толщина ко-

рочки продукта, м;

исп

- температура испарения влаги в продукте, К.

Анализ приведенных зависимостей обжаривания показывает, что скорость дви-

жения масла вдоль поверхности интенсифицирует теплообмен только в первый пе-

риод обжарки, когда еще нет корочки и передача теплоты осуществляется главным

образом конвекцией, а испарение влаги происходит в поверхностных слоях продук-

та. Во второй период, когда образуется корочка со значительным термическим со-

противлением, скорость масла вдоль поверхности продукта очень мало влияет на

интенсивность теплообмена.

ческ

ние

хнологи

назначе

Промышленные печи

Классификационный признак

степень

ширина способ обогрева

производительность механизации пода пекарной камеры

<и

(О

(Я

ет

<L>

о о

(N fi

О о

IA1

СЧ

СЗ СО

о О

с с

св

Я я

S я

о. ft

к я

га

СО

е-

со

е-

о.

СЗ

)Я

СО

сЗ

Я р

со о

к О

>укт

енн

н О

шо

ос

Рис.

18.1 Классификация промышленных печей

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки 155

пищевых сред

- по степени механизации (со стационарным подом, с выдвижным подом, с кон-

вейером подачи и электроприводом).

На рис. 18.1 представлена классификация промышленных печей.

Технологический признак определяет специализацию печи и ассортимент вы-

рабатываемой продукции. По специализации современные печи и печные агрегаты

разделяются на хлебопекарные, кондитерские, бараночные, пряничные, для выра-

ботки национальных и специальных сортов мучных изделий. По ассортименту вы-

рабатываемой продукции печные агрегаты можно разделить на:

- универсальные печи (могут вырабатывать хлебобулочные, кондитерские, ба-

раночные изделия различных сортов и массы в широком диапазоне);

- специализированные печи и агрегаты (вырабатывают ограниченный ассорти-

мент баранок, печенья, пряников, формовых сортов хлеба или определенные подо-

вые сорта хлебобулочных изделий).

По способу обогрева пекарной камеры все печи разделяются на следующие виды:

- печи с регенеративным обогревом (жаровые печи, в которых рабочая камера

одновременно является и топочной, в которой периодически сжигается определен-

ная порция топлива);

- печи с канальным обогревом (теплоносителем являются продукты сгорания,

проходящие по системе каналов, через поверхность теплообмена которых теплота

передается в пекарную камеру к тесту-хлебу);

- печи с пароводяным обогревом (теплоносителем является пароводяная смесь

высокого давления, циркулирующая в толстостенных нагревательных трубках);

- печи с газовым обогревом (этот способ обеспечивает сжигание газа в пекар-

ной камере);

- электрические печи (используют трубчатые электронагреватели, светлые из-

лучатели, токи высокой частоты, а также контактный способ прогрева);

- печи с комбинированным (смешанным) обогревом (используется комбинация

каналов и пароводяных трубок, а также другие варианты способов обогрева).

Пекарные камеры современных печей бывают двух типов:

- тупиковые (посадка тестовых заготовок на под и выгрузка готовой продукции

производятся через одно и то же посадочное отверстие);

- проходные (посадка и выгрузка продукции осуществляется через отверстия,

расположенные с противоположных сторон печи, и при двухниточном конвейере

образуется наибольшая холостая ветвь, примерно равная половине всей его длины).

В печах с пластинчатым, ленточным или сетчатым конвейером проходная пе-

карная камера имеет форму длинного туннеля высотой 300...400 мм. Такие печи

называются туннельными.

Оборудование для обработки поверхности мясного сырья периодического и

непрерывного действия подразделяется на аппараты для шпарки туш свиней, шер-

стных и слизистых субпродуктов, а также на оборудование для опаливания, состоя-

щее из опалочных печей и факельных горелок.

На рис. 18.2 представлена классификация оборудования для обработки поверх-

ности мясного сырья.

Обжарочные аппараты, работающие при атмосферном давлении и под вакуу-

мом, классифицируются:

- по виду тепловой обработки (жарка, тушение, припускание, пассерование);

- по способу передачи теплоты (конвекция, теплопередача, лучеиспускание);

156

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

- по виду греющей среды (без добавления жира, в малом количестве жира, в

большом количестве жира - во фритюре).

Оборудование для обработки поверхности мясного сырья

Аппараты для шпарки

Оборудование для опаливания

>ные

ванны

се

В"

>ные

ванны

е каме

я *

>ные

ванны

ны

ил

ль

пар

mpi

ари

1—1

Шп

Рис.

18.2. Классификация оборудования для обработки поверхности мясного сырья

В зависимости от вида теплоносителя различают жаровни с обжариванием в го-

рячем масле, в потоке горячего воздуха, под воздействием ИК-лучей. В жаровнях с

паровым обогревом используют водяной пар давлением 0,8... 1,2 МПа, который

подводят в нагревательные камеры.

Обжарочные аппараты, печи для запекания и жаровни

с огневым

обогревом

со

ли

со

с Я

то

пгг

S о

о N

бразн

[ДКОМ

аз

Св

сз

с паровым обогревом

cj Я

ft S

Ц св

со

е-

ft л

О) та

со

>я §

о я

с электро-

обогревом

ляны

атель

св

О ю

& о

н о

CD ft

эл>

ект

с комбиниро-

ванным

обогревом

-е-

сз

СО

Я аз

ft S

со

СЗ

Рис.

18.3 Классификация обжарочных аппаратов, печей для запекания и жаровен

Припускание осуществляется при условии, что жидкость составляет 10...

% мас-

сы сырья, а тушение может быть отнесено к комбинированным тепловым процессам (из-

делия выдерживают определенное время в жидкой среде при температуре

80...

100 °С).

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки

пищевых сред

157

По принципу действия обжарочные аппараты могут быть периодического дей-

ствия (сковороды, фритюрницы, грили, мангалы, жарочные шкафы) и непрерывного

действия (ИК-аппараты, автоматы для жарки пончиков и пирожков, жаровни).

На рис. 18.3 представлена классификация обжарочных аппаратов, печей для запе-

кания и жаровен.

Печь РЗ-ХПА (рис. 18.4) состоит из тупиковой пекарной камеры 3, топочного

устройства 9, трубчатых обогревательных каналов: каналов 4, 5 для обогрева теста-

хлеба на верхней ветви 6 конвейера и двух каналов - 12 и 77 для обогрева теста-

хлеба на нижней ветви 10 конвейера.

Внутри пекарной камеры размещены пароувлажнительное устройство 1 и лю-

лечно-подиковый конвейер с верхней ветвью 6 и нижней 10. Конвейер приводится в

движение приводным валом 75, на котором закреплены ведущие звездочки 14. На-

тяжение цепей конвейера осуществляется натяжным валом 7 и ведомыми звездоч-

ками 8.

Втулочно-роликовые цепи конвейера поддерживаются верхними 2 и нижними

13 направляющими из уголковой стали, которые крепятся к консоли из уголков. К

цепям с шагом звена 140 мм через каждые три звена шарнирно подвешено 36 люлек

длиной 2000 мм и шириной 350 мм с вкладными подиками из листовой стали. При

выпечке формового хлеба могут быть использованы узкие люльки размером

2000x220 мм. Такие люльки подвешиваются через каждые два звена (280 мм). Число

таких люлек на конвейере 54.

Движение конвейера прерывистое, управление продолжительностью останова и

пуском конвейера осуществляется с помощью реле времени. Останов конвейера

осуществляется с помощью устройства, состоящего из кулачка, укрепленного на

валу червячного колеса редуктора. После полного оборота колеса кулачок своим

выступом нажимает на шпиндель концевого выключателя, разрывает цепь и обесто-

чивает катушку магнитного пускателя. Вследствие этого электродвигатель останав-

ливается и движение конвейера прекращается.

Электродвигатель включается с помощью реле времени, позволяющего регули-

ровать продолжительность оборота печного конвейера в зависимости от выпекаемо-

го ассортимента и массы изделий.

На рис. 18.5. приведена схема газоходов системы обогрева. Газ или жидкое топ-

ливо поступают в горелочное устройство 4 (газовую горелку или форсунку).

Сжигание топлива происходит в цилиндрической футерованной огнеупорным

материалом камере сгорания 5 топочного устройства 6. Продукты сгорания с высокой

температурой направляются в цилиндрическую камеру смешения 7, куда поступает

также поток рециркуляционных продуктов сгорания с температурой уходящих газов.

...только исключительные люди совершают

открытия, кажущиеся нам впоследствии такими

легкими и простыми. Это означает, что требуются

очень глубокие знания, чтобы заметить

простейшие, но подлинные отношения вещей

между собой.

ЛИХТЕНБЕРГ ГЕОРГ КРИСТОФ (1742-1799),

немецкий писатель, литературный

и театральный критик, ученый- физик

18.3 ПЕЧИ С КАНАЛЬНЫМ ОБОГРЕВОМ

158

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Рис.

18.4 ПечьРЗ-ХПА

Смесь продуктов сгорания из камеры смешения 7 направляется в малоинерцион-

ную канальную систему обогрева, выполненную из стальных тонкостенных труб. Тем-

пература продуктов сгорания на выходе из камеры смешения порядка 400.. .600 °С.

Из камеры смешения 7 (рис. 18.5) через патрубки 5 продукты сгорания через га-

зоходы 8 направляются в боковые газоходы 2, а затем в трубчатые каналы верхнего

контура обогрева 7 и одновременно (параллельно) в каналы нижнего контура обог-

рева 3. В боковых стенках печи имеются сборные газоходы 19 и 77. В этих газохо-

дах установлены настроечные шиберы 20 и 18 для верхнего и нижнего контуров

обогрева. При наладке печи с помощью этих шиберов регулируется равномерное

поступление продуктов сгорания в каждый канал системы обогрева. Этим обеспечи-

вается необходимый подвод теплоты в пекарную камеру.

В выходных патрубках 16 обоих контуров обогрева имеются регулировочные

шиберы 75. С их помощью можно регулировать величину потоков продуктов сгора-

ния, поступающих в верхний и нижний контуры системы обогрева.

Такая система регулирования тепловых потоков относительно печного конвей-

ера позволяет устанавливать оптимальные тепловые режимы для выпечки разнооб-

разного ассортимента хлеба и хлебобулочных изделий.

Сборные газоходы 76 от кон-

20^ "

туров обогрева присоединяются к

общему сборному газоходу 14, ко-

торый в свою очередь присоединен

к дымососу 13.

Часть общего потока продук-

тов сгорания с температурой ухо-

дящих газов из дымососа по газо-

ходу 12 направляется в дымовую

трубу 77, а другая часть потока

следует по газоходу 9, присоеди-

ненному к топочному устройству,

на рециркуляцию. На газоходе 9

установлен регулировочный шибер

10, позволяющий регулировать до-

Рис.

18.5 Схема газоходов системы обогрева

печи РЗ-ХПА

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки 159

пищевых сред

Производительность, т^сут:

по нарезным батонам массой 0,4...0,5 кг

13...

по формовому хлебу 20...22

Рабочая площадь пода, м

25,2

Число люлек, шт 36

Ширина пода (длина люльки), мм 2000

Шаг цепи люлечного конвейера, мм 140

Пределы регулирования продолжительности выпечки, мин 10... 100

Вид топлива газ, жидкое

Удельный расход условного топлива, кг на 1 т хлеба 27...30

Расход пара (при выпечке пшеничных сортов хлеба), кг/ч 50...120

Установленная мощность электродвигателя, кВт:

привода конвейера 1,1

дымососа 2,2

транспортера готовой продукции 0,55

Суммарная мощность электродвигателей, кВт 3,85

Габаритные размеры, мм 7900x3300x3800

Масса печи, т 13

в том числе металлоконструкции, т 12

Печь ФТЛ-2-66 (рис. 18.6) относится к группе конвейерных люлечных тупико-

вых печей средней мощности с канальным обогревом пекарной камеры. Эта печь по

вырабатываемому ассортименту универсальна и предназначена для выпечки хлебо-

булочных, бараночных и сухарных изделий всех наименований, а также многих ви-

дов мучных кондитерских изделий.

Печь состоит из топки 1, пекарной камеры 2, цепного конвейера 3 с люльками 4

и приводного механизма. Топка печи приспособлена для сжигания дров, угля, мазу-

та и газа. При сжигании угля применяется воздушное дутье. Воздух от центробеж-

ного вентилятора поступает под колосники и через отверстия в них проникает в

слой топлива. Горячие газы направляются из топки 1 по нижнему кирпичному кана-

лу, передающему тепло пекарной камере 2 через свод по двум вертикальным кана-

лам, расположенным в боковых стенках печи, и далее направляются в металличе-

ский радиатор, а затем поднимаются в каналы верхнего газохода.

Цепной конвейер представляет собой две пластинчатые шарнирные цепи с ша-

гом 140 мм, перекинутые через три пары блоков 5, укрепленных на валах. Между

цепями подвешены люльки 4. Для выпечки формового хлеба люльки делают из

уголковой стали в виде рамок, в которые вставляются секции из форм, а для подо-

вых изделий применяются люльки с подиками из листовой стали с бортами с трех

сторон. Всего в печи имеется 24 люльки шириной 1920 мм и длиной 350 мм.

Для выпечки формовых изделий на конвейере размещаются 36 люлек длиной 220

мм,

с шагом их подвески 280 мм. На такой люльке устанавливаются 16 форм разме-

ром 235x115 (поверху). Конвейер с люльками приводится в движение от электро-

двигателя, соединенного ременной передачей с редуктором, а последний через цеп-

ную передачу соединен с приводным валом.

лю потока продуктов сгорания, поступающего на рециркуляцию.

Техническая характеристика печного агрегата РЗ-ХПА

160

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

4295

Рис.

18.6 Печь ФТЛ-2-66

Движение конвейера печи прерывистое. Регулировка продолжительности вы-

печки осуществляется с помощью реле времени в пределах от 7 до 100 мин за счет

изменения времени остановки (выстоя) печного конвейера.

Для увлажнения среды пекарной камеры в первой зоне над четырьмя люльками

установлена гребенка трубок 6 диаметром 50 мм с отверстиями, обращенными в

сторону конвейера.

Пар поступает из двухтрубчатых парогенераторов диаметром 200 мм, установ-

ленных в газоходах, расположенных внизу боковых стен кладки печи, или из ко-

тельной предприятия. Избыток пара из пекарной камеры удаляется через канал 7,

перекрываемый шибером, ручка 8 которого выходит к месту посадки. Паровытяж-

ной канал соединен с боровом печи.

Посадка тестовых заготовок или форм с тестом и выем готовых изделий произ-

водятся через посадочное отверстие. Включив электродвигатель привода печи, сле-

дят, когда загорится сигнальная лампа реле, и, открыв дверцу, производят посадку

тестовых заготовок на подошедшую к посадочному отверстию люльку. По истече-

нии установленного времени реле автоматически включает электродвигатель при-

вода, а загруженная тестом люлька передвигается в верхнюю зону пекарной камеры.

Последующая загрузка печи производится в той же последовательности до момента,

когда первая загруженная люлька подойдет к отверстию под разгрузку. Сняв гото-

вые изделия, люльку загружают вновь.

Печь ХПП-25 (рис. 18.7) состоит из камеры увлажнения 1, пекарной камеры 3 и

топки 9. В пекарной камере расположены четырехъярусный люлечно-подиковый