烤箱设计

加热主要导致水分蒸发(干燥)，并引发一系列的化学反应和物理变化的焙烤产品。为了产生和传递热量，烤箱需要一种或多种能源，这些是:

• 电
• 燃料(天然气、液化石油气)
• 蒸汽(锅炉产生的)

烤箱期望以最佳的速度和最高的效率水平来实现加热。这对于最大限度地减少能源浪费和以最大容量运行是至关重要的。

它是如何工作的?

烘箱是烘烤设备中最关键的单元操作，可能会限制其容量。因此，需要适当的烘箱设计，以成功地满足现在和未来的需求。

如果不完成产品开发阶段，不了解要烘烤产品的要求，就不能正确设计烤箱。组成，产品质量特性，输入/输出流的物理特性和烘烤规范是应该建立的标准中的少数几个。

烘箱设计阶段^1、2

• 质量和能量平衡:流速(单位或件/磅每批或分钟)和输入和输出流的组成是确定的
• 发酵过程建模:实验室规模的实验和使用数学和经验表达式(如相关的工艺变量)来描述所需的烘烤过程
• 过程仿真:利用软件和在建模过程中收集的工程数据来测量和评估烘烤过程的真实性能

在过程中可以有效监测的变量(烘烤温度、输送速度、烘烤时间、热流、空气湿度和流量)被选择并赋值:

• 设备大小:根据工艺规范计算设备的尺寸和特性
• 设备评级:计算和选择给定的操作条件和工艺规范以及设备的尺寸和特性
• 设备成本

应用程序

烘箱设计相关考虑事项:^3、4、5

• 待加工面团块/成品的单位重量
• 产品尺寸(宽、厚、长)
• 需求能力/吞吐量(根据当前需求)加上长期业务增长(单位/批数或单位/分钟)
• 在给定的生产速率下焙烤产品所需的表面面积
• 操作方式:批量或连续模式
• 选择适当的传热机制组合(辐射，对流和传导)需要获得正确的烘烤轮廓，并允许最大的热交换效率
• 根据总焙烤时间、热面、传热机制和设备内部的热损失，生产一定热流所需的总能量(KWh)
• 烘烤产品所需的热流(BTU/hr·ft2或W/m2)
• 卫生设计

设计烤箱需要综合几个工程方面，包括:

• 电器元件(如马达)
• 机械部件(例如:传送带、齿轮、传送带、链条、鼓风机、空气冲击或热气体喷射系统、萃取系统)
• 热元件(例如:热交换器、蒸汽发生器、蒸汽阻尼器、带状燃烧器、隔热材料以减少热量损失)
• 冷凝液收集系统
• 电子及自动化系统
• 仪器仪表和控制装置
• 燃料供应和辅助系统
• 结构和建筑组件(如设备墙、支架、罩)
• 爆炸减压系统
• 热回收系统(废热和水蒸气的利用)

热性能分析是一个非常有用的工具，当设计烤箱和测试他们的性能。了解设备提供的总辐射和对流热有助于工程师改善能量传递缺陷和设备内部产生非常高/非常低热流的区域。

参考文献

1. Maroulis, Z.B.和Saravacos, G.D.，《食品加工设计原理》食品加工设计，Marcel Dekker, Inc.， 2003，第37-87页。
2. Rahman, m.s.，和Ahmed, J. <食品加工设计:概述>。《食品加工设计手册》，布莱克威尔出版社，2012年，第18-23页。
3. Purlis, E.， <烘焙工艺设计>。《食品加工设计手册》，布莱克威尔出版社，2012年，743-765页。
4. 戴维森，《烤箱设计》。"《饼干烘焙技术:加工与工程手册》，第二版，爱思唯尔学术出版社，2016年，第73-91页。
5. 戴维森，I.， "烤箱构造:直接燃气烤箱"《饼干烘焙技术:加工与工程手册》，第二版，爱思唯尔学术出版社，2016年，第113-136页。