Березин М.А., Истихин С.В., Кузнецов В.В. Практикум по расчетам технологического оборудования пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.

спецификация к нему.

Контрольные вопросы

1. Какие виды моечных машин вы знаете?

2. Каково устройство и принцип работы линейной моечной машины?

3. Какие моющие растворы применяются для мойки тары и санитар-

ной обработки оборудования в пищевой промышленности?

4. .Каков механизм удаления загрязнений с отмываемой поверхно-

сти?

5. За счет чего можно интенсифицировать процесс мойки пищевого

растительного сырья?

5. От каких параметров зависит производительность линейной моеч-

ной машины?

6. За счет каких факторов можно повысить эффективность работы

линейных моечных машин?

7. Какими способами производится мойка растительного сырья?

Таблица 1.2 - Варианты индивидуальных заданий

2. РАСЧЕТ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОГО СЕПАРАТОРА

Цель работы: изучение теоретических основ процесса разделения

сыпучих пищевых продуктов, знакомство с классификацией зерноочисти-

тельных сепараторов, изучение устройства и принципа действия зерно-

очистительного сепаратора, приобретение практических навыков по их

расчету.

Задание: выполнить расчет зерноочистительного сепаратора, если

заданы: производительность Q, кг/с; вид перерабатываемого сырья; ε -

полнота разделения; q

- удельная производительность по ширине решета,

кг/(с·м).

Теоретическая часть

Сортированием называется процесс разделения сыпучих продуктов

(в основном зерновых культур) на фракции, одинаковые по размеру и

форме.

Сепарированием называется процесс разделения сыпучих материа-

лов на фракции, различающиеся физическими и геометрическими разме-

рами, по следующим признакам: плотность частиц, линейные размеры,

аэродинамические и ферромагнитные свойства, состояние поверхности и

др.

Основным рабочим органом зерноочистительных сепараторов и сор-

тирующих машин являются сита. Применяемые сита по способу изготов-

ления классифицируются на штампованные из металлических листов и

тканые металлические и полимерные сетки.

Часть сыпучего продукта, имеющего размеры меньше размеров яче-

ек сита и проходящего через ситовую поверхность, называется проходом,

а частицы продукта, которые не проходят по размерам сквозь отверстия

сита и ссыпаются с него через край, образуют сход.

Для нормальной организации процесса разделения сыпучего продук-

та необходимо выполнить основное условие просеивания - скольжение

частиц продукта по поверхности сита. Предельная частота вращения кри-

вошипа, при которой частица не отделяется от сита, определяется из урав-

нения

(2.1)

где r - радиус кривошипа, м; α - угол наклона сита к горизонту, град.

Процесс сепарирования движущегося сыпучего продукта состоит из

двух одновременно происходящих стадий. На первой стадии - самосорти-

ровании - частицы, имеющие меньшие размеры, большую плотность,

меньшее значение коэффициента внутреннего трения и удобно обтекае-

мую форму, перемещаются из верхних слоев в нижние и достигают по-

верхности сита. Вторая стадия - собственно просеивание частиц - проис-

ходит при относительном движении их по ситу. Однако для эффективного

протекания процесса обе стадии требуют различного кинематического

режима движения сита: при увеличении ускорения улучшается самосор-

тирование, а для успешного осуществления просеивания необходимо ог-

раничивать максимально допустимые пределы ускорения.

Пневмосепарирование основано на различии сопротивлений, оказы-

ваемых отдельными частицами воздушному потоку, что обусловлено их

различными аэродинамическими свойствами. В вертикальном восходя-

щем потоке сила тяжести G и сила сопротивления R, действующая на час-

тицу, всегда противоположны. Таким образом, отношение G/R определяет

направление движения частицы: при G/R<1 частица движется вниз, при

G/R>1 частица движется вверх и при G/R = 1 частица находится в равно-

весии, т.е. витает.

Из соотношения R = G получается выражение для определения ско-

рости витания или критической скорости

(2.2)

где ξ - коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность

воздуха, кг/м

; F

- площадь проекции частицы на плоскость, нормальную

к вектору относительной ее скорости (миделево сечение).

Наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования ока-

зывают удельная нагрузка продукта на канал, средняя скорость воздушно-

го потока, выравненность воздушного потока, физико-механические свой-

ства примесей сепарируемой смеси и степень засоренности, размеры и

конструктивное решение пневмосепарирующих каналов, начальная ско-

рость и условия ввода сепарируемой смеси в пневмосепарирующий канал

и др.

Просеивающие машины, применяемые в пищевой промышленности,

классифицируются на следующие виды:

1) по конструкции ситовой поверхности: плоские и барабанные сита;

2) по способу получения движения продуктов: с неподвижными си-

тами; с возвратно-поступательным, круговым поступательным и вибраци-

онным движением сит; с горизонтальной и вертикальной осью вращения

сита;

3) по конфигурации ситовой поверхности на: цилиндрические; кони-

ческие; призматические и пирамидальные.

Зерноочистительные сепараторы предназначены для очистки зерна

от примесей, отличающихся от него толщиной, шириной, аэродинамиче-

скими и ферромагнитными свойствами.

Очистка зерна осуществляется путем отделения примесей при по-

следовательном просеивании на наклонно расположенных решетках, со-

вершающих возвратно-поступательное движение, и двукратного продува-

ния зерна воздухом в каналах - при поступлении зерна в сепаратор и при

выходе из него. В некоторых сепараторах (ЗСМ-5, ЗСМ-10) предусмотре-

на магнитная защита.

Сепараторы типа ЗСМ по конструкции во многом аналогичны друг

другу (рис. 2.1). Они имеют сварную станину, верхний 5 и нижний 4 ре-

шетные кузова, приемную 9 и аспирационную 11 камеры, вентиляторы с

приводом, электродвигатель 8, пневмосепарирующий канал 7 с магнитной

защитой.

Рис. 2.1. Зерноочистительный сепаратор ЗСМ: 1 - эксцентриковый колебатель; 2

- двигатель привода колебателя; 3 - станина; 4 - нижний решетный кузов; 5 -

верхний решетный кузов; 6 - приемная коробка; 7 -пневмосепарирующий канал;

8 - электродвигатель привода шнеков; 9 - приемная камера; 10 - распредели-

тельный шнек; 11 - аспирационная камера; 12 – шнек

Вентиляторы сепараторов ЗСМ-10 и ЗСМ-20 снабжены индивиду-

альными электродвигателями, а вентиляторы в ЗСМ-5 приводятся в дви-

жение от одного электродвигателя. Каждый решетный кузов подвешен к

станине на четырех вертикальных пружинных подвесках. Решетные кузо-

ва сепараторов ЗСМ-5 и ЗСМ-10 имеют три ряда выдвигающихся решет-

ных рамок, а сепаратор ЗСМ-20 -четыре ряда. Решета первого ряда - сор-

тировочные, второго - разгрузочные, третьего и четвертого - подсевные.

Решетные кузова приводятся в движение эксцентриковым колебате-

лем 1 от электродвигателя 2 через клиноременную передачу. Для уравно-

вешивания сил инерции колеблющихся масс эксцентриковый колебатель

снабжен двумя шкивами с противовесами.

Решета очищаются инерционными очистительными механизмами.

Степень прижатия очистителя к решету регулируют подъемом плоской

пружины.

На верхнем кузове смонтирована приемная камера, имеющая рамку

с приемным решетом. На станине установлена аспирационная камера с

двумя вентиляторами, которые входными отверстиями присоединены к

всасывающим воздуховодам аспирационной камеры, а выходными - к

фильтру. Внутри аспирационной камеры имеется канал первой продувки и

две осадочные камеры. В задней части станины находится пневмосепари-

рующий канал 7, в котором осуществляется вторая продувка. Пневмосе-

парирующий канал, приемная и аспирационная камеры имеют люки для

обслуживания.

Процесс очистки зерна в сепараторе происходит следующим обра-

зом. Зерно, поступающее из бункера регулируемым потоком, с помощью

наклонных скатов распределяется по всей ширине приемной камеры. Пре-

одолевая сопротивление клапана, зерно равномерным слоем поступает в

аспирационный канал первой продувки, в нем происходит выделение из

зерна легких примесей, которые уносятся воздушным потоком в первую

осадочную камеру, затем через лепестковые клапаны поступают в лоток и

выводятся из сепаратора.

Освобожденный от легких примесей воздух из первой осадочной

камеры по воздуховоду поступает в вентилятор первой продувки, а из не-

го - в фильтр. Режим в аспирационной камере регулируется установлен-

ным в нем клапаном. Из канала первой продувки зерно поступает на при-

емное решето, сходом с которого идет крупный сор, удаляемый из сепара-

тора лотком, а проходом зерно направляется на сортировочное решето.

Сходом с сортировочного решета идут примеси крупнее зерна, а проходом

зерно поступает на разгрузочное решето, которое по длине состоит из

двух частей: од на с отверстиями диаметром 5 мм, другая - с отверстиями

диаметром 4 мм, что обеспечивает более эффективное отделение мелких

примесей.

Сходом с разгрузочного решета идет зерно, не содержащее мелких

примесей, которое затем поступает в аспирационный канал второй про-

дувки, а проходом зерно и мелкие примеси поступают на подсевное реше-

то.

Распределение зерна по подсевным решетам осуществляется делите-

лем щелевого типа. Подсевные решета отделяют от полноценного зерна

мелкое, битое зерно, сорняки и минеральные примеси, которые собирают-

ся на поддонах кузова и по лотку выводятся из него.

Освобожденное от мелких примесей зерно, идущее сходом с подсев-

ного решета, также поступает в аспирационный канал второй продувки.

При этом легкие примеси по каналу 7 уносятся во вторую осадочную ка-

меру и через лепестковые клапаны по лотку выводятся из сепаратора, а

воздух из камеры по всасывающему воздуховоду поступает в вентилятор

второй продувки и далее в циклон. Поток зерна из канала второй продув-

ки проходит через магнитный аппарат, освобождается от металломагнит-

ных примесей, и очищенное зерно выводится из сепаратора.

Расчетная часть

Ширина решетного стана В, м

(2.3)

где Q - производительность сепаратора, кг/с; q

- удельная производи-

тельность, отнесенная к единице ширины решета, кг/(с·м).

Значение оптимального ускорения j

, м/с

, определяем по табл. 2.1

или по формуле

(2.4)

где q

- удельная производительность по ширине решета, кг/(с·м); γ - угол

между направлением колебаний и плоскостью решета, град (γ = α + β,

принимаем для посевных решет угол наклона к горизонту α = 5, угол ко-

лебания β = 15).

Удельная производительность решета q

, кг/(с·м

), отнесенная к еди-

нице его площади

(2.5)

где ε- полнота разделения; β - угол колебания, град.

Частоту колебаний n, кол./с, определяем по уравнению

(2.6)

где А - амплитуда колебаний, м

(2.7)

здесь е - эксцентриситет, м (е = 0,005...0,010 м); k - коэффициент, учиты-

вающий колебания рамы машины, он зависит от величины оптимального

ускорения j

Длина решета l, м, в каждом стане будет равна

Уравновешивание решетных станов. Уравновешивание качающихся

масс решетных станов в зерноочистительных сепараторах осуществляется

путем сообщения (от эксцентриков, расположенных на двух эксцентрико-

вых валах) решетным станам движений в противоположных направлени-

ях.

Уравновешивание решетного стана осуществляется вращающимися

грузами на двух параллельных валах. На каждом валу располагается по

два диска с грузами (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Диск с грузом для уравновешивания решетных станов

Примем следующие размеры груза (см. рис. 2.2): R = 0,09 м, r = 0,04

м, α = 90 , и определим толщину груза ∆, м

(2.8)

где ρ- плотность материала груза, кг/м

(ρ = 7800 кг/м

); М

гр

-масса груза,

кг

(2.9)

здесь G - масса решетного стана, кг (G = 120 кг); R

- радиус вращения

центра тяжести груза, м (R

= (r+ R)/2).

Расчет воздухоочистительной части сепараторов. Потери давления в

воздухоочистительной части сепараторов складываются из потерь в аспи-

рационных каналах, осадочных камерах, воздуховодах и циклонах. Сум-

марные потери напора в воздухоочиститель ной части и циклонах в сепа-

раторе

(2.10)

где Р

- потери в аспирационных каналах сепаратора, Па; Р

- потери в

осадочной камере, Па; Р

- потери в воздуховодах, Па; Р

БЦ

- потери в ба-

тареи циклонов, Па.

Потери в аспирационных каналах Р

, Па

(2.11)

где q

- удельная производительность решет, отнесенная к единице их

площади, кг/(с·м

); υ

aк

- скорость воздуха в аспирационном канале, м/с

(примем равной υ

aк

= 10 м/с).

Зная производительность Q и выбрав ширину канала В, м, и эффек-

тивность сепарации η, по номограмме (рис. 2.3) находим глубину канала

S, м; загрузку единицы ширины канала q

КВ

, кг/(с·м2) и загрузку единицы

площади сечения канала q

, кг/(с·м

Проектируем два аспирационных канала, расположив их рядом, со-

ответствующей ширины и глубины.

Расход воздуха V, м

/с

(2.12)

где υ

aк

- скорость воздуха в аспирационном канале, м/с; В и S - соответст-

венно ширина и глубина канала, м.

Потери в осадочных камерах и воздуховодах рассчитываются по

формуле, применяемой для определения местных сопротивлений при рас-

чете аспирационных систем и пневмотранспорта

(2.13)

Рис. 2.3. Номограмма для рас-

чета размеров сечения и за-

грузок аспирационных кана-

лов: Q - производительность,

т/ч; q

KВ

- загрузка единицы

ширины канала, кг/(ч·дм); В -

ширина канала, мм; S - глуби-

на канала, мм; η - эффектив-

ность сепарации; q

- за груз-

ка единицы площади сечения

канала, кг/(ч·дм

)

где ξ - коэффициент местных сопротивлений (берется из соответствую-

щих справочников, в расчете примите Σξ = 0,5 для осадочной камеры и ξ

= 0,06 - коэффициент потерь на 1 м воздуховода); υ

вoк

- скорость воздуха в

осадочной камере, м/с (в расчете примите υ

вoк

= 10 м/с); ρ

- плотность воз-

духа, кг/м

(ρ

= 1,2 кг/м

); g - ускорение свободного падения (g = 9,81

м/с

Потери в воздуховодах при их длине l = 5 м и υ

= 14 м/с

(2.14)

При подсчитанном по формуле (2.10) расходе воздуха в воздухоочи-

стительных частях сепаратора одиночные циклоны получаются очень

громоздкими. Поэтому проектируем батарейные циклоны, состоящие из

шести элементов.

Производительность каждого элемента примем равной V

= 1600

/ч = 0,45 м

/с, что дает возможность спроектировать унифицированные

элементы батарей (табл. 2.2 и рис. 2.4).

Таблица 2.2 - Основные параметры циклонов

Определяем размеры элементов: диаметр D и высоту Н

, м,

(2.15)

(2.16)

где К - эмпирический коэффициент (табл. 2.2); u = 12...18 м/с - скорость

воздуха при входе в циклон, м/с (табл. 2.2).

Сопротивление батарейных

циклонов Р

БЦ

, Па

(2.17)

где ξ - коэффициент сопротивления

(табл.2.2); ρ

- плотность воздуха,

кг/м

(ρ

= 1,2 кг/м

); u - скорость

воздуха при входе в циклон, м/с

(табл. 2.2).

Вентилятор к машинам выби-

раем из серии ВРН по номограмме

(рис. 2.4).

Мощность N, кВт, потребную

для работы решетного стана, опре-

деляем по формуле

(2.18)

где n - частота вращения решетного

стана, с

-1

Рис. 2.5 - Номограмма для подбора и определения основных параметров венти-

ляторов серии ВРН: Р - полное давление, Па; υК – окружная скорость колеса,

м/с; NВ - мощность на валу вентилятора, кВт; V – объемная подача вентилятора,

м3/ч; n - частота вращения колеса, об/мин; D – диаметр колеса, мм.

Рис. 2.4. Размеры циклонов: а –

ВНИИЗ-НИОГАЗ; б – УЦ-38 и УЦ-45