Тема 7.  общие сведения о топливе и теплоносителях

Виды топлива

Для получения тепловой энергии на предприятиях общественного питания используется энергетическое топливо. К этому виду топлива относятся естественное твёрдое топливо, которое подразделяется на ископаемое (антрацит, каменные и бурые угли, торф, горючие сланцы), древесное (дрова из различных пород дерева), жидкое топливо (мазут), получаемое из нефти.

Антрацит является основным энергетическим топливом – это твёрдый уголь с большим содержанием углерода, малым содержанием влаги и небольшим выходом летучих веществ (5...10%). Антрацит обла­дает высокой химической стойкостью при хранении, большой плотностью и механической прочностью.

Каменный уголь по сравнению с антрацитом содержит меньше углерода, химически устойчив, при хранений практически не выветривается. Влажность каменного угля несколько выше, чем антрацита. Кроме того, каменный уголь характеризуется большой механи­ческой прочностью, малым выходом летучих веществ и устойчивостью к самовозгоранию.

Бурый уголь характеризуется малой теплотой сгорания, пониженным содержанием углерода, повы­шенным содержанием кислорода и влажности и имеет большой выход летучих веществ. Теплота сгорания бурых углей зависит от содержания влаги и выхода золы и колеблется в широких пределах. Бурые угли имеют незначительную твёрдость, а следовательно, малую механическую прочность, обладают способно­стью к окислению и самовозгоранию. При хранении выветриваются, превращаясь в угольную пыль. В связи с этим бурые угли относят к местному топливу, пере­возить их на дальние расстояния нецелесообразно.

Торф является продуктом неполного разложения органических веществ растительного происхождения при избытке влаги с малым доступом воздуха. Обычно свежедобытый торф содержит до 40 % влаги, поэтому его необходимо просушивать перед использованием. Торф является малоэффективным видом топлива, так как имеет низкую теплоту сгорания. Торф – это масса буро-чёрного цвета. По способу добычи различают торф кусковой (определённой формы) и фрезерный (крошка). Торф самовозгорается при неправильном хранении.

Горючие сланцы являются низкокалорийным видом топлива, так же как и торф, относятся к местному топливу. По химическому составу сланцы сходны с нефтью. Сланцы характеризуются повышенной влаж­ностью и зольностью, в органической массе содержат значительное количество водорода, что обусловливает большой выход летучих веществ. Они имеют повышен­ное содержание серы.

Дрова в качестве энергетического топлива при­меняются редко, так как имеют низкую теплоту сгора­ния. Содержание влаги в свежесрубленном дереве составляет 50...60 %. При хранении в течение двух лет влажность снижается до 18...20 %. Дрова харак­теризуются практически отсутствием серы, незначи­тельной зольностью, большим выходом летучих ве­ществ, что обеспечивает хорошую воспламеняемость. Состав органической массы устойчив и практически одинаков для различных пород.

Жидкое топливо – мазут, получаемый из неф­ти, характеризуется большим содержанием углерода и водорода, малым содержанием балласта и имеет высокую теплоту сгорания. Качество мазута зависит от таких показателей, как вязкость, плотность и темпе­ратура воспламенения. Запасы топлива обычно хра­нятся в нефтехранилищах – стальных баках, которые в целях пожарной безопасности располагают под зем­лей. Кроме мазута в качестве жидкого топлива могут применяться дизельное топливо, солярка, керосин.

Потребление отдельного вида топлива на предприятиях обще­ственного питания осуществляется, как правило, совместно с другими его видами. В котельных характерными являются следующие сочетания потребляемых видов топлива – природный газ и мазут; уголь, природный газ и мазут; уголь и мазут и т. д. При этом практика использования топливных ресурсов показала, что раздельное нормирование расхода каждого вида топлива нецелесообразно. Поэтому учёт расхода котельно-печного топлива в производстве в целом по отрасли, министерствам, ведомствам (объединениям) и предприятиям осуществляется в условном исчислении. Условным называется топливо, теплота сгорания которого составляет 29308 кДж/кг.

На предприятиях общественного питания исполь­зование газа как источника тепловой энергии позволяет автоматизировать процесс работы на тепловых аппара­тах. Высокое тепловое напряжение топочного простран­ства способствует уменьшению габаритов тепловых аппаратов, снижению удельных расходов тепловой энергии. Все эти достоинства газа делают его удобным, экономичным, а в некоторых случаях и незаменимым источником тепловой энергии                   для технологических процессов приготовления пищи на предприятиях         обще­ственного питания.

Необходимо отметить и тот факт, что эффективность замены твёрдого и жидкого топлива газом так велика, что средства, затрачиваемые на сооружение газопро­вода, окупаются в три-четыре года. Физико-химической характеристикой горючего газа служит также теплота сгорания, т. е. количество тепло­вой энергии, которое выделяется при полном сгорании определённого количества газа. Различают высшую и низшую теплоту сгорания сухого и влажного газа. Высшая теплота сгорания сухого газа — это теплота сгорания входящего в его состав водорода и его соеди­нений с образованием воды в виде жидкости, т. е. при условии выделения скрытой теплоты парообразования при охлаждении продуктов сгорания. За низшую теплоту сгорания сухого газа принимают теплоту сгорания 1 м³ газа при нормальных условиях и при условии полного сгорания входящего в его состав водорода или его соединений с образованием воды в виде пара, т. е. без использования скрытой теплоты парообразования.

 

Теплоносители

 

С точки зрения тех­нической и экономической целесообразности примене­ния промежуточные теплоносители должны иметь большую теплоту парообразования, малую вязкость; высокие температуры при малых давлениях и возмож­ность их регулирования; необходимую термостойкость; низкую стоимость; коррозиеустойчивость. Любой тепло­носитель может быть в трёх состояниях – твёрдом, жид­ком и газообразном. Однако работать в качестве тепло­носителя он может либо в однофазном состоянии (жидкость), либо в двухфазном (пар – жидкость). К однофазным теплоносителям относятся минеральные масла, которые в рабочем состоянии находятся при температурах ниже температур их кипения. Двухфаз­ные теплоносители (водяной пар, дитолилметан, дикумилметан) в процессе работы находятся одновременно в состоянии пар – жидкость. В таблице 3 представлена классификация теплоносителей и режимы, рекомендуемые при применении теплоносителей в различных тепловых аппаратах.

 

Таблица 3 – Классификация теплоносителей

Теплоноситель	Рекомендуемые режимы		Аппараты
	Температура	Давление
Вода	До 90	Атмосферное	Мармиты, термостаты
Водяной пар	До 200	Выше атмосферного	Автоклавы, котлы, пароварочные шкафы
Органические жидкости: - глицерин - этиленгликоль	До 180 До 200	Атмосферное	Сковороды, шкафы, мармиты, котлы, автоклавы
Диарилметаны: - дикумилметан ДКМ - дитолилметан ДТМ	До 300 До 300	Атмосферное	Линии варочных и жарочных аппаратов
Кремнийорганические жидкости: - ПФМС-4 - ПФМС-5 - ФМ-6			Сковороды, шкафы, мармиты, котлы, автоклавы
Топочные газы	До 1000	Атмосферное
Влажный воздух	До 300	Атмосферное	Пекарные шкафы

 

Вода. Вода используется в тепловых процессах как теплоноситель (греющая среда) для непосредственного нагрева пищевых продуктов (варка), как промежуточ­ный теплоноситель в греющих рубашках аппаратов, работающих в одно- и двухфазном состоянии. Горячая вода как теплоноситель применяется пре­имущественно в аппаратах для поддержания готовой продукции в горячем состоянии. По сравнению с влаж­ным насыщенным паром горячая вода имеет ряд недо­статков: более низкий коэффициент теплоотдачи, нерав­номерное температурное поле вдоль поверхности тепло­обмена, высокая тепловая инерционность аппарата, что затрудняет регулирование теплового режима нагре­ваемой среды.

Водяной пар. Пар – один из наиболее широко при­меняемых теплоносителей. К его основным достоин­ствам относятся: высокий коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке теплообменника; постоянство температуры конденсации (при данном давлении); возможность достаточно точно поддержи­вать температуру нагрева, а также в случае необхо­димости регулировать её, изменяя давление пара. Основным недостатком водяного пара является значительное возрастание давления с повышением температуры. Поэтому насыщенный водяной пар при­меняется для процессов нагревания только до умерен­ных температур (150 °С). Использование водяного пара в сравнитель­но небольших тепловых аппаратах, предназначенных для предприятий общественного питания, приводит к значительному увеличению их металлоёмкости (из-за повышенного давления пара). Кроме того, требуется организация котельного хозяйства, включающего в себя паровые котлы, разнообразное вспомогательное обору­дование (насосная установка, аппараты тягодутьевой группы, деаэраторы, приборы химводоочистки и др.). Если при сравнительно больших объёмах потребления пара на предприятиях пищевой промышленности подоб­ное хозяйство оправдано, то для малых тепловых, аппа­ратов общественного питания при объёмах потребления пара до 0,5 т./ч организация его нецелесообразна.

Органические жидкости. Органические высокотемпературные теплоносители диарилметаны (дитолилметан – ДТМ и дикумилметан – ДКМ), а также дифенильная смесь (даутерм – А) эффективно и устойчиво работают в двухфазном состоянии, так как представ­ляют собой изоляторы с практически постоянным зна­чением физических констант. Они имеют высокие температуры кипения ДМТ – 296°С; ДКМ – 336 °С и сравнительно низкие температуры затвердевания ДТМ – 32°С; ДКМ – 24°С. Теплоносители тер­мостойки в пределах температур до 350°С и не оказы­вают корррозионного воздействия на металлы. При обогреве поверхностей нагрева двухфазным теплоносителем при атмосферном давлении отпадает необходи­мость регулировать его объём, так как при кипении температура сохраняется постоянной по всему объёму, занятому обеими фазами. Применение теплоносителей в двухфазном состоянии значительно уменьшает количество жидкости, заливаемой в греющие камеры, что позволяет экономить топливо, газ, электроэнергию и сокращает время разогрева. При применении высоко­температурных органических теплоносителей греющие камеры необходимо герметизировать для защиты окру­жающей среды.

Топочные газы. В качестве теплоносителя приме­няют продукты сгорания топлива, которые с помощью тяговых устройств проходят по газоходам аппаратов, охлаждаются и выводятся в атмосферу. При выходе из топки они имеют высокую температуру от 300 до 800 °С и обогревают поверхности нагрева аппарата. При сжи­гании 1 кг или 1 м топлива выделяется теплота, равная теплоте сгорания топлива, зависящая от его состава и отнесённая к рабочей, сухой или горючей массе топлива. Продукты сгорания после обогрева рабочих элемен­тов тепловых аппаратов используются как вторичные энергоресурсы при обогреве различных теплогенерирующих устройств. К недостаткам топочных газов следует отнести неравномерность нагрева, трудность регулиро­вания температуры, низкий коэффициент теплоотдачи от газа к стенке (не более 35...60 Вт/м²К), отложение на теплопередающих поверхностях сажи и увеличение её термического сопротивления.

 

 

Тема 8. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕПЛОВЫМ АППАРАТАМ

8.1. Общие требования к тепловым  аппаратам

Применяемые на предприятиях общественного питания аппараты и тепловое оборудование отличаются устройством, прин­ципом действия, конструктивным исполнением, назна­чением и правилами эксплуатации. Однако можно выделить общие требования, предъявляемые к тепловым, аппаратам, которые условно группируют на: техноло­гические; эксплуатационные; энергетические; экономи­ческие; техники безопасности и охраны труда; техниче­ской эстетики. Все приведенные группы требований связаны и взаимообусловлены между собой – одна группа требований предопределяет другие.

 

· Технологические требования. Конструкция аппарата должна прежде всего удовлетворять технологическим требованиям процесса тепловой обработки продуктов. Технологические требования заключаются в макси­мально возможном соответствии режима работы, пара­метров, устройства рабочей камеры, загрузочного и разгрузочного устройства аппарата физическим и хими­ческим изменениям, происходящим в пищевых продук­тах при их тепловой обработке, которая существенно влияет на качество готового продукта.

Под технологическими параметрами понимают тем­пературу и давление в аппарате, скорость движения продукта через аппарат и т. д. При этом необходимо, чтобы конструктивные и эксплуатационные показатели аппарата обеспечивали оптимальные режимы техноло­гического процесса, т. е. прохождение процесса должно осуществляться за возможно минимальный промежуток времени с получением наилучшего результате (высокие органолептические показатели, максимальное сохранение пищевых, ароматических и вкусовых ве­ществ, максимальный выход и другие качественные показатели готового продукта).

Соответствие конструкции аппарата требованиям технологического процесса является наиболее важным фактором в повышении качества кулинарной продукции. В связи с этим на предприятиях общественного питания эксплуатируется большое количество специализирован­ных аппаратов, предназначенных для реализации од­ного или нескольких технологических процессов (котлы, фритюрницы, сковороды, кипятильники, шкафы и др.), наиболее полно удовлетворяющих требованиям кон­кретного процесса.

 

· Эксплуатационные требования. Данные требования выражают соответствие режима работы, конструктив­ных особенностей машины или аппарата его рацио­нальной эксплуатации. Эксплуатационные требования к аппаратам предусматривают в качестве непременного условия простоту их обслуживания с минимальной затратой труда; устойчивость к коррозии, которая может возникнуть при воздействии обрабатываемых продуктов, окружающей среды и моющих средств; доступность аппарата для осмотра, чистки, ремонта; бесперебойность и бесшумность в работе. Эксплуата­ционные требования предопределяют необходимость автоматизации контроля и регулирования технологического процесса. Автоматизация обеспечивает постоян­ство заданного технологического режима в аппарате, упрощает его обслуживание, ведёт к уменьшению численности обслуживающего персонала и способствует повышению качества кулинарной продукции.

 

· Энергетические требования. Энергетические требо­вания отражают возможность машины или аппарата затрачивать минимальное количество энергии на выпол­нение технологического процесса, т. е. аппараты долж­ны быть энергосберегающими. Существенным резервом улучшения энергетических показателей тепловых аппаратов является снижение потерь теплоты. Одним из основных энергетических показателей работы аппаратов является удельный расход энергии на единицу готовой продукции.

 

· Конструктивные требования. Сущность этих требо­ваний заключается в соответствии конструкции аппарата современным условиям машиностроения. Конст­руктивные требования, предъявляемые к аппаратам, связаны с их проектированием, изготовлением, транс­портировкой и монтажом. Важными конструктивными требованиями являются:

- технологичность, т. е. соответствие конструк­ции и материалов технологии машиностроения в усло­виях массового производства. Технологичность аппара­тов должна выдерживаться в течение всего цикла его производства – начиная от заготовки деталей и кончая испытанием готовых машин и аппаратов;

- унификация и нормализация деталей и узлов, максимальное использование стандартизированных деталей и изде­лий. Соблюдение этих требований повышает серий­ность и технологичность оборудования;

- секционность, которая улучшает условия его эксплуатации, облегчает разработку, перемещение и сборку при монтаже и ремонте;

 - техническое совершенство, работоспо­собность и надёжность. Техническое совер­шенство аппарата характеризуется периодом, в течение которого аппарат по своим основным показателям соответствует современному уровню развития техники; под надёжностью машины или аппарата понима­ется их способность выполнять свои технологические функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемой наработки;

- наработка – это продолжительность или объём работы машины или аппарата, измеряемые в единицах времени или весовых (объёмных) единицах по перерабатывае­мому сырью;

Надёжность машины или аппарата зависит от их безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Количественно она может быть оценена как произведение вероятности безотказной работы в течение заданного времени и коэффициента оптималь­ного технического использования машины или ап­парата.

Безотказность характеризует способность маши­ны или аппарата сохранять работоспособность в тече­ние некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность – это способность машины или ап­парата сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для техниче­ского обслуживания и ремонта. Долговечность харак­теризуется ресурсом или сроком службы до одного из видов ремонта.

Ремонтопригодность характеризует приспособленность машины или аппарата к предупреждению, обна­ружению и устранению отказов и неисправностей.

Сохраняемость отражает свойство машины или аппарата сохранять эксплуатационные показатели в процессе их хранения и транспортировки.

Конструктивными достоинствами аппарата являют­ся также простота его устройства, небольшая масса и размеры, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобство эксплуатации.

 

· Экономические требования. Данные требования отражают минимальные затраты на изготовление, мон­таж и эксплуатацию машины или аппарата при сохра­нении их высоких технико-экономических показателей. К числу таких показателей относятся: удельная производительность, удельный расход энергии, металлоём­кость, коэффициент полезного действия.

Удельная производительность – это ко­личество продукции, выпускаемой машиной или аппа­ратом в единицу времени, отнесённое к объёму рабочей камеры или площади рабочей поверхности:

 

Q_уд = Q_T / V_T или Q_уд = Q_T/F₀,                                                                        (16)

 

где Q_T – теоретическая производительность, кг/с; V₀ – объём рабочей камеры аппарата, м³; Р₀ – площадь рабочей поверхности, м².

 

Чем выше показатель удельной производительности, тем больше технические возможности машины или аппарата, тем конкурентоспособнее она в сравнении с другими аппаратами, выполняющими аналогичные технологические операции.

Удельная металлоёмкость – это количе­ство металла, приходящегося на единицу выпускаемой продукции:

 

m_уд = М/ Q_T,                                                                                                    (17)

 

где М— масса машины или аппарата, кг.

 

Чем меньше удельная металлоёмкость, тем эконо­мичнее и дешевле машина или аппарат, а следова­тельно, ниже расход на её амортизацию и ремонт.

 

· Требования техники безопасности и охраны труда. Безопасность работы аппаратов и удобство их обслужи­вания являются важнейшими требованиями, предъяв­ляемыми к аппаратам. Аппараты рассчитывают и изготовляют с надле­жащим запасом прочности, оборудуют предохранитель­ными устройствами и ограждают движущиеся их части. Температура наружных ограждений аппаратов не должна вызывать ожогов при соприкосновении с ними. Электрические аппараты должны отвечать всем требо­ваниям электробезопасности и иметь надёжное зазем­ление или зануление. У газового оборудования должны быть предусмотрены устройства, исключающие попада­ние газа и вредных продуктов сгорания в помещения.

· Требования технической эстетики и эргономики. При разработке конструкции аппаратов и машин требо­вания технической эстетики в самом общем виде сво­дятся к тому, чтобы всё производимое человеком было не только полезно, но и красиво. Надлежащий внешний вид аппарата в сочетании с рациональным цветовым оформлением, освещённостью и микроклиматом в цехе снижает зрительное и общее утомление работников, облегчает труд, повышает его производительность, способствует получению продукции высокого качества. Размеры аппаратов, расположение пультов управления и их форма должны удовлетворять требованиям эрго­номики и антропологическим особенностям человека. Это снижает утомляемость обслуживающего персонала и также приводит к повышению производительности труда.

Следует отметить, что при создании новых, совер­шенных тепловых аппаратов все вышеперечисленные требования следует рассматривать в едином комплексе.