哈尔滨商业大学食品机械第4章焙烤机械

第四章焙烤机械食品机械哈尔滨商业大学第一节概述一、什么是焙烤机械？完成焙烤操作的机械叫焙烤机械。特点：执行机构简单设计内容：1、提供足够的热源。2、热源选择、布置合理。3、保温节能。4、炉体结构尺寸合理。5、炉温可控制、炉内潮气可排除。1、按热源分：普通电炉电炉远红外电烤炉微波炉煤炉燃气炉木炭炉二、分类2、按结构形式分：箱式炉链条隧道炉隧道炉网带隧道炉钢带隧道炉风车炉水平旋转炉1、热传导接触传热2、热对流介质传热自然对流)(21ttFLkQ传25.121)(ttKFQ对第二节加热原理一、热交换形式3、热辐射载能电磁波传热])100()100[(42411TTCFQ辐式中：C—辐射换热系数F1—辐射体表面积T1、T2—分别为辐射体积受热体温度当辐射体完全被加热物包围时)11(12211FFCCb式中：F2—受热物表面积ε1、ε2—分别为辐射体及受热体的辐射率Cb—黑体的辐射系数Cb=4.88千卡/米2.时.K4∵F2F1∴C≈ε1Cb∴])100()100[(884424111TTFQ辐1、红外线可见光红光端以外一段区域内不可见的光线波长：0.76-1000μm根据波长不同可将红外线分为：近红外线：0.76-1.4μm中红外线：1.4-3μm远红外线：3-1000μm红外线遵循可见光的反射、吸收、透射规律二、红外线及其加热原理2、红外线加热原理（1）物质吸收红外线原理原子化学键物质内部的原子总是以它本身具有的固有频率而不断运动,当某种物质受到一束红外线照射时，若：红外线的传输频率=物质的固有频率则：物质中的弹簧就会吸收红外线的能量而发生共振，即加速分子的热运动，使物质的温度升高。若红外线的传输频率=物质的固有频率,则:红外线就不会被物质吸收，而是串过分子或被分子反射。（2）物质吸收红外线的条件必要条件：由于振动改变分子的对称性，而使偶极矩发生变化。对双原子的物质对红外线不产生吸收。如：Cl2等,非对称结构的物质，如：H2O，无论怎样振动，都改变分子的对称性，所以每一种振动都可以产生对红外线的吸收。（3）选择性吸收与选择性辐射①选择性吸收:物质只在几个波长范围内有强烈吸收的特性②选择性辐射:辐射体的辐射能力按波长不同而变化的特性③匹配辐射加热:当选择性吸收与选择性辐射当相一致时的加热。④最佳匹配红外线加热物体的三种情况A、表层加热正匹配B、表里同时加热偏匹配C、里层加热内匹配ελλαλλε正匹配偏匹配α1、扩散加热过程中水分子的移动称为扩散。内扩散：物料内部水分移动现象扩散外扩散：物料表面的水分向外移动的现象湿扩散：由于物料内部存在水分梯度而内扩散引起的水分移动热扩散：由于物料内部存在温度梯度而引起的水分移动四、水分扩散如果物料中温度梯度与水分梯度的方向一致时，则物料中热扩散与湿扩散的方向一致，这将加速物料的水分脱出。如果物料中温度梯度与水分梯度的方向相反时，则物料中热扩散与湿扩散的方向相反，当热扩散比湿扩散强烈时，物料内部的水分不但不能扩散到物料表面，反而把水分往内部赶，使水分不能脱出。热源被加热物热对流热辐射1、以供热方式分旁热式：由外部供热给辐射体产生辐射能。如电热丝供热给辐射体。直热式：电热元件既是发热体又是辐射体。如电阻带2、以结构形式分灯状辐射元件金属氧化美管管状辐射元件碳化硅管板状辐射元件乳白石英玻璃管第三节远红外辐射元件及涂料一、远红外辐射元件的分类1、金属氧化镁管基体材料：常用普通碳钢热源：电热丝，管隙充填氧化镁粉（具有良好的导热性绝和缘性）。基体表面涂复远红外涂料在炉体上的安装:二、管状远红外辐射元件二、管状远红外辐射元件性能特点①金属基体，机械强度高，寿命长，更换维修方便。②容易制造出各种形状③金属基体高温下（600。C）出现可见光，使红外线所占比例减少。④1m以上金属管高温下易产生变形，易出现烘烤不均的现象。⑤远红外涂料易脱落。2、碳化硅管（1）结构基体：碳化硅管含碳化硅65%粘土35%混合、成型、烧结而成热源：电热丝碳化硅具有绝缘性，所以不需要添加充填物涂层：表面涂有远红外涂料特点：（1）碳化硅是一种良好的远红外辐射材料，远红外区的辐射率较高，与食品的吸收光谱匹配可达到较好的匹配效果，节能较明显。（2）制造工艺简单，成本低、涂层不易脱落。（3）抗机械振动性能差，易断裂。（4）隧道炉更换较困难，箱式炉用的较多（5）热惯性较大，升温时间较长。3、硅碳棒原料：高纯度的碳化硅（98%），经高温挤压成型，予烧、再经高温硅化而成。特点：（1）通电自热，不用电热丝。（2）单位面积发热量大，温升快，节电效果明显。（3）成本高。（4）使用安装技术性强4、乳白石英玻璃管基体：乳白石英玻璃管特点：（1）光谱辐射率高，ελ3-8μm,11-25μmελ=0.92（2）电能辐射能转化率高η=0.65-0.7（3）热惯性小，通电到热平衡时间为2-4分钟（4）不需涂层，基体直接辐射远红外线，无涂层脱落。（5）节电明显，优于金属管、碳化硅管。（6）成本高，易碎。节电机理:（1）电能辐射能转化率高η=0.65-0.7（2）可达到最佳匹配三、板式热元件特点：（1）可使炉内温度分布均匀（2）安装方便（3）制造简单、成本低（4）辐射率高（5）抗机械振动性差，易碎（6）热惯性大，升温时间长能够辐射远红外线的材料很多，如各种金属氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等。根据被加热物的吸收特性及最佳匹配的要求，可选择单一物质或多种物质的混合物，作为辐射涂料。远红外辐射涂料的选择原则（1）“最佳匹配”原则（2）涂料的辐射率要高（3）无毒、热膨胀系数与基体相近（4）导热性、冷热稳定性好（5）原料价格低四、远红外涂料1、砖砌炉体材料：耐火砖、保温砖特点：简单、成本低、热惯性大、体积大、不能移动2、金属构件炉体材料：型钢：构成框架钢板：内壁：采用反射率高的材料，如抛光铝板、抛光不锈钢板等外壁：普通钢板，表面喷漆等处理保温材料：填充在内外壁之间，起绝热保温作用第四节食品烤炉的炉体设计及结构尺寸确定一、炉体的结构形式特点：炉体轻、灵活，可制成各种形状，便于运输、热惯性小、成本高、用钢材多。炉体设计应注意以下几点（1）提高热阻，取决于保温层厚度及保温材料的性能。（2）加强炉内壁的反射。∵内壁ρ∴α(=1-ρ)以减少炉体吸热（3）加强密封，以减少对流热损失（4）尽量减少炉膛、炉体尺寸和炉体总重，以减少加热空间、散热表面及自身畜热二、炉体保温1、保温材料的选择一般小于0.2千卡/米.时.。C都叫保温材料保温材料的选择：导热系数低、容重轻、成本低。2、保温层厚度的确定（1）确定保温层厚度的依据：传热学原理)()()(22221111ffttqttLkqttq在稳定传热的条件下，热流体对右避面的对流换热量，必然等于通过平壁的导热量，也必然等于左壁面冷流体的对流换热量。则212111kLttqff联立整理一般保温材料的导热系数k较小，而保温层厚度L较大1121211111ttkLf与的影响可忽略22ttf与11ttf差别很小11ttf设计时假设：kLttq21则：（2）通过炉壁保温层的散热损失t2——炉外壁的温度222222)(ffttttqtf2——炉外空气温度α2——炉外空气对流换热系数室内空气α2=7千卡/米.时.。C室外（有风）α2=12千卡/米.时.。C（3）保温层厚度计算kqttL211、箱式炉（1）炉膛尺寸确定①炉膛高度确定分层布置式热元件，温度场的均匀性是一个重要问题温度场的均匀性取决于上下辐射元件的辐射距离。上辐射距离要求较高，因其直接照射食品一般，当管间距离一定时辐射距离均匀性辐射能量结构尺寸辐射距离确定原则：保证烘烤均匀的前提下，辐射距离越小越好三、炉体尺寸确定一般经验数据：下辐射距离：A=30-40mm(板式元件）60-70mm(管式元件）上辐射距离：d=B+CB=2AC—被烘烤物品的高度则：h=A+B根据生产能力，烤盘面积，烤盘层数为n则：H1=a+nh+b式中：a、b—分别为上下热元件至炉顶与炉底的距离a=b=50-70mm②炉膛宽度与深度对管状热元件其发热部分沿管长方向的温度分布并不均匀，所以应将食品放在热元件温度均匀处。Bi=Si+(150-100)mm（2）炉门尺寸确定炉门尺寸应在满足取放食品方便的前提下，取最小尺寸，以减少热量损失。（3）总体尺寸确定炉宽：B=B1+2L1炉深：B’=B2+2L1炉高：H=H1+L2+L3+L4注：此尺寸不包括电控箱尺寸及热元件安装尺寸LL总L1L12、隧道炉（1）炉长的确定隧道炉的炉长主要取决于生产能力，烘烤时间及输送装置的运行速度①根据生产能力确定炉长例：钢、网带式隧道炉的生产能力计算公式如下RNGtMLtMLRNG6060式中：G—生产能力(kg/h)L—加热区长度（m)R—炉带纵向每米长度上的制品数N—炉带横向每米长度上的制品数M—每公斤制品的个数t—烘烤时间η—成品率，饼干炉η=0.9则：隧道炉总厂L总=L1+L+L2L1、L2—由结构设计定一般：L1=L2=1m隧道炉炉体一般分节制造，在计算得L后应圆整为每节炉体长的整数倍，每节炉长常见有：1m、2m。②根据成型机输出生坯的速度和烘烤时间确定炉长∴L=VtV—成型机输出生坯的速度t—烘烤时间L总=L1+L+L2（2）炉膛尺寸确定①炉膛高度确定H=A+d+a+b②炉膛宽度确定B1=S+（100-150）S—食品排放宽度因考虑与成型机配套（3）总体尺寸①炉总宽B=B1+2L1+2L4L1—侧壁保温层厚度L4电热空间，由电热管尺寸确定②炉体总高H=H1+L1+L2+L5L5—支架高度③输送食品的离地高度H2设计时应考虑与之配套的成型机输出生坯的离地高度,以使整个生产线工作协调。为扩大使用范围可将支脚设计成可调的。隧道炉：需要密封处（1）每节炉体的接合部，通常采用有弹性密封垫。密封处四、炉体密封作用：密封；缓冲炉体的热胀冷缩（2）电热管道管处密封箱式炉：密封处：炉门口，通常采用耐热硅橡胶热平衡法是烤炉进入稳定状态后，热元件发出的总热量应该与进入烤炉的生坯、载体、炉壁散热等总热量之和相平衡。即：被烘烤物总吸热量+热损失=炉所需的热量（热元件的总功率）Q=Q1+Q2+Q3+Q4式中：Q—热元件发出的总热量（千卡/时）Q1—各种物料升温吸热（千卡/时）Q2—水分蒸发吸热（千卡/时）第五节电功率计算一、热平衡法Q3—水分蒸发后继续过热时吸热（千卡/时）Q4—全部散热损失（千卡/时）Q4=Q41+Q42+Q43其中：Q41—烤盘吸热（千卡/时）Q42—传送装置（链条、钢、网带）吸热（kcal/h）Q43—炉外壁散热损失（千卡/时）1、各种热量计算（1）各种物料升温热量Q1Q1=∑G1iC1i△t(kcal/h）式中：G1i—每小时入炉的各种物料的重量（kg/h）C1i—各种物料的比热(kcal/kg.。C）△t—各种物料的升温温差（。C）（2）水分蒸发吸热Q2Q2=qG2(kcal/h）式中：q—气化潜热(kcal/kg）q=539(kcal/kg）G2—小时水分蒸发量（kg/h）（3）水分蒸发后过热吸热量Q3Q3=G2C3△t(kcal/h）式中：C3—水蒸气比热(kcal/kg.。C）△t—水蒸气过热温度与蒸发温度的温差(。C)(4)全部散热损失Q4①烤盘系热量Q41Q41=G41C41△t(kcal/h）G41—每小时入炉的烤盘重量（kg/h）C41—烤盘比热(kcal/kg.。C）△t—烤盘升温温差（。C）②传送装置（链条或钢带、网带）吸热量Q42=G42C42△t(kcal/h）G42—每小时入炉的传送装置重量（kg/h）C41—传送装置比热(kcal/kg.。C）△t—传送装置升温温差（。C）③炉壁散热量G43])100()100[(88.4)(44125.12143TTFttKFQ式中：F—炉外壁总表面积(m2)t1—炉外壁各散热面平均温度（。C）T1—炉外壁各散热面平均绝对温度（。K）T2—室温绝对温度（。K）ε