Лекция №4. Источники тепла, топливо и теплоносители

Источники тепла, топливо и теплоносители

1. Источники теплоты и энергоснабжение предприятий общественного питания

2. Характеристика органического топлива

3. Теплоносители

Ключевые слова: тепловая энергия, электроэнергия, газоснабжение, топливо, горение, горючий газ, промежуточные теплоносители.

1. Источники теплоты и энергоснабжение предприятий общественного питания

В качестве источника теплоты в тепловых аппаратах на предприятиях общественного питания используется тепловая энергия, которую получают с помощью электрического тока и органического топлива (газ, мазут, уголь и т.п.).

Снабжение предприятий общественного питания тепловой энергией осуществляется следующими путями:

- электроэнергия по электросетям

- газ по трубопроводам.

Электроэнергия на ПОП поступает от общих понижающих трансформаторных подстанций напряжением 6000 – 10000 В на трансформаторы, Расположенные неподалеку от предприятия, где напряжение трехфазного тока снижается до 400 В. Непосредственно на предприятиях применяется трехфазный ток напряжением 380 В. Качество электроэнергии определяется отклонением величин питающего напряжения от номинальных значений и колебанием частоты тока.

Передача электроэнергии от трансформаторов к электрическим приемникам осуществляется через распределительный щит по проводам и кабелям. В помещениях предприятий общественного питания применяются только изолированные провода и кабели, которые прокладываются открыто (по стенам, потолку) или скрыто (в строительных конструкциях). На распределительных щитах устанавливают счетчики электроэнергии.

Транспортирование газа от места добычи к месту потребления осуществляется по газопроводам, образующим систему газоснабжения. Система газоснабжения должна обеспечивать пропуск необходимого количества газа при допустимых потерях давления в трубопроводе, возможность подключения и отключения отдельных потребителей, а также безопасность работы системы.

В зависимости от максимально допустимого рабочего давления газа различают газовые сети низкого (0 – 2 кПа), среднего (5 – 300 кПа), высокого (300 – 600 кПа) и сверхвысокого (600 – 1200 кПа) давления. На ПОП допускается использовать газ только низкого давления.

2. Характеристика органического топлива

Топливом называются сложные органические соединения, при сгорании которых выделяется теплота.

Горением называется физико-химический процесс соединения горючих элементов с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепловой энергии.

По способу получения топливо подразделяется на естественное и искусственное, которое в зависимости от физического состояния может быть твердым, жидким и газообразным.

Естественное твердое топливо — это антрацит, каменный и бурый уголь, сланцы, торф, дрова. Искусственное — кокс, полукокс, древесный уголь и др.

Естественным жидким топливом является нефть. При ее переработке получают бензин, керосин, мазут и др.

Природные горючие газы добывают из газовых и нефтяных месторождений. Горючий газ представляет собой смесь горючих (моногазов) и негорючих (балластов) компонентов. К горючим моногазам, входящим в газовую смесь, относятся метан CH4, водород Н2, окись углерода СО, сероводород H2S и различные предельные (этан, пропан, бутан и др.) и непредельные (этилен, пропилен, бутилен и др.) углеводороды. К балласту относятся азот N, углекислый газ СО2, кислород О2. Кроме этих составляющих, в газообразном топливе содержатся водяные пары, бензол, парафин, нефть и другие вещества.

В качестве газообразного топлива применяются и искусственные газы, получаемые из твердого или жидкого топлива при его переработке (доменный, коксовый, сланцевый, крекинг-газ и др.). Искусственные газы непосредственно после их получения содержат сероводород, нафталин, аммиак, смолу и другие примеси, от которых их очищают на газовых заводах механическим или химическим путем.

Важнейшими характеристиками топлива являются:

- химический состав,

- теплота сгорания,

- температура воспламенения,

- влажность,

- вязкость.

Одной из характеристик топлива является теплота сгорания. Теплотой сгорания топлива называется коли­чество тепловой энергии, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Теплота сгорания различных видов топлива различна и зависит от содержания в нем горючих элементов, влаги, золы. Чем больше горючих элементов в топливе и меньше влаги и золы, тем выше теплота его сгорания.

Характеристикой топлива также является температура его воспламенения — температура, до которой должна быть разогрета часть топлива (в присутствии воздуха), чтобы затем реакция горения протекала самопроизвольно с выделением теплоты. Так, температура воспламенения водорода 580...590°С, метана— 650...750°С, сероводорода — 290...300°С и т.д.

Необходимым условием горения топлива является нагревание его до температуры воспламенения (вспышки). В результате процесса горения образуются продукты сгорания, представляющие собой механическую смесь газообразных веществ. Продуктами полного сгорания топлива являются: углекислый газ, сернистый газ, водяные пары, часть кислорода, не вступившая в реакцию окисления, азот.

3. Теплоносители

Создать равномерное температурное поле на жарочных поверхностях и в рабочих объемах аппаратов можно различными методами. Наиболее прост в практической реализации метод косвенного обогрева, для которого необходимы промежуточные теплоносители, т.е. среда, передающая теплоту и обеспечивающая «мягкий» обогрев пищевых продуктов в аппаратах.

Виды теплоносителей:

- вода с температурой до 90°С,

- водяной пар с температурой до 200°С,

- органические жидкости с температурой до 300°С,

- влажный воздух с температурой до 300°С,

- топочные газы с температурой до 1000°С.

Максимальная температура продукта при ИК-нагреве обычно достигается на некоторой глубине, зависящей от структуры и влагосодержания продукта и длины волны излучения. В процессе тепловой обработки свойства поверхностных слоев продукта изменяются, что, в отличие от условий традиционного (поверхностного) нагрева, приводит к усилению поглощения ИК-энергии и интенсификации нагрева.

Аналогичный эффект вызывается образованием водяного пара в обрабатываемом продукте, интенсивно поглощающего ИК-излучение с длиной волны более 15 мкм.

Таким образом, благоприятным фактором для ИК-обработки пищевых продуктов является наличие длин волн вблизи 1 мкм в спектре используемого генератора излучения и значительного количества свободной влаги в продукте, т. е. высокого начального влагосодержания исходного продукта.

При описании закономерностей ИК-нагрева поток энергии излучения, падающий на поверхность продукта, разделяют на три слагаемых — отраженный (Qo), поглощенный (Qn) и пропущенный (Qnp) потоки:

Q=Qo + Qп + Qпр

Соотношение между этими составляющими падающего потока может быть весьма различным и зависит от структуры, влагосодержания, температуры, толщины слоя продукта и длины волны ИК-излучения.

Проницаемость некоторых пищевых продуктов для ИК-излучения при длине волны l=1,04 мкм и толщине слоя продукта 2мм:

- мясо свинина 10,6%

- мясо говядина 8,8%

- мясо птицы 18-20%

- бифштекс рубленый 7,55%

- треска 32,5%

Положительным признаком ИК-нагрева является получение равномерной по цвету и толщине корочки поджаривания. Вместе с тем этому способу присущи недостатки: не все продукты можно подвергать ИК-нагреву; при высокой плотности потока ИК-излучения возможен «ожог» продукта.