СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ФОРМ ОТ СМОЛОНАГАРА Российский патент 1999 года по МПК F28G1/16 F28G11/00 

Изобретение относится к термической очистке поверхности хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, представляющего собой наслоение остатков растительного масла после смазки форм перед закладкой тестовой заготовки при многократном нагреве в хлебопекарной печи в процессе выпечки хлеба, и может быть использовано в пищевой промышленности при выпечке хлебобулочных изделий и формового хлеба.

Известен способ тепловой обработки замасленной металлошихты, включающий ее увлажнение и нагрев до 600-800^oC теплоносителем в виде смеси продуктов сгорания топливного газа и водяного пара с температурой 700-900^oC, содержащей от 0,1 до 1,9% кислорода [1].

Недостатком известного способа тепловой обработки замасленной металлошихты является сравнительно высокая температура теплоносителя, снижение которой ниже 700^oC недопустимо, так как качественная термическая очистка замасленной металлошихты возможна только при температуре металла не ниже 600^oC. Однако требование условия поддержания температуры теплоносителя на уровне не ниже 700^oC является препятствием использованию этого известного способа для термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, поскольку наибольшая предельно допустимая температура нагрева хлебопекарных алюминиевых форм составляет 500^oC, а при температуре теплоносителя 700^oC происходит деформация и расплавление алюминиевой формы. Кроме того, требование максимально допустимого содержания кислорода в составе теплоносителя 1,9% согласно этому способу является препятствием для использования этого способа при очистке хлебопекарных форм, так как термическая очистка хлебопекарных форм от смолонагара происходит в результате низкотемпературного горения, а при недостатке кислорода при горении смолонагара образуется сажистый углерод, который в виде сажевых аэрозолей выбрасывается вместе с дымовыми газами в воздушный бассейн, загрязняя его.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, включающий нагрев форм до температуры 450...500^oC в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода, известный из изобретения "Установка парогазовой обработки загрязненных металлоизделий" [2].

Однако известный способ термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара не обеспечивает гарантированного предотвращения выбросов в воздушный бассейн сажевых аэрозолей, поскольку не устанавливает технологического коридора ведения процесса очистки, что снижает производительность процесса и удорожает стоимость термической очистки от смолонагара алюминиевых форм.

Технический результат, получаемый от изобретения, - предотвращение выбросов в воздушный бассейн сажевых аэрозолей и уменьшение стоимости термической очистки от смолонагара хлебопекарных алюминиевых форм.

Технический результат достигается тем, что в способе термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, включающем нагрев форм до температуры 450...500^oC в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода, согласно изобретению, нагрев форм в диапазоне температур от 260 до 360^oC производят со скоростью подъема температуры в пределах от 0,6 до 0,8^oC за 1 мин, а соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода поддерживают при этом в пределах от 12:1 до 30:1, а объемную долю кислорода поддерживают в пределах от 2 до 6%.

Заявленные пределы скорости подъема температуры нагрева форм от 0,6 до 0,8^oC за 1 мин в диапазоне температур от 260 до 360^oC, а также заявленное соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода от 12:1 до 30:1 и объемная доля кислорода в составе атмосферы от 2 до 6% - основаны на экспериментальных данных.

Экспериментально установлено, что термическая очистка хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара при нагреве форм до температуры 450...500^oC в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода, происходит в результате тлеющего низкотемпературного выгорания смолонагара. Установлено, что тлеющее горение смолонагара происходит в результате взаимодействия содержащегося в контролируемой атмосфере кислорода с горючими газами, выделяющимися из глубины смолонагара на его поверхность, а водяной пар, содержащийся в контролируемой атмосфере, является при этом флегматизатором (то есть "инертным газом"), предотвращающим горение открытым пламенем выделяющихся из смолонагара горючих газов при соединении их с кислородом контролируемой атмосферы.

Экспериментально установлено, что процесс термической очистки форм от смолонагара состоит из двух стадий: стадии подогрева и стадии выгорания. Установлено, что на стадии подогрева происходит повышение температуры смолонагара до 260^oC без каких-либо физико-химических превращений в структуре смолонагара. На стадии выгорания, начиная с температуры 260^oC, в структуре смолонагара идут физико-химические превращения: молекулы смолонагара "уплотняются" с выделением водорода, частично окисляющегося внутримолекулярным кислородом до образования водяного пара с выходом тепловой энергии и повышением за счет этого температуры смолонагара. Установлено, что выгорание смолонагара происходит со скоростью, определяемой температурой смолонагара, которая зависит от скорости отвода выделяющегося при окислении водорода тепла.

Экспериментально установлено, что при недостаточно быстром отводе выделяющегося при окислении водорода внутримолекулярным кислородом тепла происходит ускоренный рост температуры смолонагара, обусловливающий увеличение выхода водорода, увеличение скорости его окисления и возникновение цепного механизма реакции по типу механизма горения открытым пламенем, сопровождающегося повышением температуры на поверхности формы до 700^oC и ее распылением. Установлено, что в контролируемой атмосфере, омывающей хлебопекарную форму в процессе ее очистки от смолонагара, отвод тепла от тлеющего смолонагара осуществляется водяным паром, азотом и двуокисью углерода, которые выводят при помощи тяги дымовой трубы или дымососа из зоны термической очистки и удаляют в атмосферу воздушного бассейна. Установлено, что выгорание смолонагара происходит в диапазоне температур от 260 до 360^oC наиболее интенсивно, а после того, как температура формы и смолонагара превысит 360^oC, выгорание смолонагара замедляется вследствие почти полного прекращения поступления тепла от окисления выделяющегося водорода внутримолекулярным кислородом из-за превращения смолонагара в коксовый остаток.

Экспериментально установлено, что увеличение скорости подъема температуры форм а диапазоне их нагрева от 260 до 360^oC свыше 0,8^oC за 1 мин создает условия для ускоренного роста температуры в глубине смолонагара и нестабильности выгорания смолонагара на участках загрязнений форм "толстым" слоем смолонагара с возможностью появления на этих участках открытого пламени и деформации отдельных форм вследствие локального развития температуры форм на этих участках свыше 500^oC.

Экспериментально установлено, что в составе контролируемой атмосферы при нагреве форм в диапазоне температур от 260 до 360^oC в процессе их термической очистки от смолонагара должно поддерживаться соотношение объемных долей содержания в составе атмосферы водяного пара и кислорода в пределах от 12:1 до 30: 1, а объемная доля кислорода в составе атмосферы при этом должна поддерживаться в пределах от 2 до 6%. Установлено, что изменение соотношения объемных долей содержания в контролируемой атмосфере водяного пара и кислорода влияет на скорость выгорания смолонагара в диапазоне температур нагрева форм от 260 до 360^oC: при увеличении соотношения объемных долей водяного пара и кислорода скорость выгорания смолонагара замедляется в результате усиления флегматизации процесса горения водорода на поверхности смолонагара ("гашения" процесса горения) увеличенным количеством водяного пара, а при уменьшении соотношения объемных долей водяного пара и кислорода скорость выгорания смолонагара ускоряется в результате прекращения "гашения" процесса горения водяным паром водорода, выделяющегося из смолонагара и соединяющегося с кислородом контролируемой атмосферы.

Экспериментально установлено, что для обеспечения скорости подъема температуры нагрева форм в пределах от 0,6 до 0,8^oC за 1 мин в диапазоне 260... 360^oC в составе контролируемой атмосферы должно содержаться кислорода не более 6% и не менее 2% - в зависимости от соотношения объемных долей водяного пара и кислорода в составе атмосферы. Установлено, что снижение объемной доли кислорода в составе контролируемой атмосферы до величины менее 2% ведет к замедлению скорости выгорания смолонагара и уменьшению производительности процесса очистки форм, а увеличение объемной доли кислорода в составе контролируемой атмосферы свыше 6% ведет к ускорению выгорания смолонагара и развитию на отдельных участках смолонагара очагов горения с температурой выше 500^oC, что недопустимо из-за опасности разрушения формы.

Экспериментально установлено, что увеличение соотношения объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода свыше 30: 1 ведет к растягиванию процесса выгорания смолонагара и снижению производительности процесса очистки форм, а уменьшение соотношения объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода менее 12:1 ведет к ускорению процесса выгорания смолонагара, превышению скорости роста температуры смолонагара над скоростью теплоотвода от поверхности смолонагара и перегреву смолонагара с появлением очагов горения с температурой выше 500^oC.

Экспериментально установлено, что приготовление контролируемой атмосферы для осуществления процесса термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара наиболее выгодно производить либо путем смешивания водяного пара с воздухом, либо путем смешивания водяного пара с продуктами сгорания природного газа. Для осуществления процесса термической очистки форм в паровоздушной атмосфере нагрев форм производят в камере, обогреваемой снаружи электронагревателями, причем температура стенок камеры равна температуре форм или на 3...4^oC выше температуры форм при их нагреве в диапазоне температур от 260 до 360^oC; при этом объемную долю кислорода в составе контролируемой атмосферы увеличивают до 6%, а соотношение объемной доли водяного пара и кислорода снижают до 12:1, обеспечивая поддержание скорости подъема температуры нагрева форм на уровне 0,7^oC за 1 мин. Для осуществления процесса термической очистки форм в парогазовой атмосфере нагрев форм производят в камере, обогреваемой изнутри продуктами сгорания природного газа, смешанными с водяным паром, причем температуру парогазового теплоносителя (смеси водяного пара с продуктами сгорания природного газа), омывающего формы при нагреве, поддерживают на уровне 450^oC за счет изменения количества сжигаемого природного газа, коэффициента расхода воздуха при его сжигании и количества водяного пара, смешиваемого с продуктами сгорания природного газа; при этом объемную долю кислорода в составе контролируемой атмосферы поддерживают на уровне 3...4%, а соотношение объемной доли водяного пара и кислорода устанавливается в результате введения в продукты сгорания природного газа такого количества водяного пара, чтобы температура парогазового теплоносителя составляла 450^oC; при этом величину соотношения объемной доли водяного пара и кислорода поддерживают на уровне, не превышающем 30:1, обеспечивая поддержание скорости подъема температуры нагрева форм на уровне 0,7^oC за 1 мин.

Предложенный способ термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара осуществляют следующим образом.

Подвергаемые термической очистке хлебопекарные алюминиевые формы помещают в изолированную от атмосферного воздуха камеру и нагревают. Нагрев форм производят в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода. Камера обогревается снаружи или изнутри, причем нагреваемые формы омываются контролируемой атмосферой, уносящей из камеры продукты термической очистки. Контролируемую атмосферу приготовляют в виде паровоздушной смеси путем смешивания водяного пара и воздуха или в виде парогазовой смеси путем смешивания водяного пара и продуктов сгорания природного газа. При использовании в качестве контролируемой атмосферы паровоздушной смеси нагрев форм осуществляется от стенок камеры. При использовании в качестве контролируемой атмосферы парогазового теплоносителя нагрев форм осуществляется непосредственно от парогазового теплоносителя.

При нагреве форм в составе парогазового теплоносителя или паровоздушной смеси (то есть в составе контролируемой атмосферы) поддерживают соотношение объемных долей водяного пара и кислорода в пределах от 12:1 до 30:1, а объемную долю кислорода поддерживают при этом в пределах от 2 до 6%.

По достижении формами температуры нагрева 260^oC дальнейший нагрев производят со скоростью подъема температуры в пределах от 0,6 до 0,8^oC в 1 мин. При этом соотношение объемных долей водяного пара и кислорода в составе контролируемой атмосферы поддерживают в пределах от 12:1 до 30:1, а объемную долю кислорода поддерживают в пределах от 2 до 6%.

По достижении формами температуры 360^oC дальнейший нагрев производят с произвольной скоростью подъема температуры. При этом соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода поддерживают на прежнем уровне - в пределах от 12:1 до 30:1, а содержание кислорода в контролируемой атмосфере поддерживают на прежнем уровне в пределах от 2 до 6%.

По достижении температуры нагрева форм 450...500^oC подачу контролируемой атмосферы в камеру с формами прекращают. Очищенные от смолонагара хлебопекарные алюминиевые формы извлекают из камеры и охлаждают.

Пример реализации предложенного способа. В соответствии с предложенным способом термической очистки производили очистку хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара. В изолированную от атмосферного воздуха камеру загрузили 480 алюминиевых форм, снятых с хлебопекарной печи АЦХ-72. Перед загрузкой форм камера была нагрета до температуры 250^oC. Степень загрязнения форм смолонагаром составляла 0,16 кг смолонагара на одну форму. После герметизации камеры производили нагрев форм в контролируемой атмосфере в виде парогазового теплоносителя с температурой 450^oC, содержащего 56,1% водяного пара, 37,3% азота, 3,3% кислорода и 3,3% двуокиси углерода. Парогазовый тепноситель приготовляли путем смешивания водяного пара с продуктами сгорания природного газа, сжигаемого при 1,5-кратном избытке воздуха. На 1 м³ сжигаемого природного газа подавали 15 м³ водяного пара. Через 2 ч 30 мин с начала нагрева форм температура форм достигала 260^oC, после чего началось тлеющее выгорание смолонагара. Начиная с этого времени, поддерживали соотношение объемных долей содержания в составе теплоносителя водяного пара и кислорода в пределах от 17: 1 до 18:1, а объемную долю кислорода - поддерживали в пределах от 3,1% до 3,3%. Температура нагрева форм методично повышалась со скоростью подъема 0,7^oC за 1 мин. После стабилизации скорости подъема температуры нагрева форм 0,7^oC за 1 мин объемная доля кислорода в составе контролируемой атмосферы установилась на уровне 3,3%. Через 2 ч 30 мин с момента достижения формами температуры нагрева 260^oC температура нагрева форм достигла 360^oC, после чего продолжали нагрев форм со скоростью подъема температуры 0,7^oC за 1 мин при неизменном содержании объемной доли кислорода в составе контролируемой атмосферы на уровне 3,3%. Через 2 ч с момента достижения формами температуры нагрева 360^oC температура нагрева форм достигла 430^oC, после чего нагрев форм продолжали еще в течение 30 мин до окончания процесса обжига форм и достижения формами температуры 450^oC. Таким образом общая продолжительность процесса термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара в соответствии с предложенным способом составила 7 ч 30 мин.

Пример реализации предложенного способа с применением паровоздушной контролируемой атмосферы. В отличие от вышеприведенного примера реализации предложенного способа нагрев форм производили от стенок камеры, обогреваемой расположенными снаружи камеры электронагревателями. В предварительно нагретую до температуры 250^oC камеру загрузили 440 алюминиевых форм, снятых с хлебопекарной печи АЦХ-72. Степень загрязнения форм смолонагаром составляла 0,16 кг смолонагара на одну форму. После герметизации камеры производили нагрев форм в контролируемой атмосфере в виде смеси водяного пара и воздуха, нагреваемых перед вводом в камеру с формами до температуры 200^oC. Контролируемая атмосфера состояла из 72% водяного пара, 22% азота и 6% кислорода. Через 2 ч 15 мин с начала нагрева форм температура форм достигла 260^oC, после чего началось тлеющее выгорание смолонагара. Начиная с этого момента времени, поддерживали соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода на уровне 12:1 путем подачи водяного пара через сопло с отверстием диаметром 10 под постоянным давлением 0,6 кгс/см² в количестве 65 кг/ч и присоса воздуха через калибровочные отверстия (окна 140х70 мм), а объемную долю кислорода поддерживали в пределах от 5,6 до 6,0%. Температура нагрева форм методично повышалась со скоростью подъема 0,6^oC за 1 мин. После стабилизации скорости подъема температуры нагрева форм 0,6^oC за 1 мин объемная доля кислорода в составе контролируемой атмосферы установилась на уровне 5,8%. Через 2 ч 45 мин с момента достижения формами температуры нагрева 260^oC температура нагрева форм достигла 360^oC, после чего продолжали нагрев форм со скоростью подъема температуры 0,7^oC за 1 мин при неизменном содержании объемной доли кислорода в составе контролируемой атмосферы на уровне 5,8%. Через 2 ч 30 мин с момента достижения формами температуры нагрева 360^oC температура нагрева форм достигла 450^oC, после чего процесс прекратили и выгрузили из камеры чистые формы. Таким образом общая продолжительность процесса очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара в соответствии с предложенным способом составила 7 ч 30 мин.

После окончания процесса термической очистки форм в контролируемой атмосфере была дана положительная оценка качеству поверхности форм - поверхность форм очистилась от смолонагара до металлического блеска, а зольный остаток от выгоревшего смолонагара практически отсутствовал.

Использование предложенного способа термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара позволяет обеспечить по сравнению с известными способами снижение стоимости процесса очистки и предотвратить выброс в воздушный бассейн сажевых аэрозолей.

Источники информации:
[1] Авторское свидетельство СССР N 1010137, кл. C 21 C 5/52, 1981.

[2] Патент Российской Федерации N 2092762, кл. F 28 G 1/16, 1994.

Изобретение решает задачу высококачественной термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, представляющего собой наслоение остатков растительного масла после смазки форм перед закладкой тестовой заготовки при многократном нагреве в хлебопекарной печи в процессе выпечки хлеба, предотвращения выбросов в воздушный бассейн сажевых аэрозолей и уменьшения стоимости очистки форм. Способ термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара включает в себя нагрев форм до температуры 450 - 500^oC в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода. Нагрев форм в диапазоне температур от 260 до 360^oC производят со скоростью подъема температуры в пределах от 0,6 до 0,8^oC за 1 мин. При этом соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода поддерживают в пределах от 12:1 до 30:1, а объемную долю содержания кислорода поддерживают в пределах 2 - 6%.

Способ термической очистки хлебопекарных алюминиевых форм от смолонагара, включающий нагрев форм до температуры 450 - 500^oС в контролируемой атмосфере, содержащей водяной пар, азот, кислород и двуокись углерода, отличающийся тем, что нагрев форм в диапазоне температур от 260 до 360^oС производят со скоростью подъема температуры в пределах от 0,6 до 0,8^oС за 1 мин, а соотношение объемных долей содержания в составе контролируемой атмосферы водяного пара и кислорода поддерживают при этом в пределах от 12 : 1 до 30 : 1, а объемную долю кислорода поддерживают в пределах от 2 до 6%.