第四章焙烤機械

1、第四章 焙烤機械 第一節(jié) 概 述一、什么是焙烤機械？完成焙烤操作的機械叫焙烤機械。特點：執(zhí)行機構(gòu)簡單設計內(nèi)容：1、提供足夠的熱源。 2、熱源選擇、布置合理。 3、保溫節(jié)能。 4、爐體結(jié)構(gòu)尺寸合理。 5、爐溫可控制、爐內(nèi)潮氣可排除。1、按熱源分： 普通電爐 電爐 遠紅外電烤爐 微波爐 煤爐 燃氣爐 木炭爐二、分類2、按結(jié)構(gòu)形式分： 箱式爐 鏈條隧道爐 隧道爐 網(wǎng)帶隧道爐 鋼帶隧道爐 風車爐 水平旋轉(zhuǎn)爐1、熱傳導接觸傳熱2、熱對流介質(zhì)傳熱自然對流)(21ttFLkQ傳25. 121)(ttKFQ對 第二節(jié)加熱原理一、熱交換形式3、熱輻射載能電磁波傳熱)100()100(42411TTCFQ輻式中：

2、C輻射換熱系數(shù) F1 輻射體表面積 T1、T2 分別為輻射體積受熱體溫度當輻射體完全被加熱物包圍時)11(12211FFCCb式中：F2受熱物表面積 1 、 2 分別為輻射體及受熱體的輻射率 Cb 黑體的輻射系數(shù) Cb=4.88千卡/米2.時.K4 F2 F1 C 1 Cb )100()100(884424111TTFQ輻1、紅外線可見光紅光端以外一段區(qū)域內(nèi)不可見的光線波長：0.76-1000m根據(jù)波長不同可將紅外線分為： 近紅外線： 0.76-1.4m 中紅外線： 1.4 -3m 遠紅外線： 3 -1000m紅外線遵循可見光的反射、吸收、透射規(guī)律二、紅外線及其加熱原理2、紅外線加熱原理（1）

3、物質(zhì)吸收紅外線原理原子化學鍵物質(zhì)內(nèi)部的原子總是以它本身具有的固有頻率而不斷運動,當某種物質(zhì)受到一束紅外線照射時，若：紅外線的傳輸頻率=物質(zhì)的固有頻率則：物質(zhì)中的彈簧就會吸收紅外線的能量而發(fā)生共振，即加速分子的熱運動，使物質(zhì)的溫度升高。若紅外線的傳輸頻率=物質(zhì)的固有頻率,則:紅外線就不會被物質(zhì)吸收，而是串過分子或被分子反射。（2）物質(zhì)吸收紅外線的條件必要條件：由于振動改變分子的對稱性，而使偶極矩發(fā)生變化。對雙原子的物質(zhì) 對紅外線不產(chǎn)生吸收。如：Cl2等,非對稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如：H2O，無論怎樣振動，都改變分子的對稱性，所以每一種振動都可以產(chǎn)生對紅外線的吸收。（3）選擇性吸收與選擇性輻射選擇性吸收:

4、物質(zhì)只在幾個波長范圍內(nèi)有強烈吸收的特性選擇性輻射:輻射體的輻射能力按波長不同而變化的特性匹配輻射加熱:當選擇性吸收與選擇性輻射當相一致時的加熱。最佳匹配紅外線加熱物體的三種情況A、表層加熱 正匹配B、表里同時加熱 偏匹配C、里層加熱 內(nèi)匹配正匹配偏匹配1、擴散加熱過程中水分子的移動稱為擴散。 內(nèi)擴散：物料內(nèi)部水分移動現(xiàn)象擴散 外擴散：物料表面的水分向外移動的現(xiàn)象 濕擴散：由于物料內(nèi)部存在水分梯度而內(nèi)擴散 引起的水分移動 熱擴散：由于物料內(nèi)部存在溫度梯度而 引起的水分移動四、水分擴散 如果物料中溫度梯度與水分梯度的方向一致時，則物料中熱擴散與濕擴散的方向一致，這將加速物料的水分脫出。 如果物料中

5、溫度梯度與水分梯度的方向相反時，則物料中熱擴散與濕擴散的方向相反，當熱擴散比濕擴散強烈時，物料內(nèi)部的水分不但不能擴散到物料表面，反而把水分往內(nèi)部趕，使水分不能脫出。熱源被加熱物熱對流熱輻射1、以供熱方式分旁熱式：由外部供熱給輻射體產(chǎn)生輻射能 。如電熱絲 供熱給輻射體。 直熱式：電熱元件既是發(fā)熱體又是輻射體。如電阻帶2、以結(jié)構(gòu)形式分 燈狀輻射元件 金屬氧化美管 管狀輻射元件 碳化硅管 板狀輻射元件 乳白石英玻璃管 第三節(jié) 遠紅外輻射元件及涂料一、遠紅外輻射元件的分類1、金屬氧化鎂管基體材料：常用普通碳鋼熱源：電熱絲，管隙充填氧化鎂粉（具有良好的導 熱性絕和緣性）?；w表面涂復遠紅外涂料在爐體上的

6、安裝:二、管狀遠紅外輻射元件二、管狀遠紅外輻射元件性能特點性能特點金屬基體，機械強度高，壽命長，更換維修方便。容易制造出各種形狀金屬基體高溫下（600 。C）出現(xiàn)可見光，使紅外線 所占比例減少。 1m 以上金屬管高溫下易產(chǎn)生變形，易出現(xiàn)烘烤不 均的現(xiàn)象。遠紅外涂料易脫落。2、碳化硅管（1）結(jié)構(gòu)基體：碳化硅管 含碳化硅65% 粘土35% 混合、成型、燒結(jié)而成熱源：電熱絲 碳化硅具有絕緣性， 所以 不需要添 加充填物涂層：表面涂有遠紅外涂料特點：（1）碳化硅是一種良好的遠紅外輻射材料，遠 紅外區(qū)的輻射率較高，與食品的吸收光譜 匹配可達到較好的匹配效果，節(jié)能較明顯。（2）制造工藝簡單，成本低、涂層不

7、易脫落。（3）抗機械振動性能差，易斷裂。（4）隧道爐更換較困難，箱式爐用的較多（5）熱慣性較大，升溫時間較長。3、硅碳棒原料：高純度的碳化硅（98%），經(jīng)高溫擠壓成型，予燒、再經(jīng)高溫硅化而成。特點：（1）通電自熱，不用電熱絲。（2）單位面積發(fā)熱量大，溫升快， 節(jié)電效果明顯。（3）成本高。（4）使用安裝技術性強 4、乳白石英玻璃管 基體：乳白石英玻璃管 特點： （1）光譜輻射率高，3-8m,11-25m =0.92 （2）電能 輻射能轉(zhuǎn)化率高 =0.65-0.7 （3）熱慣性小，通電到熱平衡時間為2-4分鐘 （4）不需涂層，基體直接輻射遠紅外線，無涂 層脫落。 （5）節(jié)電明顯，優(yōu)于金屬管、碳化硅

8、管。 （6）成本高，易碎。 節(jié)電機理: （1）電能 輻射能轉(zhuǎn)化率高 =0.65-0.7 （2）可達到最佳匹配三、板式熱元件特點： （1）可使爐內(nèi)溫度分布均勻 （2）安裝方便 （3）制造簡單、成本低 （4）輻射率高 （5）抗機械振動性差，易碎 （6）熱慣性大，升溫時間長 能夠輻射遠紅外線的材料很多，如各種金屬氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等。 根據(jù)被加熱物的吸收特性及最佳匹配的要求，可選擇單一物質(zhì)或多種物質(zhì)的混合物，作為輻射涂料。遠紅外輻射涂料的選擇原則（1）“最佳匹配” 原則（2）涂料的輻射率要高（3）無毒、熱膨脹系數(shù)與基體相近（4）導熱性、冷熱穩(wěn)定性好（5）原料價格低四、遠紅外涂料1、磚砌爐

9、體材料：耐火磚、保溫磚特點：簡單、成本低、熱慣性大、體積大、不能移動2、金屬構(gòu)件爐體材料：型鋼：構(gòu)成框架鋼板：內(nèi)壁：采用反射率高的材料，如拋光鋁板、拋光 不銹鋼板等 外壁：普通鋼板，表面噴漆等處理保溫材料：填充在內(nèi)外壁之間，起絕熱保溫作用 第四節(jié)食品烤爐的爐體設計第四節(jié)食品烤爐的爐體設計 及結(jié)構(gòu)尺寸確定及結(jié)構(gòu)尺寸確定一、爐體的結(jié)構(gòu)形式特點：爐體輕、靈活，可制成各種形狀，便于運輸、熱慣性小、成本高、用鋼材多。爐體設計應注意以下幾點（1）提高熱阻，取決于保溫層厚度及保溫材料的性能。（2）加強爐內(nèi)壁的反射。 內(nèi)壁 (=1- ) 以減少爐體吸熱（3）加強密封，以減少對流熱損失（4）盡量減少爐膛、爐體尺

10、寸和爐體總重，以減少加 熱空間、散熱表面及自身畜熱二、爐體保溫 1、保溫材料的選擇一般小于0.2千卡/米.時. 。C 都叫保溫材料保溫材料的選擇：導熱系數(shù)低、 容重輕、成本低。2、保溫層厚度的確定（1）確定保溫層厚度的依據(jù)： 傳熱學原理)()()(22221111ffttqttLkqttq 在穩(wěn)定傳熱的條件下，熱流體對右避面的對流換熱量，必然等于通過平壁的導熱量，也必然等于左壁面冷流體的對流換熱量。則212111kLttqff聯(lián)立整理一般保溫材料的導熱系數(shù)k較小，而保溫層厚度L較大1121211111ttkLf與的影響可忽略22ttf與11ttf差別很小11ttf設計時假設：kLttq21則：

11、（2）通過爐壁保溫層的散熱損失t2爐外壁的溫度222222)(ffttttqtf2爐外空氣溫度2爐外空氣對流換熱系數(shù) 室內(nèi)空氣2=7千卡/米.時.。C 室外（有風） 2=12千卡/米.時.。C（3）保溫層厚度計算kqttL211、箱式爐（1）爐膛尺寸確定爐膛高度確定分層布置式熱元件，溫度場的均勻性是一個重要問題溫度場的均勻性取決于上下輻射元件的輻射距離。上輻射距離要求較高，因其直接照射食品一般，當管間距離一定時輻射距離 均勻性 輻射能量 結(jié)構(gòu)尺寸 輻射距離確定原則：保證烘烤均勻的前提下，輻射距離越小越好三、爐體尺寸確定一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)：下輻射距離：A = 30-40mm(板式元件） 60-70mm

12、(管式元件）上輻射距離： d=B+C B=2A C被烘烤物品的高度則：h=A+B根據(jù)生產(chǎn)能力，烤盤面積，烤盤層數(shù)為n則：H1=a+nh+b式中：a、b分別為上下熱元件至爐頂與爐底的距離 a=b=50-70mm爐膛寬度與深度對管狀熱元件其發(fā)熱部分沿管長方向的溫度分布并不均勻，所以應將食品放在熱元件溫度均勻處。Bi = Si +(150-100)mm（2）爐門尺寸確定 爐門尺寸應在滿足取放食品方便的前提下， 取最小尺寸，以減少熱量損失。（3）總體尺寸確定 爐寬：B= B1+2L1 爐深： B=B2+2L1 爐高：H=H1+ L2 + L3+ L4 注：此尺寸不包括電控箱尺寸及熱元件安裝 尺寸LL總

13、L1L12、隧道爐（1）爐長的確定 隧道爐的爐長主要取決于生產(chǎn)能力，烘烤時間及輸送裝置的運行速度根據(jù)生產(chǎn)能力確定爐長例：鋼、網(wǎng)帶式隧道爐的生產(chǎn)能力計算公式如下RNGtMLtMLRNG6060式中：G生產(chǎn)能力(kg/h) L加熱區(qū)長度（m)R爐帶縱向每米長度上的制品數(shù)N爐帶橫向每米長度上的制品數(shù)M每公斤制品的個數(shù)t烘烤時間成品率 ，餅干爐=0.9則：隧道爐總廠 L總=L1+L+L2 L1、 L2由結(jié)構(gòu)設計定一般： L1= L2 =1m隧道爐爐體一般分節(jié)制造，在計算得L后應圓整為每節(jié)爐體長的整數(shù)倍，每節(jié)爐長常見有：1m、2m。根據(jù)成型機輸出生坯的速度和烘烤時間確定爐長 L=Vt V成型機輸出生坯的

14、速度 t烘烤時間 L總=L1+L+L2（2）爐膛尺寸確定爐膛高度確定 H=A+d+a+b爐膛寬度確定 B1=S+（100-150） S食品排放寬度 因考慮與成型機配套（3）總體尺寸 爐總寬 B=B1+ 2 L1 + 2L4 L1側(cè)壁保溫層厚度L4 電熱空間，由電熱管尺寸確定爐體總高 H= H1 + L1 + L2 + L5 L5 支架高度輸送食品的離地高度H2 設計時應考慮與之配套的成型機輸出生坯的離地高度,以使整個生產(chǎn)線工作協(xié)調(diào)。為擴大使用范圍可將支腳設計成可調(diào)的。隧道爐：需要密封處（1）每節(jié)爐體的接合部，通常采 用有彈性密封墊。 密封處四、爐體密封作用：密封；緩沖爐體的熱脹冷縮 （2）電熱

15、管道管處密封箱式爐：密封處：爐門口，通常采用耐熱硅橡膠 熱平衡法是烤爐進入穩(wěn)定狀態(tài)后，熱元件發(fā)出的總熱量應該與進入烤爐的生坯、載體、爐壁散熱等總熱量之和相平衡。即：被烘烤物總吸熱量+熱損失=爐所需的熱量（熱元件的總功率） Q=Q1+Q2+Q3+Q4式中： Q熱元件發(fā)出的總熱量（千卡/時） Q1 各種物料升溫吸熱（千卡/時） Q2 水分蒸發(fā)吸熱（千卡/時） 第五節(jié) 電 功 率 計 算 一、熱平衡法Q3水分蒸發(fā)后繼續(xù)過熱時吸熱（千卡/時）Q4全部散熱損失（千卡/時） Q4= Q41 +Q42+Q43其中：Q41 烤盤吸熱（千卡/時） Q42 傳送裝置（鏈條、鋼、網(wǎng)帶）吸熱（kcal/h） Q43

16、爐外壁散熱損失（千卡/時）1、各種熱量計算（1）各種物料升溫熱量Q1 Q1=G1iC1i t (kcal/h） 式中：G1i 每小時入爐的各種物料的重量（kg/h） C1i 各種物料的比熱(kcal/kg.。C） t各種物料的升溫溫差（。C）（2）水分蒸發(fā)吸熱Q2 Q2 =q G2(kcal/h） 式中： q氣化潛熱(kcal/kg）q= 539 (kcal/kg） G2 小時水分蒸發(fā)量（kg/h） （3）水分蒸發(fā)后過熱吸熱量 Q3 Q3=G2C3 t (kcal/h） 式中：C3 水蒸氣比熱(kcal/kg.。C） t 水蒸氣過熱溫度與蒸發(fā)溫度的溫差(。C)(4)全部散熱損失Q4 烤盤系熱量

17、Q41 Q41=G41C41 t (kcal/h） G41 每小時入爐的烤盤重量（kg/h） C41 烤盤比熱(kcal/kg.。C） t 烤盤升溫溫差（。C）傳送裝置（鏈條或鋼帶、網(wǎng)帶）吸熱量 Q42=G42C42 t (kcal/h） G42每小時入爐的傳送裝置重量（kg/h） C41 傳送裝置比熱(kcal/kg.。C） t 傳送裝置升溫溫差（。C）爐壁散熱量G43)100()100(88.4)(44125.12143TTFttKFQ式中：F爐外壁總表面積 (m2 ) t1 爐外壁各散熱面平均溫度（。C） T1 爐外壁各散熱面平均絕對溫度（。K） T2室溫絕對溫度（。K） 爐壁全輻射率

18、K 放熱系數(shù) K=2.2（平均值）2、電功率計算12860 KQKP 式中：P烤爐應配置的電功率（kw） K1 電壓波動系數(shù)與電壓有關 K1與電壓有關： 一般： K1 =0.826 K2 功率儲備系數(shù) 一般： K2 =1-1.3K2選取時應考慮的因素：（1）計算數(shù)據(jù)不準時產(chǎn)生的誤差（2）烘烤最大產(chǎn)品時對功率的增加需求（3）生產(chǎn)條件變化式（生產(chǎn)任務、氣候）或發(fā)展需要RVP2當數(shù)據(jù)不足或簡化計算時，可根據(jù)爐的熱效率進行估算爐的熱效率321321QQQQQQQQQQ供給有效式中： Q1 、 Q2、 Q3符號意義同前 爐的熱效率一般爐的熱效率=0.5-0.55標準規(guī)定 小型爐0.5 大型爐0.55二、

19、估算法1、輻射元件的間距確定管狀輻射元件的溫度分布情況 第六節(jié) 食品烤爐的其它設計一、輻射元件的工藝布置當輻射距離不變時，只改變熱元件間的距離，溫度場分布將發(fā)生變化。熱元件間距越小，溫度分布越均勻，且溫度越高；熱元件間距越大，溫度分布越不均勻，且溫度降低管狀元件的一般取：150-250mm當輻射距離不變時，只改變熱元件間的距離，溫度場分布將發(fā)生變化。熱元件間距越小，溫度分布越均勻，且溫度越高；熱元件間距越大，溫度分布越不均勻，且溫度降低管狀元件的一般?。?50-250mm管間距離可根據(jù)輻射距離選?。?若輻射距離較大，則管間距離可取大值 若輻射距離較小，則管間距離可取小值板狀輻射元件溫度分布特點

20、：沿整個輻射板面的輻射強度均勻, 溫度場均勻組合方便，一般板間距 離為20-50mm管間距離可根據(jù)輻射距離選?。?若輻射距離較大，則管間距離可取大值 若輻射距離較小，則管間距離可取小值2、輻射元件的布局（1）箱式爐輻射元件的布置分層布置熱元件特點：a、以輻射加熱為主b、熱效率高c、熱元件布置要求高 通過改變烤盤支架的位置，可使箱式爐的烘烤范圍擴大，以適應不同厚度食品的烘烤。側(cè)壁布置熱元件特點：a、以對流加熱為主b、需風機及引風系統(tǒng)c、熱元件布置要求低（2）隧道爐輻射元件的布置均勻排布熱元件：特點：各熱元件間距均勻相等，應用最廣。分組排布熱元件：溫度場分組熱元件被烘烤食品食品運動方向食品移動通過多個升溫、降溫過程，可破壞制品表面的蒸汽膜，改善水分蒸發(fā)狀態(tài)。根據(jù)食品烘烤工藝排布熱元件1、箱使爐爐內(nèi)空間較小，熱氣流一般流向上方熱元件功率分配應呈“上低下高”的趨勢2、隧道爐上層直接照射食品，下層通過載體間接傳給食品。一般功率分配：上層功率下層功率如:烤盤烘烤的餅干爐：上層：下層=75-80% 聽形面包爐：上層：下層=50-60% 多用爐：上層：下層=100%（通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)溫)二、功率分配 一般控制爐內(nèi)氣氛溫度，通過溫度傳感器、溫控儀及電器元件等實現(xiàn)自動控制。三、溫度控制 隧道爐