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

Подождите немного. Документ загружается.

между кромками пакета тарелок и крышкой. Жидкая фаза поступает в

межтарелочные пространства. По межтарелочным зазорам она поднима-

ется вверх и через прорезь выходит из барабана.

Саморазгружающие-

ся сепараторы разде-

ляются на две основ-

ные группы: с не-

прерывным и пуль-

сирующим отводом

осадка. В сепарато-

рах с непрерывным

отводом осадка по-

следний удаляется

вместе с частью

жидкой фазы через

сопла в виде концен-

трированной тяже-

лой фракции.

В сепараторах с

пульсирующим от-

водом осадка последний выбрасывается из барабана при перемещении

подвижного элемента, открывающего разгрузочные щели на периферии

барабана.

При полной разгрузке периодически прекращается поступление про-

дукта на сепарирование, разгрузочные щели барабана открываются, и все

его содержимое, то есть выделенный осадок и жидкая фаза, выбрасывает-

ся в приемник.

Основные конструктивные факторы, которые оказывают существен-

ное влияние на эффективность процесса сепарирования: частота вращения

барабана, размеры барабана и тарелок, расстояния между тарелками.

Сепаратор-сливкоотделитель (рис. 5.2) состоит из станины 17 с при-

водным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши

станины с приемником осадка 7 и глушителя, а также из пульта управле-

ния.

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке приемно-

отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство. В это

время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под порш-

нем находится вода. При работе сепаратора происходит незначительное ее

вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпит-

ке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой

гидростатического давления. Молоко подается в сепарирующее устройст-

а б

Рис. 5.1. Схема процесса разделения (а) и осветления

(б) в барабанах тарельчатых сепараторов:

во, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы

пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на

сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняе-

мое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное мо-

локо выводятся через камеры напорных дисков.

Рис. 5.2. Сепаратор-

сливкоотделитель с пу-

льсирующей выгрузкой

осадка: 1 - пробка спуска

масла; 2 - указатель уров-

ня масла; 3 - горизон-

тальный вал; 4 - тахо-

метр; 5 - пробка залива

масла; 6 -трубка подвода

воды в сепарирующее

устройство; 7 - приемник

осадка; 8 - зажим; 9 - гай-

ка; 10 - сепарирующее

устройство; 11 - крышка;

12 – приемно - отводящее

устройство; 13, 14 - на-

порные диски; 15 – цен-

тральная трубка; 16 –

штуцер подвода воды; 17

- станина; 18 –

вертикальный вал

Твердые частицы

и тяжелые примеси,

выделяющиеся из мо-

лока, поступают в пе-

риферийный объем се-

парирующего устройст-

ва, где происходит их

накопление и уплотне-

ние. Во избежание по-

терь молока применяют

только частичную вы-

грузку осадка при от-

крытии каналов.

Разгрузку сепара-

торов осуществляют в

один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без

перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избе-

жание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства

выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке

сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и уда-

ляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открыва-

ются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепа-

рирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.

Расчетная часть

Производительность сепаратора П, м

/ч

(5.1)

где β - поправочный коэффициент, учитывающий разницу между теорети-

ческим и реальным процессом (β = 0,2...0,5); z = (130...350) шт - число та-

релок; α - угол наклона образующей конуса тарелки (α = 45...60°); d - эк-

вивалентный диаметр частицы легкой фракции (размер жировых шари-

ков), м; ρ

и ρ - плотность сливок и молока, кг/м

(ρ

= 960...1000 кг/м

; ρ =

1000...1030 кг/м

); µ - динамическая вязкость продукта, Па·с; µ

слив

(1,5...5,6)·10

-3

Па·с; µ

пах

= l,7·10

-3

Па·с; µ

мол

= (0,6...1,3)·10

-3

Па·с.

Размер жировых шариков d, мм

(5.2)

где т - массовая доля жира в обезжиренном молоке ( т = 0,01%).

Давление жидкости, выходящей из сепаратора р, Па,

(5.3)

где ρ

пах

- плотность обезжиренного молока (пахты), кг/м

(р

пах

= 1030

кг/м

); r

- внутренний радиус кольца жидкости, м (r

= 0,015 м).

Время непрерывной работы сепаратора между разгрузками τ, ч

(5.4)

где а - объемная концентрация взвешенных частиц в сепарируемом про-

дукте, % ( а = 0,3 %).

Критическая частота вращения вала ω

кр

, т.е. скорость, при которой

происходит разрушение вала, с

-1

(5.5)

где К - сила, вызывающая прогиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с жест-

ко зацепленным (без амортизатора) верхним радиальным подшипником.

(5.6)

где Е - модуль упругости материала вала, Н/м

(Е = 2 10

Н/м

для ста-

лей); I - момент инерции сечения вертикального вала, м

(5.7)

здесь d

- диаметр вала, м (d

= 0,040...0,045 м).

Мощность электродвигателя сепаратора N, работающего в устано-

вившемся режиме, кВт

(5.8)

где η

пр

- КПД привода (η

пр

= 0,92...0,95); N, - мощность, затрачиваемая для

сообщения выбрасываемой из сепаратора жидкости избы точного давле-

ния, кВт

(5.9)

здесь р - давление жидкости на выходе, Па; р = (2,0...2,5) 10

Па; η

нд

- КПД

напорного диска (η

нд

- ~ 0,3);N

- мощность, необходимая для преодоления

сил трения барабана о воздух, кВт

(5.10)

здесь ρ

- плотность воздуха, кг/м

(ρ

= 1,23 кг/м

); F - общая площадь

поверхности трения барабана, м

(5.11)

здесь v

- окружная скорость барабана, м/с

(5.12)

где N

- мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшип-

никах, кВт

(5.13)

здесь µ - коэффициент трения (µ = 0,03 для шарикоподшипников); ν

- ли-

нейная скорость вращения вала, м/с

(5.14)

где d

- диаметр вала, м.

Порядок оформления отчета

Отчет о расчетно-проектной работе должен включать в себя:

- цель работы;

- теоретическую часть, в которой излагаются теоретические основы

процесса сепарирования молока, классификация сепараторов и краткая

характеристика двух стадий процесса сепарирования;

- расчетную часть, в которой приводится расчет сепаратора по пред-

лагаемому варианту (табл. 5.1), описание конструкции и принципа дейст-

вия сепаратора, указанного в индивидуальном задании;

- графическую часть, в которой дается чертеж заданного типа сепа-

ратора и спецификация к нему.

Контрольные вопросы

1. В каких отраслях пищевой промышленности используются сепа-

раторы?

2. Какова классификация сепараторов?

3. В чем заключается сущность процесса разделения и осветления?

4. Каковы основные конструктивные факторы, влияющие на эффек-

тивность процесса сепарирования?

5. За счет чего осуществляется отвод осадка, получаемого в процессе

сепарирования?

6. Каково устройство и принцип работы сепаратора?

7. Что такое критическая частота вращения вертикального вала сепа-

ратора?

8. Каковы конструктивные отличия сепаратора-сливкоотделителя от

сепаратора-молокоочистителя?

9. Из каких составляющих складывается мощность привода сепара-

тора?

Таблица 5.1 - Варианты индивидуальных заданий

6. РАСЧЕТ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ

Цель работы: изучение теоретических основ процесса измельчения

твердых материалов; знакомство с классификацией дробилок, их конст-

рукциями и принципом работы; выполнение расчета молотковой дробил-

ки.

Задание: выполнить расчет молотковой дробилки, если заданы: D -

диаметр ротора дробилки, м; v - минимальная окружная скорость молот-

ков, м/с; конструктивные размеры молотка прямо угольной формы с од-

ним отверстием (рис. 6.3): а - длина, м; b - ширина, м; δ - высота, м; с -

расстояние от центра тяжести молотка до оси подвеса, м; l - расстояние от

оси подвеса до конца молотка, м; I - I, II - II, III - III - сечения молотка.

Теоретическая часть

Процессы измельчения (рис. 6.1) условно подразделяют на дробле-

ние (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое).

а б в г

Рис. 6.1. Способы измельчения материалов: а - раздавливание; б - раскалыва-

ние; в - удар; г - истирание

В большинстве случаев эти виды воздействия на материал исполь-

зуют комбинированно; при этом обычно основное значение имеет один из

них, что обусловлено конструкцией машины, применяемой для измельче-

ния. Так, дробление твердых и хрупких материалов производят раздавли-

ванием, раскалыванием и ударом, твердых и вязких - раздавливанием и

истиранием.

Результат измельчения характеризуется степенью измельчения, рав-

ной отношению среднего характерного размера D куска материала до из-

мельчения к среднему характерному размеру d куска после измельчения

(6.1)

Измельчение осуществляется под действием внешних сил, преодо-

левающих силы взаимного сцепления частиц материала. При дроблении

куски твердого материала сначала подвергаются объемной деформации, а

затем разрушаются по ослабленным дефектами (макро- и микротрещина-

ми) сечениям с образованием новых поверхностей.

Работа, полезно затрачиваемая на дробление, расходуется на объем-

ную деформацию разрушаемых кусков и на образование новых поверхно-

стей. Полная работа А, Дж, внешних сил при дроблении выразится урав-

нением Ребиндера

(6.2)

где К - энергия, расходуемая на процессы деформации и образования про-

дуктов износа рабочих органов измельчающей машины, Дж; σ

- разру-

шающее напряжение измельчаемого материала, H/м

; V - объем измель-

чаемого материала, м

; Е - модуль упругости измельчаемого материала,

Н/м

; m

- число циклов деформаций частиц измельчаемого материала; k

- энергия, расходуемая на образование 1 м

новой поверхности для данно-

го материала, Дж; ∆S = S

- S

- вновь образованная поверхность (S

, S

соответственно общая поверхность материала до и после измельчения),

; α - без размерный коэффициент, характеризующий процесс образова-

ния новой поверхности

(6.3)

здесь n - показатель степени, зависящий от условий измельчения.

По своему назначению измельчающие машины условно делятся на

дробилки крупного, среднего и мелкого дробления и мельницы тонкого и

сверхтонкого измельчения.

По основному способу механического воздействия на материал из-

мельчающие машины можно разделить на раскалывающие, раздавливаю-

щие, истирающе-раздавливающие, ударные, ударно-истирающие и колло-

идные измельчители.

В зависимости от конструкции различают щековые, конусные, вал-

ковые и молотковые дробилки, дезинтеграторы и дисмембраторы, бара-

банные, кольцевые (ролико-маятниковые), шаровые вибрационные и

струйные мельницы.

На пищевых предприятиях большое распространение получили мо-

лотковые дробилки - машины ударного действия, используемые для полу-

чения высокодисперсной смеси измельченных частиц. Они эффективны

при разрушении хрупких материалов (сахара-песка, соли, зерна и др.) и

менее эффективны при измельчении влажных продуктов с высоким со-

держанием жира. В таких машинах разрушение продукта происходит в ре-

зультате уда ров по нему стальных молотков, ударов частиц продукта о

кожух дробилки и истирания их о штампованное сито, являющееся основ

ной частью корпуса дробилки.

Молотковая дробилка (рис. 6.2) для получения высокодисперсной

смеси измельченных частиц устроена следующим образом.

В корпусе 1 смонтирова-

ны ротор 10 с молотками и на

одном валу с ним вентилятор-

ное колесо 4; сменное сито 11

и неподвижная дека 5. Венти-

ляторное колесо вращается в

камере 3 корпуса дробилки. На

корпусе расположен прием-

ный бункер 8, а в бункере - за-

движка для регулирования по-

ступающего продукта.

Для очистки исходного

продукта от металлопримесей

в латунной коробке 6 установ-

лены постоянные магниты 7. В

передней стенке корпуса пре-

дусмотрены щели 13 для доба-

вочной подачи воздуха в дро-

билку. Величина этих щелей

регулируется специальной

планкой 12. Ротор 10 дробилки

приводится во вращение от

электродвигателя через клино-

ременную передачу и шкив 2.

Наличие крышки 9 в корпусе и

консольное расположение ро-

тора позволяют легко заменять

молотки и сита при износе.

Расчетная часть

Чтобы на вал и подшипники не передавались импульсы от молотков,

квадрат радиуса инерции молотка r

относительно точки его подвеса к

диску должен быть равен расстоянию с от центра тяжести молотка до оси

подвеса, умноженному на расстояние l от той же оси подвеса до конца мо-

лотка, т.е.

(6.4)

где с - расстояние от центра тяжести молотка до оси подвеса, м; l - рас-

стояние от оси подвеса до конца молотка, м.

Для соблюдения этого условия координаты точки подвеса пластин-

чатого молотка прямоугольной формы с одним отверстием (рис. 6.3) оп-

ределяем по уравнению

Рис. 6.2. Молотковая дробилка: 1 - корпус; 2

- шкив; 3 - камера для вентиляторного коле-

са; 4 - вентиляторное колесо; 5 - неподвиж-

ная дека; 6 - коробке для магнитов; 7 - по-

стоянные магниты; 8 - приемный бункер; 9 -

крышка; 10 - ротор; 11 - сито; 12 - планка;

13 - щель подачи воздуха

(6.5)

где а и b - соответственно длина и ширина молотка, м (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Молоток прямоугольной формы с одним отверстием

Квадрат радиуса инерции молотка относительно его центра тяжести,

(6.6)

Квадрат радиуса инерции молотка относительно его оси подвеса, м

(6.7)

Расстояние от конца молотка до его оси подвеса, м

(6.8)

Проверка обеспечения безударной работы молотка

(6.9)

Конструктивное назначение расстояния от оси подвеса мо лотка до

оси ротора (во избежание нарушения устойчивой работы молотковой дро-

билки это расстояние должно быть больше расстояния от конца молотка

до его оси подвеса)

(6.10)

Радиус наиболее удаленной от оси ротора точки молотка R

, м

(6.11)

Частота вращения ротора ω, с

-1

(6.12)

Центробежная сила инерции молотков F, Н

(6.13)

где G

= V

·ρ

- масса молотка, кг; V

- объем молотка, м

; ρ

= 7800

кг/м

- плотность стали; R

= l

+ c - радиус окружности расположения

центров тяжести молотков, м.

Диаметр оси подвеса молотка d, м,

(6.14)

где [σ ]

= 10

Па - допускаемое напряжение при изгибе.

Толщина ротора Н, м

(6.15)

где [σ ]

СМ

= 8·10

Па - допускаемое напряжение при смятии.

Минимальный размер перемычки между отверстиями под оси под-

веса и наружной кромкой диска h

min

, м

(6.16)

где [σ ]

СД

= 175 10

Па - допускаемое напряжение на сдвиг.

Наружный радиус диска R

(6.17)

Диаметр вала в опасном сечении у шкива d

, м

(6.18)

Производительность молотковой дробилки Q, кг/с

(6.19)

где К

- эмпирический коэффициент, который зависит от типа и размеров

ячеек ситовой поверхности, физико-механических свойств сырья (вид,

прочность крупность и др.); К

= (1,3...1,7) 10

-4

для сит с размером отвер-

стий до 3 мм; K

= (2,2...5,2) 10

-4

для чешуйчатых сит с размером отверстий

от 3 до 10 мм (меньшие размеры К

принимают для сит с меньшими раз-

мерами отверстий); ρ

- плотность измельчаемого продукта, кг/м

; L -

длина ротора дробилки, м; L = (0,32...0,64)D.

Мощность электродвигателя молотковой дробилки N, кВт

(6.20)

где К

= (6,4...10,5) - эмпирический коэффициент, учитывающий степень

измельчения продукта (меньшее значение К

принимают при грубом из-

мельчении, а большее - при тонком).

Определим напряжения, возникающие в молотке от центро бежной

силы. Напряжение при одноосном растяжении, возникающее в сечении I-I

(см. рис. 6.3), Па

(6.21)