Повышение эффективности процесса обработки пищевых продуктов в пароконвектоматах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Захаров, Антон Александрович

• Захаров, Антон Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Захаров, Антон Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Характеристика тепловых кулинарных процессов и теплового оборудования.

1.2. Влияние параметров греющей среды на состав продукта

1.3. Пароконвектомат, как универсальный аппарат для ведения кулинарных процессов.

1.4. Цели и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРОКОНВЕКТОМАТА

2.1. Математическое моделирование тепло- и массообменных процессов в пароконвектомате

2.2. Определение требуемых режимов работы пароконвектомата

2.3. Обзор методов измерения температуры

2.4. Обзор методов управления температурными режимами

2.5. Обзор методов измерения влажности

2.6. Обзор методов управления влажностью h ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАРОВОЗДУШНОЙ ГРЕЮЩЕЙ СРЕДЫ.

3.1. Лабораторный стенд для исследования процессов обработки пищевых продуктов в пароконвектомате

3.2. Описание системы управления экспериментального сткнда

3.3. Исследование термодинамических процессов экспериментальной установки

3.4. Экспериментальное исследование методов контроля влажности

3.5. Экспериментальное исследование процесса термообработки продукта

4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПАРОКОНВЕКТОМАТА С РЕГУЛИРУЕМОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ

4.1. Функциональная схема аппарата

4.2. Предложения по разработке системы управления технологическими процессами и рекомендации по использованию датчиков

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности процесса обработки пищевых продуктов в пароконвектоматах»

Актуальность работы:

Одним из важнейших технологических процессов, применяемых на предприятиях общественного питания является процесс тепловой обработки пищевых продуктов. Значительный рост числа предприятий общественного питания, наметившийся в последние годы, привел к повышению спроса на технологическое оборудование, применяемое для тепловой обработки. В последнее время рынок такого оборудования стремительно разрастается. Однако среди предлагаемого оборудования предпочтение отдается аппаратам, максимально отвечающим таким требованиям современной кухни как:

• быстрая окупаемость;

• универсальность;

• высокая степень автоматизации;

• минимальные габариты;

• экономичность.

В 70-х годах прошлого века на рынке появились аппараты, получившие название «пароконвектоматы». Эти устройства позволяли вести процесс тепловой обработки в среде сухого воздуха, водяного пара, а также используя комбинацию этих двух режимов. Дальнейшее усовершенствование «пароконвектоматов» привело к созданию аппаратов позволяющих вести процесс приготовления большого количества различных продуктов в одном аппарате в полностью автоматическом режиме. В настоящее время такие устройства нашли широкое распространение на предприятиях общественного питания, ввиду максимального удовлетворения всем вышеперечисленным требованиям.

Универсальность и высокая степень автоматизации таких устройств позволяет добиваться высокого качества приготовления широкого ассортимента продукции. Применение пароконвектоматов ведет к снижению себестоимости выпускаемой продукции и росту производительности труда.

К сожалению в настоящее время оборудование такого класса представлено на рынке в основном только импортными производителями. Аналоги, выпускаемые отечественными производителями, работают как правило в ручном режиме. Научные разработки, связанные с автоматическим контролем параметров греющей среды, являются интеллектуальной собственностью фирм производителей и не доступны широкому кругу специалистов.

В связи с этим важной задачей является изучение режимов термообработки продуктов в паро-воздушной греющей среде и исследование их влияния на интенсивность процессов тепло- и массообмена, что требует разработки способов контроля и регулирования параметров греющей среды для пароконвектоматов.

Цель и задачи исследования сформулированы в конце первой главы.

Научная новизна состоит в том, что:

• обоснована математическая модель процессов тепло- и массообмена для повышения эффективности процесса тепловой обработки пищевых продуктов;

• аналитически и экспериментально исследованы тепловые и влажностные режимы и определены основные закономерности протекания тепловых процессов в пароконвектомате;

• предложен новый способ управления температурой, не применявшийся ранее, позволяющий с минимальной настройкой добиться требуемого качества регулирования температуры, а также способ управления температурой и влажностью с использованием разработанного датчика влажности в аппарате с температурой греющей среды до 300 °С;

• экспериментально определены основные закономерности влияния режимов термообработки на интенсивность тепло- и массообменных процессов в аппаратах с полностью регулируемой греющей средой, позволяющие разработать научно обоснованную систему управления.

Практическая ценность работы: В результате проведенных исследований сформулированы основные требования к системе управления аппаратов с регулируемой греющей средой, разработаны подходы к решению задач построения системы управления и даны рекомендации по реализации подобных систем, которые могут быть в дальнейшем использованы для создания промышленных образцов эффективного оборудования.

1. Состояние вопроса.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Захаров, Антон Александрович

Основные результаты и выводы

1. Проведен аналитический анализ аппаратов и основных режимов, используемых в тепловом оборудовании предприятий общественного питания. Анализ показывает необходимость регулирования температуры и влажности греющей среды на различных этапах тепловой обработки. Регулирование влажности во всем диапазоне от 0 до 100% требуется в диапазоне температур от 70 до 200 °С. В диапазоне температур от 200 до 300 °С регулирование влажности не требуется или требуется в ограниченных пределах (до 30 %).

2. Проведены теоретические исследования процессов тепло- и массообмена в аппаратах с регулируемой средой, в результате чего с учетом требований к режимам термообработки подобраны датчики и разработана конструкция экспериментального стенда. На основе анализа предложено использование емкостного датчика влажности с системой охлаждения.

3. Проведены исследования температурных и влажностных режимов экспериментальной установки, опробованы различные способы измерения и регулирования основных контролируемых параметров. Получена работоспособная система управления для аппаратов с регулируемой паро-воздушной греющей средой, позволяющая регулировать температуру в диапазоне от 70 до 300 °С, с точностью 5 °С и влажность в диапазоне от 20 до 100 %. Эти данные позволили сделать вывод о возможности использования предложенной системы управления для пароконвектоматов.

4. Проведена серия экспериментов с продуктом. Экспериментальные исследования показали эффективность применения подобных устройств на предприятиях общественного питания. Полученные данные указывают на повышение интенсивности

129 теплообменных процессов при повышении влажности и увеличении скорости движения греющей среды. Потери массы продукта составили не более 20 %, что в 1,5 раза меньше, чем при традиционных способах тепловой обработки.

5. С учетом полученных данных предложена функциональная схема аппарата с регулируемой греющей средой, даны рекомендации по созданию системы управления и использованию датчиков температуры и влажности.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Захаров, Антон Александрович, 2004 год

1. Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб.для студ. вузов, обуч. по спец. 1011 «Технология и организация обществ, питания». М.: Экономика, 1987. - 272 с.

2. Липатов Н.Н., Ботов М.И., Муратов Ю.Р. Тепловое оборудованиепредприятий общественного питания. -М.:Колос, 1994. 431 с.

3. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевыхпроизводств. -М.: Агропромиздат, 1991. 432 с.

4. Золин В.П. Технологическое оборудование предприятийобщественного питания: Учеб. для нач. проф. образования. М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 1998. - 256 с.

5. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятийобщественного питания. Учебник для технол. фак. торг. вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., «Экономика», 1976. 399 с.

6. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств:

7. Учебник для средних специальных учебных заведений. -М.-.Колос, 1999.-335 с.

8. Бабакин Б.С., Тихонов Б.С., Юрчинский Ю.М. Совершенствованиехолодильной техники и технологии. М.: Тип. ЦНИИТЭИтяжмаш, 1993.- 175 с.

9. Техническая термодинамика. Под ред. Крутова В.И. Учебник длявтузов. М., «Высш. школа», 1971. 472 с.

10. Химический состав пищевых продуктов. Справочные таблицысодржания аминокислот, жирных кислот, витаминов, макро и микроэлементов, органических кислот и углеводов. Редактор Якубович Е.И. - М.: «Пищевая промышленность», 1979. - 247 с.

11. Сборник технологических нормативов: Сборник рецептур блюд икулинарных изделий для предприятий общественного питания. Редактор Турчинова B.C. М.: ТОО «Пчелка», 1994. - 616 с.

12. Юдаев Б.Н. Теплопередача. М.: «Высш. школа», 1973. 359 с.

13. Справочник технолога общественного питания/ А.И. Мглинец,

14. Г.Н.Ловачева, Л.М. Алешина и др. М.: Колос, 2000. - 416 с.

15. Захаров А.А. Подходы к разработке универсального аппарата дляобработки кулинарных изделий. Экономика и технология: Межвузовский сборник научных трудов. Вып 14. М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2002. - 220 с.

16. А.В Лыков. «Теория теплопроводности», М., Гостехтеориздат,1952.

17. М.А. Михеев, И.М. Михеева. «Основы теплопередачи», М., Энергия, 1973.

18. В.Е. Куцакова, А.Н. Богатырев «Интенсификация тепло- и масообмена при сушке пищевых продуктов», М., Агропромиздат, 1987.

19. Пароконвектомат новые возможности старой кухни, Дмитрий Тихомиров. Эксперт, №9, сентябрь 2001.

20. Как в русской печи. номер 4(38).

21. Оборудование для ресторанов, баров, профессиональных кухонь: пароконвектоматы Unox. Торговое оборудование в России, №1, январь 2001.

22. Конструкция современных пароконвектоматов, М.И. Ботов, С.В. Подольский. Пищевая промышленность №7, 1995.23. "Choosing a Humidity Sensor", Denes К. Roveti. Sensors July 2001.

23. Reliable humidity measurement at extreme temperatures. Special Demands in Bakery Applications. Vaisala news. 151/1999.

24. Козьмина Е.П. "Технология производства изделий из теста в общественном питании", "Экономика", М., 1969.

25. Козьмина Е.П. и др. "Технология производства продуктов общественного питания", "Экономика", М., 1975.

26. Козин Н.Н. "Товароведение пищевых жиров, молока и молочных продуктов", "Экономика", М., 1968.

27. Беляев М.И. Тепловые процессы и качество продукции в общественном питании. "Экономика", М., 1979.

28. Лыков А.В. "Кинетика и динамика процессов сушки иувлажнения", "Гизлегпром", "М.-Л.", 1938.

29. Лыков А.В. Тепломассообмен. -М.: Энергия, 1978. 480 с.

30. Покровский А.А. О биологической ценности продуктовпитания.

31. Вопросы питания, №3, 1975.

32. Покровский А.А., Ертанов И.Д. Атакуемость пищевых продуктовпротеолитическими ферментами. Вопросы питания, №3, 1965.

33. Липатов Н.Н. Принципы проектирования состава исовершенствование технологии многокомпонентных мясных и молочных продуктов, дисс. на соискание уч. ст. д.т.н., М., 1988.

34. Липатов Н.Н., Башкиров О.Н. Организмические подходы кформированию интегральных критериев оценки объектов пищевых производств, -Доклады РАСХН, Углич, 2002 г.

35. Лисицын А.Б., Тарасов К.И., Ботов М.И., Полуфабрикаты.

36. Проблемы и перспективы., М., ВНИИМП им В.М. Горбатова, 2001.

37. Минухин JI.A. Рассчеты сложных процессов тепло- и массообменав аппаратах пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1986.

38. Психрометрический измеритель влажности газопылевых потоков.

39. Подгорный Ю.В. Пирог В.П., Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. №10. 2000.

40. Берлинер М.А. Электрические измерения, автоматическийконтроль и регулирование влажности. M.-JL: Энергия, 1965.39. ГОСТ 6651-94

41. Вальков В.М., Вершин В.Е. Автоматизирваные системыуправления технологическими процессами. Изд. 3-е перераб. и доп., Л.:Политехника, 1991. -269 с.

42. Фёдоров В.Г. Основы тепломассометрии. Киев: Высшая школа,1978.- 184 с.

43. Практикум по автоматике и системам управленияпроизводственными процессами. /Под ред.И.М.Масленникова. -М.:Химия, 1986.-335 с.

44. Клюев А.С., Лебедев А.Т., Клюев С.А. Наладка средствавтоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие под ред. Клюева С.А. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 368 с.

45. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.- 599 с.

46. Бражников A.M. Определение величины возмущений,действующих на систему автоматического регулированиятемпературы «точки росы». Водоснабжение и санитарная техника, 1969, №7, с. 30-33.

47. Шорин С.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1964. 490 с.

48. Бражников A.M., Карпычев В.А., Пелеев А.И. Аналитическиеметоды исследования процессов термической обработки мясопродуктов. М.: Пищевая промышленность, 1974. - 234 с.

49. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука,1968.-488 с.

50. Кирпичёв М.В., Михеев М.А., Энгельсон J1.C. Теплопередача.

51. M.-JL: Госэнергоиздат, 1940. 420 с.

52. Эккерст Э.Р. Введение в теорию тепло и массообмена. -М. -Л.:

53. Госэнергоиздат, 1957. -288 с.

54. Пелеев А.И. Определение длительности тепловой обработкимясопродуктов. Теплофизические основы процессов. Мясная индустрия СССР, 1963, № 6, с. 14-18.

55. Пелеев А.И. Основное уравнение тепловой обработкимясопродуктов. Теплофизические основы процессов. Мясная индустрия СССР, 1964, № 1, с. 45-49.

56. Пелеев А.И. Методы исследования тепловых аппаратов мяснойпромышленности с распределенными параметрами. Известия ВУЗов, Пищевая технология, 1967, № 6, с. 107-110.

57. Пелеев А.И., Бражников A.M. Тепло и массообмен притермической обработке мяса и мясопродуктов паровоздушной смесью. М.: ЦНИТИпищепром, 1965. - 62 с.

58. Беляев М.И., Винокуров Г.А., Черевко А.И. Производствополуфабрикатов для предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1985.

59. Структурно-механические характеристики пищевыхпродуктов/Под ред. А.В. Горбатова. -М.: Агропромиздат, 1985.

60. Беляев М.И. Оборудование предприятий общественного питания,изд. «Экономика», 1990 г.

61. Федоткин И.М. Интенсификация теплообменных процессов ваппаратах пищевых производств. Автореферат диссертации доктора техн. Наук, Киев, 1969 г., 540 с.

62. Ананьев В.И. Исследование влияния режима тепловой обработкина качество запеченых мясопродуктов. Автореферат кандидатской диссертации. М.: ВНИИМП, 1974, 22с .

63. Сургуладзе P.M., Алгоритмы для управления процессами сушкинекоторых пищевых продуктов, сб. «Автоматизация процессов сушки в промышленности и сельском хозяйстве», М.: Машгиз, 1963.

64. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. М.: Машгиз, 1957 г. -244с.

65. Михеев М.А., Михеев И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия,1973.-318 с.

66. Варгатик И.Б. Справочник о теплофизических свойствах газов ижидкостей. М.: Наука, 1972. -720 с.

67. Богачев М.К. и др. Механическое оборудование предприятийобщественного питания, изд. «Экономика», 1981 г.

68. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованиюпроцессов тепло- массообмена. -М.: Высшая школа, 1974, 328 с.

69. Кес В.М. Конвективный тепло и массообмен. М. Энергия, 1972.- 364 с.

70. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник длявузов. 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2002. - 302 с.

71. Кириллин В.А, Сычев В.В, Шейндлин А.Е. Техническаятермодинамика. Учебник для учащихся ВУЗов, 2-е изд. М.: Энергия, 1974.-488 с.

72. Вода в пищевых продуктах. Под ред. Дакуорта Р.Б. Пер. с англ.

73. М.: Пищевая промышленность, 1980. 376 с.

74. Чернеева Л.И. Исследование тепловых свойств пищевыхпродуктов. М. Пищепромиздат, 1971 г., 300 с.

75. Ивашов В.И. Влияние регулируемой среды на тепло имассоперенос в процессах пищевых производств. Диссертация доктора технических наук. М. 1980 г., 370 с.

76. The role of temperature and humidity Meat, 1967, № 4.

77. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.:

78. Высшая школа, 1967. -775 с.

79. Павленко В.Г., Гордеев О.И. Математические методы обработкиэкспериментальных данных. Новосибирск: 1972. - 137 с.

80. Карандеев К.Б., Специальные методы электрических измерений,1. Госэнергоиздат, 1963.

81. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972.

82. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планированиеэксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.-279 с.

83. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованиюпроцессов тепло- и массообмена. М.: Высшая школа 1974. - 327 с.

84. Теоретические и практические основы развития процессов иаппаратов пищевых производств. Федоров Николай Евстигнеевич (1901-1974). «100 лет» Научные труды М.: МГУПБ, 2001. -149с.

85. Дорохин В.А. Тепловое оборудование предприятийобщественного питания. Киев: Вища школа, 1987. - 407 с.

86. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М. Энергия 1977 г.240 с.

87. Белобородов В.В., Гордон Л.И. Тепловое оборудованиепредприятий общественного питания. Учебн. Пособие для техн. Фак. Торг. вузов. - М.: Экономика, 1983. - 304 с.

88. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов. Изд. 3-еперераб. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.

89. Ботов М.И. Тапловое и механическое оборудование предприятийторговли и общественного питания: Учеб. для нач. проф. образования. М.: «Издательский центр «Академия», 2002 г.- 464 с.

90. Мглинец А.И., Ловачева Г.Н., Алешина Л.М. и др. Справочниктехнолога общественного питания. М.: Колос, 2000 г. - 416 с.

91. Сборник нормативных и технологических документов,регламентирующих производство кулинарной продукции, издание 2-ое с изменениями и дополнениями. IV часть. Под общ. ред. Лапшиной В.Т. М.: «Хлебпродинформ», 2003 г. - 672 с.

92. Сборник технологических нормативов. Сборник рецептур блюд икулинарных изделий для предприятий общественного питания. II часть. Под общ. ред. Лугля Н.А. М.: «Хлебпродинформ», 1997 г. - 560 с.

93. Сборник технологических нормативов. Сборник рецептур блюд икулинарных изделий диетического питания. Для предприятий общественного питания. Под общ. ред. Лапшиной В.Т. М.: «Хлебпродинформ», 2002 г. - 632 с.

94. Технологические инструкции по производству кондитерскихизделий. /Сост. Шиков В. А. М.: ОАО «Издательство «Экономика», 1999. -286 с.