4 Расчет и подбор технологического оборудования

Расчет и подбор технологического оборудования является одним из важнейших этапов проектирования, так как от правильного выбора оборудования зависит четкая и планомерная работа предприятия, качество выпускаемой продукции, производительность труда и пр. Оборудование выбирают в соответствии с принятыми технологическими схемами производства продукции и с таким расчетом, чтобы в цехе было установлено наименьшее число единиц оборудования с максимально возможным коэффициентом его использования.

В настоящее время при проектировании широко применяется новое модулированное тепловое и вспомогательное оборудование отечественного и зарубежного производства, рассчитанного на использование гастроемкостей (их наружные размеры соответствуют внутренним размерам рабочих камер машин и аппаратов, в которые их вставляют). При использовании такого оборудования значительно сокращается количество внутрицеховых перевозок продукции, перекладываний и переливаний пищи в процессе ее приготовления, облегчается труд работников за счет использования средств механизации и передвижного оборудования. При этом при подборе оборудования предпочтение следует отдавать поточно-механизированным линиям.

Марки оборудования и их характеристика приведены в каталогах, справочниках и учебных пособиях.

4.1 Расчет и подбор теплового оборудования

Тепловое оборудование в кулинарном цехе используется для термической обработки продуктов и включает пищеварочные котлы, жарочные шкафы, конвектоматы, сковороды, фритюрницы, специализированную тепловую аппаратуру, плиты, кипятильники и др. Для интенсификации процессов обработки продуктов в проектах следует более широко использовать оборудование с использованием современных эффективных методов физического воздействия: СВЧ- и ИК-нагрев, обработка ультразвуком, под давлением, индукционный нагрев, а также комбинированные способы обработки.

4.1.1 Расчет и подбор варочной аппаратуры

Пищеварочные котлы подбирают, руководствуясь расчетным объемом, необходимым для варки бульонов, супов, соусов, горячих и сладких блюд, гарниров, а также продуктов для приготовления холодных блюд и кулинарных изделий.

Расчет объема котлов для варки бульонов производится по формуле

V_к = (V_прод + V_в – V_пром)/К, (1)

где V_к – необходимый объем котла, дм³;

V_прод – объем продуктов, которые используются для варки бульона, дм³ ;

V_в – объем, занимаемый водой, дм³;

V_пром – объем промежутков между продуктами, дм³;

К – коэффициент заполнения котла (К=0,85).

Объем продуктов определяется по формуле

V_прод =Q/ , дм³ (2)

где Q – масса продуктов, которые используются для варки бульона, кг;

 - плотность продуктов, кг/ дм³ (приложение А).

Если норма продуктов приводится в рецептуре на 1 порцию, то масса продуктов Q определяется по формуле

Q = (n  g)/1000, кг (3)

где n - количество блюд, выпускаемых или приготовляемых на данном бульоне за день;

g - норма продуктов на 1 порцию, г (принимается по Сборнику рецептур блюд и кулинарных изделий массой нетто или по технологическим инструкциям).

Если норма продуктов приводится в рецептуре на 1, 10, 100 кг готовой продукции или определенное количество порций, то масса продуктов Q определяется по формуле

Q = (n  g)/а , кг (4)

где g – норма продуктов на 1, 10, 100кг готовой продукции или определенное количество порций, г, кг;

n - количество порций или масса блюд, выпускаемых или приготовляемых на данном бульоне за день;

а – количество порций или масса (выход) готовой продукции согласно рецептуре, порций, кг.

Объем, занимаемый водой, рассчитывается по формуле

V_в = Qосн  nв, дм³ (5)

где Qосн – масса основного продукта, который используется для варки бульона (мясо, кости, грибы и т.п.), кг;

nв – норма воды на 1 кг основного продукта, дм³ (принимается по Сборнику рецептур или по технологическим инструкциям).

Объем промежутков между продуктами рассчитывается по формуле

V_пром = V_прод  , дм³ (6)

где  – коэффициент, учитывающий промежутки между продуктами (=1-)

При производстве кулинарной продукции и готовых блюд рекомендуется готовить костные, мясные, мясокостные, рыбные и грибные бульоны концентрированными, что позволяет использовать котлы меньшей емкости и способствует уменьшению количества пищеварочных котлов. Норма воды при варке концентрированных бульонов принимается следующей: для костного, мясокостного и грибного - 1,25, рыбного - 1,1 и куриного -1,15 дм³ на 1 кг основного продукта. При использовании бульонов нормальной концентрации норма воды принимается по Сборнику рецептур и технологическим инструкциям. Объем воды V_в можно также определить по количеству выпускаемой продукции и норме расхода воды по рецептуре.

Расчет по определению объема котлов для варки бульонов сводится в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчет объема котлов для варки бульонов

Наименование бульонов и продуктов	Норма продукта на порцию, г нетто	Масса продукта на заданное количество порций, кг	Плотность продуктов, кг/дм3	Объем продуктов, дм3	Норма воды на 1 кг основного продукта, дм3	Объем воды, дм3	Коэффициент, учитывающий промежутки между продуктами	Объем промежутков между продуктами, дм3	Расчетный объем котла, дм3
	g	Q		Vпрод	nв	Vв		Vпром	Vк
Куриный бульон для 100 порций белого соуса
Кости птицы	82,5	8,25	0,25	33	1,87	61,7	0,75	24,8
Овощи	4,0	4,0	0,6	6,7	-	-	0,4	2,7
Итого				39,7		61,7		27,5	86,9
Примечание – Нормы закладки продуктов приняты по второй колонке Сборника рецептур, выход соуса –100 г.

Расчет объема котлов для варки горячих блюд и гарниров производится по формулам

- для продуктов, набухающих во время приготовления блюда и увеличивающих свой первоначальный объем (крупы, макаронные изделия и др.)

V_k = V_прод / К, (7)

- для продуктов, не набухающих во время их приготовления (мясо, рыба, овощи и др.)

V_k = (1,15  V_прод) / К, (8)

- для тушеных блюд без соуса или с небольшим его количеством, припущенных блюд

V_k = V_прод / К, (9)

- для тушеных блюд с соусом

V_k = (V_прод + V_с)/ К, (10)

где V_прод – объем, занимаемый продуктами, дм³ ;

V_в –объем воды, необходимой для приготовления блюда, дм³;

V_с – объем соуса, дм³;

1,15 – коэффициент, учитывающий покрытие продуктов водой;

К – коэффициент заполнения котла (как правило К=0,85; при выполнении некоторых операций в зависимости от вида продукции и аппарата К=0,4-0,7).

Объем, занимаемый продуктами V_прод, и масса продуктов Q определяются по формулам (2-4). В целях упрощения расчетов V_прод и Q для многокомпонентных блюд (например, капуста тушеная) можно рассчитывать по сумме всех продуктов, приняв  по основному продукту.

Объем воды рассчитывается по формуле (5). Норма воды на 1 кг продукта принимается по Сборнику рецептур.

Объем соуса рассчитывается по формуле

V_с = V₁  n (11)

где V₁ – норма соуса на 1 порцию, дм³ (принимается по производственной программе, сборнику рецептур или технологическим инструкциям);

n – количество соусных блюд, приготовляемых за смену.

Расчет по объему котлов для варки вторых блюд и гарниров сводится в таблицу 3.

Таблица 3- Расчет объема котлов для варки вторых блюд и гарниров

Наименование операций и блюд	Масса продуктов, кг	Плотность продуктов, кг/дм3	Объем продуктов, дм3	Норма воды на 1кг основного продукта	Объем воды или соуса, дм3	Коэффициент заполнения котла	Расчетный объем котла
Тушение капусты	160	0,6	266,7	–	–	0,85	313,7
Варка языка	85	0,6	141,7	–	–	0,85	191,7
Варка риса для биточков	40	0,81	49,4	3,7	148	0,85	232,2
и т.д.
Примечание – Если в производственной программе количество блюд указано в порциях, в таблицу дополнительно вводятся колонки: количество блюд, норма продукта, воды или соуса на 1 порцию (или определенное количество порций, или килограмм готовой продукции)

Расчет объема котлов для варки супов, соусов и сладких блюд производится по формулам

- если в производственной программе их количество указано в порциях

V_к = (V₁  n)/К, дм³ (12)

где V₁ – объем одной порции, дм³;

n – количество порций, выпускаемых за смену;

К – коэффициент заполнения котла (К=0,85)

- если в производственной программе их количество указано по массе готовой продукции

V_к = V_прод /К, дм³; V_прод = Q/, дм³ (13)

где Q – масса готовой продукции, кг;

 – плотность готовой продукции, кг/дм³.

Расчет по определению объема котлов для варки супов, соусов и сладких блюд сводится в таблицу 4.

Таблица 4– Расчет объема котлов для варки супов, соусов и сладких блюд

Наименование блюд	Объем одной порции, дм3	Количество блюд	Коэффициент заполнения котла	Расчетный объем котла, дм3
Соус белый основной и т.д.	0,1	360	0,85	42,3

При использовании формулы (13) результаты расчета сводятся в таблицу 3 (за исключением колонок нормы и объема воды или соуса).

Количество пищеварочных котлов рассчитывается по формуле

n_к = t/(Т  ) (14)

где t – общее время занятости котла, ч;

Т – продолжительность смены, ч;

К – коэффициент использования котла (К=0,8).

Общее время занятости котлов определяется по формуле

t = t₁  n_з, ч (15)

где n_з – количество загрузок;

t₁–время работы оборудования при загрузке одной партии продукта, ч.

Значение t₁ состоит из времени загрузки, разогрева, варки или тушения, разгрузки и мойки и принимается следующим: на загрузку и выгрузку – по 5-20 мин; на разогрев – при горячей жидкости – 12-24 мин, при холодной жидкости – 50-70 мин, при холодной жидкости с повторным нагревом – 35-60 мин; на варку и тушение – в соответствии с технологическими инструкциями или по данным приложения Б; на мойку – 10-20 мин.

Количество загрузок определяется по расчетному V_к и стандартному V_ст объему котлов.

n_з = V_к /V_ст (16)

Результаты расчета количества пищеварочных котлов сводятся в таблицу 5.

Таблица 5 – Подбор и расчет количества пищеварочных котлов

Наименование операций и блюд	Объем котла, дм3		Количество загрузок	Время занятости котла, мин						Общее время занятости котла, ч	Количество котлов, установленных в цехе
	расчетный	принятый		загрузка	разогрев	варка (тушение)	разгрузка	мойка	итого
Тушение капусты	313,7	160	2	15	20	90	15	15	155	5ч 10мин	–
Варка языка	191,7	100	2	10	15	150	10	10	195	6ч 30 мин	–
Варка риса для биточков	232,2	250	1	15	20	60	15	15	125	2ч 05 мин	–
И т.д.
Итого котлов: на 250 л на 160 л на 100 л										  	  

4.1.2 Расчет и подбор жарочной аппаратуры

Расчет и подбор стационарных сковород

В сковородах проводятся различные технологические операции: жарение, пассерование, тушение и другие. В зависимости от способа тепловой обработки и вида продуктов расчет и подбор сковород производится по следующим формулам:

- для пассерования и жарения продуктов массой (слоем)

F = Q/(   h), (17)

где F – необходимая жарочная поверхность, дм²;

Q – масса обрабатываемого продукта, кг (определяется по формулам 3,4);

 - плотность продукта, кг/дм³ (приложение А);

h – допустимая высота слоя продукта, дм.

- для жарения штучных изделий

F = n  f  1.1 (18)

где n – количество блюд, выпускаемых за смену;

f – площадь одной порции изделия, дм² (устанавливается опытным путем замера в виде прямоугольника или круга);

1.1 – коэффициент, учитывающий промежутки между продуктами.

Для тушения и припускания изделий расчет объема загрузочной чаши сковороды производится аналогично расчету пищеварочных котлов (по формулам 7-10).

По расчетной величине жарочной поверхности или объема подбирается конкретная марка оборудования и определяется количество загрузок

n_з = F_расч/ F_ст или n_з = V_расч /V_ст (19)

Количество сковород определяется по формуле

n = t/(Т  ) (20)

где t – общее время занятости сковороды, ч;

Т – продолжительность смены, ч;

 – коэффициент использования сковороды (=0,8).

Общее время занятости сковороды определяется по формуле

t = t₁  n_з + t₂, ч (21)

где n_з – количество загрузок;

t₁–время работы оборудования при загрузке одной партии продукта, ч;

t₂ – время мойки оборудования, ч.

Значение t₁ состоит из времени загрузки, тепловой обработки и выгрузки. Время на загрузку и выгрузку принимается равным 3-5 мин на один оборот, время на тепловую обработку – в соответствии с технологическими инструкциями, Сборником рецептур блюд или по данным приложения Б. Время на мойку t₂ принимается равным 10-15 мин.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 6 (составление таблицы не обязательно, если количество выполняемых операций незначительно).

Таблица 6 – Расчет и подбор стационарных сковород

Наименование операций и продуктов	Для штучных изделий		Для весовых изделий			Площадь жарочной поверхности, дм2		Количество загрузок	Время работы оборудования при загрузке одной партии продукта, ч	Общее время занятости оборудования, мин, ч
	количество изделий	площадь 1 изделия, дм2	масса про-дуктов, кг	плотность продуктов, кг/дм3	высота слоя продукта, дм	расчетная	принятая
	n	f	Q		h	Fрасч	F	nз	t1	t
Пассерование моркови	–	–	76	0,55	0,5	276	45	6	30	180
Обжаривание печени	–	–	112	0,8	0,5	280	45	6	30	180
Жарка биточков рисовых	320	0,4	–	–	–	141	45	3	15	45
И т.д.
Итого										405 (6,75ч)

n = 6,75/(7  0,8) = 1,2

На основании расчетов принимаем 2 электрические СЭ-0,45/Н с площадью жарочной поверхности 0,45 м² (45 дм²).

Расчет и подбор аппаратов для тепловой обработки в паровоздушной среде

К аппаратам для тепловой обработки в паровоздушной среде относятся жарочные и пароварочные шкафы, конвектоматы и пароконвектоматы, конвекционные и гастрономические печи, универсальные печи и др. В них проводятся такие операции как запекание, доведение до готовности, жарение, варка, припускание, тушение, выпечка и разогрев.

Расчет аппаратов производится по их производительности и времени работы.

Производительность аппарата G, кг/ч, определяется по формуле

G = (q₁  n₁  n₂  60)/ t₁, (22)

где q₁ – масса продукта на одном листе (противне, функциональной емкости), кг;

n₁ – количество листов в камере (секции);

n₂ – количество камер (секций) в аппарате;

t₁ – время работы аппарата при загрузке одной партии продукта, равное сумме времени загрузки, тепловой обработки и выгрузки продукта, мин (время на загрузку и выгрузку – 2-3 мин на один оборот, время на тепловую обработку – в соответствии с технологическими инструкциями, Сборником рецептур или по данным приложения Б).

Масса продукта на одном листе (противне, функциональной емкости) q₁, кг, определяется по формулам:

- для продуктов, обжариваемых массой (слоем)

q₁ = f_пос    h, (23)

где f_пос – площадь принятой посуды, дм²;

 – плотность продукта, кг/дм³;

h – высота слоя обрабатываемого продукта, дм.

- для штучного изделия

q₁ = n  q, кг; n = (f_пос  )/ f₁, (24)

где n – количество изделий на одном листе (противне, функциональной емкости);

q – масса 1 шт. изделия, кг;

f₁ – площадь 1 шт. изделия, дм²;

 – коэффициент использования жарочной поверхности (=0,75-1,0).

Виды и размеры функциональных емкостей приведены в приложении В, а традиционной кухонной посуды – в приложении Г.

Время работы (занятости) t, ч, аппарата определяется по формуле

t = Q/G (25)

где Q – масса продуктов, обрабатываемых за смену, кг;

G – производительность аппарата, кг/ч.

Количество аппаратов n, ед, определяется по формуле

n = t/(Т  ), (26)

где t – общее время занятости аппарата, ч;

Т – продолжительность смены, ч;

 – коэффициент использования аппарата (=0,8).

Результаты расчета сводятся в таблицу 7.

Таблица 7 – Расчет и подбор жарочных шкафов

Наименование операций и продуктов	Масса продуктов, обрабатываемых за смену, кг	Масса продукта на одном листе, кг	Количество листов в камере (секции)	Количество камер (секций)	Время работы при загрузке одной партии продукта, мин	Производительность аппарата, кг/ч	Время занятости аппарата, ч
	Q	q1	n1	n2	t1	G	t
Жарка свинины	120	15	1	3	80	33,8	3,55
Запекание рыбного рулета	80	9,5	1	3	40	42,8	1,87
И т.д.
Итого							5,42

n = 5,42/(7  0,8)=0,97

На основании расчетов принимаем 1 жарочный шкаф ШЖЭ-0,51.

Для приготовления больших партий изделий в кулинарных цехах устанавливают также жарочные шкафы со вкатными стеллажами. В них загружают передвижные стеллажи с 8 функциональными емкостями размером 530325 мм. Количество таких шкафов можно определить по формуле 22, имея в виду, что камер 1, число листов 8.

Расчет и подбор фритюрниц периодического действия

Расчет объема фритюрниц для жарения изделий во фритюре V_р, дм³, производится по формуле

V_р = (V_прод + V_ж)/К, (27)

где V_прод – объем, занимаемый продуктами, дм³;

V_прод = Q/,

где Q – масса продуктов, обрабатываемых за смену, кг;

 – плотность продукта, кг/дм³ (приложение А).

Масса продуктов определяется по формулам (3,4).

V_ж – объем, занимаемый жиром, дм³ (V_ж = 4 V_прод);

К – коэффициент заполнения чаши фритюрницы (К=0,65).

Количество фритюрниц определяется по формулам:

n = t/(Т  ), ед; t = n_з  t₁, ч; n_з = V_р/ V_ст (28)

При определении t₁ время на загрузку и выгрузку принимается равным 3-5 мин.

Результаты расчета сводятся в таблицу 8.

Таблица 8 – Расчет и подбор фритюрниц периодического действия

Наименование операций и продуктов	Количество блюд, выпускаемых за смену	Норма продукта на 1 изделие, г	Масса продукта, кг	Плотность продукта, кг/дм3	Объем продукта, дм3	Объем жира, дм3	Коэффициент заполнения чаши	Объем фритюрницы, дм3		Количество загрузок	Продолжительность цикла обработки, мин	Время занятости аппарата, мин, ч
								расчетный	принятый
	n	q	Q		Vпрод	Vж	К	Vр	Vст	nз	t1	t
Жарка картофеля во фритюре	–	–	40	0,58	69	160	0,65	352	16	22	10	220
Жарка котлет по-киевски	100	135	13,5	0,8	16,9	54	0,65	109	16	7	12	84
И т.д.
												304 (5,1 ч)

n = 5,1/(7  0,8)=0,9

На основании расчетов принимаем 1 фритюрницу электрическую емкостью 16 л (Панда 2/1).

Расчет кипятильников

Расчет кипятильников сводится к подбору его в соответствии с требующейся производительностью:

G = (V/Т)  , (29)

где G – производительность кипятильника, дм³/ч;

V – объем горячей воды, необходимой для приготовления изделий и блюд за смену, дм³;

Т – продолжительность смены, ч:

 – коэффициент, учитывающий неравномерность потребления горячей воды (=1,15-1,3).

Результаты расчета сводятся в таблицу 9.

Таблица 9 – Расчет потребного количества горячей воды

Наименование операций и продуктов	Количество изделий и блюд, выпускаемых за смену, кг, порций	Норма воды на 1 кг или 1 порцию, дм3	Общее количество воды, дм3
Варка картофеля для пюре	80 кг	0,6 дм3 на 1 кг	48
Варка макаронных изделий	20 кг	6 дм3 на 1 кг	120
И т.д.
Итого			

После определения производительности по формуле подбирается необходимая марка и количество кипятильников.

Расчет и подбор специализированной тепловой аппаратуры

Расчет и подбор специализированной аппаратуры (фритюрницы непрерывного действия, конвейерные печи для жарения изделий, аппараты для жарения оладий, для приготовления блинчиков или блинной ленты, шашлычные печи, грили, СВЧ-аппараты и др.) производится в соответствии с часовой производительностью данного аппарата и количеством продукции, выпускаемой за смену.

Необходимое количество оборудования определяется по формуле

n = t/(Т  ), (30)

где t – время работы оборудования, ч;

Т – продолжительность смены, ч;

 – коэффициент использования оборудования (=0,8).

t = Q(n, V)/ G, (31)

где Q(n, V) – количество продуктов, подлежащих обработке за смену, кг, порций, дм³;

G – производительность принятого оборудования, кг/ч, порций/ч, дм³/ч.

Если в каталогах не указана часовая производительность оборудования, то ее можно рассчитать по количеству продуктов, одновременно загружаемых в аппарат, по формуле

G = G_о (n_о,V_о) , (32)

где G_о (n_о,V_о) – количество продукта, одновременно загружаемого в аппарат, кг, порций, дм³;

t – продолжительность одного цикла обработки продуктов(загрузка, тепловая обработка, разгрузка), мин.

Величина G_o(n_о,V_о) зависит от типа и технической характеристики используемого оборудования.

Расчет специализированной аппаратуры сводится в таблицу 10.

Таблица 10 – Расчет и подбор специализированной тепловой аппаратуры

Наименование операций и продуктов	Единица измерения	Количество обрабатываемого продукта	Наименование и тип оборудования	Производительность оборудования, кг/ч	Время работы оборудования, ч	Количество оборудования
		Q(n, V)		G	t	n
Жарка картофеля	кг	160	Фритюрница непрерывного действия	30	5,3	0,95 (1)
Жарка шашлыков	порц	240	Печь шашлычная ПШ-21 (число шпажек-21)	G = 21 (60/20)=63	3,81	0,68 (1)
Жарка курицы	кг (шт)	150 (100)	Гриль карусельный многофункциональный МК-8.12	G = 18 (60/60)=18	5,55	0,99 (1)
И т.д.

Расчет плит

Расчет жарочной поверхности плит производится для продукции, приготовление которой осуществляется в наплитной посуде. В расчет плиты включаются изделия и блюда, которые готовят в цехе небольшими партиями или в небольшом количестве и для которых нецелесообразно использовать специализированную аппаратуру.

Расчет жарочной поверхности плиты F_p, дм², производится по формуле

F_p = (n_пос  f_пос)/, (33)

где n_пос - количество посуды, необходимое для приготовления блюд за расчетный период;

f_пос – площадь, занимаемая единицей посуды на жарочной поверхности плиты, дм²;

 - оборачиваемость плиты за расчетный период.

 = Т_оп/ t, (34)

где Т_оп – продолжительность расчетного периода, в течение которого условно принята максимальная занятость плиты, мин (Т_оп =120-180 мин);

t – продолжительность тепловой обработки изделий, включая время на разогрев посуды и продуктов, мин.

К полученной расчетной жарочной поверхности (F_p) прибавляется 30% на неплотности прилегания посуды и некоторые неучтенные операции и определяется полная жарочная поверхность F, дм²

F = F_p1,3. (35)

По данной жарочной поверхности подбирается плита.

Если приготовление блюд производится в наплитных котлах или функциональных емкостях, то сначала определяется вместимость посуды, а затем расчетная жарочная поверхность.

Расчет жарочной поверхности плит сводится в таблицу 11.

Таблица 11 – Расчет плит

Наименование операций и продуктов	Количество продукции, выпускаемой за смену	Вид наплитной посуды	Вместимость посуды, дм2, дм3 порций		Количество посуды	Размеры посуды, мм	Площадь посуды, дм2	Продолжительность тепловой обработки, мин	Оборачиваемость посуды за час	Жарочная поверхность плиты, дм2
			расчетная	принятая
	n				nпос	lbh (d h)	fпос	t		Fp
Котлеты мясные рубленые	80	Противень	20	20	4	530х325х40	17	15	12	5,67
Тушение свеклы для борща	150	ФЕ	34	34	1	530х325х200	17	40	4,5	3,78
Итого										9,45

F = F_p1,3 = 9,451,13 =12,3 дм²

На основании расчета принимаем 1 плиту электрическую с жарочной поверхностью 17дм² (ПЭ-0,17).

Примечания:

1 Время t принимается с учетом времени на разогрев посуды и продуктов.

2 Продолжительность расчетного периода условно принята 3 ч (180 мин).

3 Вид наплитной посуды, ее вместимость и размеры приводятся в приложениях В, Г.