哈尔滨商业大学食品机械第4章焙烤机械.ppt

第四章 焙烤机械2021/9/231食品机械哈尔滨商业大学2021/9/232 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2021/9/233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2021/9/234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2021/9/2352021/9/2362021/9/2372021/9/2382021/9/2392021/9/23101、热传导接触传热2、热对流介质传热自然对流 第二节加热原理一、热交换形式2021/9/23113、热辐射载能电磁波传热式中：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2021/9/2312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 ∵ F2 >> F1 ∴ C≈ ε1 Cb ∴2021/9/2313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2021/9/2314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2021/9/2315（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2021/9/2316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α2021/9/23171、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2021/9/2318 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2021/9/2319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2021/9/2320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2021/9/2321性能特点性能特点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。

④ 1m 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2021/9/2322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2021/9/2323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2021/9/2324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2021/9/2325 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，ελ　　3-8μm,11-25μm ελ=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2021/9/2326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2021/9/2327 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2021/9/2328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第四节食品烤炉的炉体设计 及结构尺寸确定及结构尺寸确定一、炉体的结构形式2021/9/2329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2021/9/2330 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2021/9/2331 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联立整理2021/9/2332一般保温材料的导热系数k较小，而保温层厚度L较大差别很小设计时假设：则：2021/9/2333（2）通过炉壁保温层的散热损失t2——炉外壁的温度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2021/9/23341、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2021/9/2335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+C B=2A C—被烘烤物品的高度则：h=A+B2021/9/2336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)mm2021/9/2337（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2021/9/2338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2021/9/2339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=0.92021/9/2340则：隧道炉总厂 L总=L1+L+L2 L1、 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、2m②根据成型机输出生坯的速度和烘烤时间确定炉长 ∴L=Vt V—成型机输出生坯的速度 t—烘烤时间 L总=L1+L+L22021/9/2341（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+ 2 L1 + 2L4 L1—侧壁保温层厚度L4 电热空间，由电热管尺寸确定2021/9/2342②炉体总高 H= H1 + L1 + L2 + L5 L5 —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2021/9/2343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2021/9/2344 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2021/9/2345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Q1 Q1=∑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）2021/9/2346（2）水分蒸发吸热Q2 Q2 =q G2(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 Q3 Q3=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Q4 ①烤盘系热量Q41 Q41=G41C41 △t (kcal/h） 2021/9/2347 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G432021/9/2348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 —炉壁全辐射率 K —放热系数 K=2.2（平均值）2、电功率计算2021/9/2349式中：P—烤炉应配置的电功率（kw） K1 —电压波动系数与电压有关 K1与电压有关： 一般： K1 =0.826 K2 —功率储备系数 一般： K2 =1-1.3K2选取时应考虑的因素：（1）计算数据不准时产生的误差（2）烘烤最大产品时对功率的增加需求（3）生产条件变化式（生产任务、气候）或发展需要2021/9/2350当数据不足或简化计算时，可根据炉的热效率进行估算炉的热效率式中： Q1 、 Q2、 Q3符号意义同前 η —炉的热效率一般炉的热效率η=0.5-0.55标准规定 小型炉η>0.5 大型炉η>0.55二、估算法2021/9/23511、辐射元件的间距确定管状辐射元件的温度分布情况 第六节 食品烤炉的其它设计一、辐射元件的工艺布置当辐射距离不变时，只改变热元件间的距离，温度场分布将发生变化。

热元件间距越小，温度分布越均匀，且温度越高；热元件间距越大，温度分布越不均匀，且温度降低管状元件的一般取：150-250mm2021/9/2352当辐射距离不变时，只改变热元件间的距离，温度场分布将发生变化热元件间距越小，温度分布越均匀，且温度越高；热元件间距越大，温度分布越不均匀，且温度降低管状元件的一般取：150-250mm管间距离可根据辐射距离选取： 若辐射距离较大，则管间距离可取大值 若辐射距离较小，则管间距离可取小值2021/9/2353板状辐射元件温度分布特点：沿整个辐射板面的辐射强度均匀, 温度场均匀组合方便，一般板间距 离为20-50mm管间距离可根据辐射距离选取： 若辐射距离较大，则管间距离可取大值 若辐射距离较小，则管间距离可取小值2021/9/23542、辐射元件的布局（1）箱式炉辐射元件的布置①分层布置热元件特点：a、以辐射加热为主b、热效率高c、热元件布置要求高 通过改变烤盘支架的位置，可使箱式炉的烘烤范围扩大，以适应不同厚度食品的烘烤2021/9/2355②侧壁布置热元件特点：a、以对流加热为主b、需风机及引风系统c、热元件布置要求低2021/9/2356（2）隧道炉辐射元件的布置①均匀排布热元件：特点：各热元件间距均匀相等，应用最广。

②分组排布热元件：温度场分组热元件被烘烤食品食品运动方向食品移动通过多个升温、降温过程，可破坏制品表面的蒸汽膜，改善水分蒸发状态③根据食品烘烤工艺排布热元件2021/9/23571、箱使炉∵炉内空间较小，热气流一般流向上方∴热元件功率分配应呈“上低下高”的趋势2、隧道炉上层直接照射食品，下层通过载体间接传给食品一般功率分配：上层功率<下层功率如:烤盘烘烤的饼干炉：上层：下层=75-80% 听形面包炉：上层：下层=50-60% 多用炉：上层：下层=100%（通过温度控制系统调温)二、功率分配2021/9/2358 一般控制炉内气氛温度，通过温度传感器、温控仪及电器元件等实现自动控制三、温度控制 隧道炉一般有多个温区，多个感温探头、温控仪实现自动控制 感温探头的安装位置，应尽量放在炉内中心、且接近食品表面，注意应尽量离开热元件表面2021/9/2359（1）作用： 减少水蒸气对红外辐射的吸，提高热效率 有利食品的造色2）箱式炉： 排潮孔的位置:应布置在水蒸气排放顺利的地方，一般在炉顶火炉后壁上方四、排潮系统2021/9/2360排潮孔直径：一般10-15mm 个数:一次烘烤每公斤面粉0.8-1个（3）隧道炉排气量大，应排出车间外，形势多为蝶形阀。

设计时要确定： H：排气管高度，由厂房确定 D: 排气管直径， 一般D=120-200mm排气管个数：一般15m炉安装两个排气管，若 炉体长可多装2021/9/2361隧道炉排潮管安装情况2021/9/2362排潮管布置：应布置在有大量水蒸气排出的部 位，并设有集气槽集气槽对某些食品烤炉，排潮管位置应根据工艺要求布置如：面包烤炉 在有大量水蒸气排出的炉中区不装排潮管，而将排潮管布置在排出水蒸气较少的炉前区，可式炉中取得水蒸气引入道路前去，以润湿面包表面，避免面包表皮过早结壳，影响体积长大2021/9/2363（1）驱动装置的位置：应放在出炉端2）设计师除有电机驱动外，还应设有一套手动驱动系 统3）钢带炉、网带炉驱动滚筒直径的确定钢带炉：钢带最外层表面达到屈服极限时滚筒的最小直径(mm)式中:E—钢带的弹性模量 （kg/mm2） δ—钢带的厚度 （mm） σs —钢带的屈服极限（kg/mm2）五 、隧道炉的传动系统2021/9/2364推荐钢带炉滚筒直径：D=2Dmin钢带炉一般15MnTi低合金钢，不用普通碳素钢。

网带炉：网呆挠性好，可不考虑变形，只考虑滚筒直径能产生足够的摩擦力矩即可一般:D=500-600(mm)2021/9/2365完2021/9/2366。