Процесс гомогенизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра «Технологические системы пищевых, полиграфических

и упаковочных производств»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Процессы и аппараты пищевых производств»

на тему:

«Процесс гомогенизации»

Выполнил: ст. гр. 621151

Микалаускас И.Р.

Тула 2017

Содержание

Аннотация

Введение

1. Теория процесса гомогенизации

1.1 Ультразвуковая гомогенизация

1.2 Центробежная гомогенизация

1.3 Клапанная гомогенизация

2. Конструкция гомогенизаторов

2.1 Гомогенизатор К5-ОГА-1,2

2.2 Гомогенизатор А1-ОГМ

2.3 Гомогенизатор К5-ОГА

3. Расчет гомогенизатора

Заключение

Список использованной литературы

Аннотация

Автор: Микалаускас И.Р. , группа 621151. Тема курсовой работы: Процесс гомогенизации.

Одной из основных задач, стоящей перед пищевой промышленностью и пищевым машиностроением, является созданием высокоэффективного технологического оборудования, которое на основе использования прогрессивной технологии значительно повышает производительность труда, сокращает негативное воздействие на окружающую среду и способствует экономии исходного сырья, топливно-энергетических и материальных ресурсов. В пищевой, как и во многих других отраслях промышленности, довольно распространен процесс гомогенизации. Гомогенизацией называется процесс измельчения жидких и пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания под большим давлением с высокой скоростью через узкие кольцевые щели [1].

Записка содержит 26 страниц, 9 рисунков, 4 таблицы и 15 пунктов списка литературы.

Введение

Гидромеханические процессы гомогенизации лежат в основе многих технологий и производств в самых различных отраслях промышленности: пищевой, химической, нефтехимической, угольной, горнорудной, микробиологической, фармацевтической, парфюмерной, крахмалопаточной, лакокрасочной, машиностроительной и многих других.

В технологии пищевых производств к ним относятся процессы получения и переработки различных гетерогенных сред с жидкой сплошной фазой. Интенсивность их проведения во многом определяют эффективность производства и качество ряда продуктов, получаемых в виде эмульсий, суспензий, пюре, паст и т.д. [1].

Целью курсовой работы является изучение процесса гомогенизации.

Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть следующие задачи:

· приобретение теоретических знаний о процессе гомогенизации и его разновидностях;

· ознакомление с конструкцией гомогенизаторов, с принципом работы устройства и их применением;

· произвести технологический расчет основных показателей гомогенизатора.

1. Теория процесса гомогенизации

Процесс гомогенизации представляет собой операцию измельчения и диспергации частиц для получения полностью гомогенной структуры.

Экстремальное уменьшение размеров частиц дисперсной фазы приводит к достижению в готовом продукте целого ряда существенных преимуществ, таких, как полное устранение или существенное замедление процесса разделения фаз, что позволяет достичь более высокого уровня стабильности продукта, улучшенной его структуры, повышения органолептических характеристик и сохранения свойств.

Эффект гомогенизации достигается на основе таких факторов, как:

· резкое возрастание скорости и турбулентности потока;

· кавитация, которая играет решающую роль в процессе измельчения частиц;

· ударение на большой скорости частиц продукта об отражательное кольцо и испытание ими при этом большого напряжения среза.

Различают два варианта гомогенизации. Полная гомогенизация - наиболее распространенный способ гомогенизации питьевого молока и молока, предназначенного для производства кисломолочных продуктов. Нормализацию молока по жиру, а иногда также и по белку (при производстве йогурта, например) проводят до гомогенизации. Другой вариант - раздельная гомогенизация, когда гомогенизируются сливки и небольшое количество обезжиренного молока. Этот способ гомогенизации обычно используется для пастеризованного питьевого молока. Основное достоинство раздельной гомогенизации - ее относительная экономичность [14].

Рассмотрим существующие способы и подходы, используемые в пищевой промышленности для проведения процессов гомогенизации и диспергирования. В настоящее время процесс гомогенизации пищевых сред можно реализовать в устройствах ультразвукового, центробежного и клапанного типа.

1.1 Ультразвуковая гомогенизация

Ультразвуковая гомогенизация основана на кавитации, когда жидкости подвергаются интенсивному воздействию звуковых волн и происходит возникновение чередующихся циклов высокого и низкого давления (приблизительно 20000 циклов /сек) (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема процесса кавитации в жидкости.

Во время действия низкого давления образуются маленькие вакуумные пузырьки. Когда пузырьки достигают определённого размера, они стремительно разрушаются во время действия высокого давления. Во время внутреннего взрыва локально генерируются очень высокое давление и высокая скорость струи жидкости. Полученные потоки и турбулентность разрывают агломераты частиц и приводят к сильным столкновениям между индивидуальными частицами [13],[15].

В ультразвуковых гомогенизаторах продукт протекает через специальную камеру, показанную на рисунке 2(см. стр. 7):

Рисунок 2 - Схема ультразвукового гомогенизатора с генерированием пульсаций непосредственно в его объеме :

1--полость гомогенизации; 2--вибрирующая пластина; 3--сопло, образующее струю жидкости

При распространении бегущих волн в среде происходят относительные смещения компонентов, повторяющихся с частотой генерируемых колебаний (выше 16 тыс. раз в секунду). Вследствие этого границы компонентов среды размываются, частицы дисперсионной фазы дробятся и среда гомогенизируется.

Ультразвуковые гомогенизаторы не получили широкого применения в пищевой промышленности из-за повышенных энергозатрат.

1.2 Центробежная гомогенизация

Эффективность гомогенизации в центробежных аппаратах зависит от давления, под действием которого обрабатываемая жидкость выходит из сопел или щелевых отверстий вращающегося ротора и ударяется в приспособление для снижения скорости продукта. Центробежные аппараты обладают рядом преимуществ по сравнению с клапанными. Они проще по конструкции, менее металлоемки, в них нет быстроизнашивающихся деталей. Недостаток их в том, что для получения высокого эффекта гомогенизации необходимо создать большое давление жидкости на выходе ее из сопел или щелевых отверстий ротора, а это не всегда возможно.

Рассмотрим центробежную гомогенизацию на примере коллоидной мельницы (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема коллоидной мельницы:

1--ротор; 2--статор; h--зазор

Она состоит из ротора и статора. Между ними находится зона гомогенизации. Во время работы гомогенизатора жидкость поступает во вращающийся ротор и через отверстия в нем выбрасывается в зону гомогенизации, образованную обращенными навстречу друг другу поверхностями ротора и статора. При этом поток жидкости турбулизируется и происходит ее гомогенизация. Максимальный эффект гомогенизации достигается в том случае, если обе поверхности (статор и ротор) выполнены зубчатыми и скорость вращения одной из них достигает 4000…6000 об/мин. Степень гомогенизации жидкости в аппарате данной конструкции не может быть достаточно высокой, так как много энергии затрачивается на вращение ротора в жидкости и на трение ее о поверхность статора [4].

Основным недостатком центробежных гомогенизаторов является низкая степень гомогенизации.

1.3 Клапанная гомогенизация

Действие гомогенизаторов клапанного типа основано на том, что молоко нагнетается под давлением до 30 МПа в кольцевой канал между седлом и клапаном. Под действием давления гомогенизируемого продукта клапан образует с седлом узкую кольцевую щель, высота которой зависит от производительности гомогенизатора и величины рабочего давления.

Схемы конструкций гомогенизирующих головок, используемых в различных типах гомогенизаторов, приведены на рисунке 4 [3].

Рисунок 4 - Схемы конструкций гомогенизирующих головок:

а--головка с обыкновенным клапаном; б--клапан с отражательными стенками; в--клапан с наклонными и концентричными нарезами в горизонтальной плоскости; г--клапан с наклонными и концентричными нарезами в наклонной плоскости; д--сферический клапан; е--резьбовой клапан с продольной прорезью

Гомогенизация жидких и пастообразных продуктов в аппаратах клапанного типа к сегодняшнему моменту получила повсеместное применение в отечественной пищевой индустрии.

Для гомогенизации применяют гомогенизаторы, представляющие собой плунжерные насосы высокого давления. При ходе плунжера создается высокое давление, в результате чего молоко (или смесь) с огромной скоростью продавливается через щель из камеры гомогенизатора (рис. 5) (см. стр. 10).

Рисунок 5 - Схема гомогенизации жирового шарика в аппаратах клапанного типа

p₀ - давление на жировой шарик, создаваемое поршневым насосом; p₁ - противодавление, оказываемое на жировой шарик в гомогенизирующей щели; v₀ - скорость жирового шарика в канале седла клапана; v₀' - скорость жирового шарика между седлом и клапаном; v₁ - скорость жирового шарика в клапанной щели гомогенизатора; d - диаметр канала седла; h - высота клапанной щели.

Рассмотрим процесс гомогенизации на примере гомогенизации жировых шариков коровьего молока в аппаратах клапанного типа.

Основными рабочими органами гомогенизирующей головки являются седло и клапан, от конструкции которых в известной мере зависит степень дисперсности частиц при гомогенизации. Клапанная щель может быть гладкой и волнообразной, с постоянным или переменным сечением.

Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под высоким давлением (15…30 МПа). Сила, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий (давление, вибрация) высота постоянно меняется. Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается пружиной, в некоторых конструкциях - маслом под давлением и может регулироваться. Ее величина определяется давлением, с которым осуществляется подача продукта. Тонкость измельчения зависит от давления, конструкции гомогенизирующего органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта [1],[11].

Процесс гомогенизации вносит изменения в свойства молочных продуктов. Вследствие увеличения поверхности жировых шариков и адсорбции на ней белковых компонентов возрастает вязкость. Особенно заметно такое возрастание в сливках. Отмечается рост как титруемой, так и активной кислотности, если гомогенизации подвергалось сырое молоко [10].

Механизм дробления жировых шариков при гомогенизации заключается в следующем. В каждом гомогенизирующем клапане на переходе из канала седла в клапанную щель резко изменяется сечение потока, а следовательно, и скорость. При переходе жировой капли из зоны малых скоростей в зону высоких передние части ее включаются в поток в щели с огромной скоростью, вытягиваются и отрываются от нее, в то время как оставшаяся часть ее еще сохраняет скорость потока в подводящем канале. Вследствие возрастания скорости и механического действия потока и сил поверхностного натяжения нити дробятся на мелкие жировые шарики. Чем больше скорость в зоне повышенной скорости, тем интенсивнее вытягивается нить из капли в пограничной зоне, тем тоньше эта нить и мельче частицы после ее распада [5].

гомогенизация молоко клапанный

2. Конструкция гомогенизаторов

Классификация гомогенизаторов включает в себя: клапанные, мешалочные, фильерные, винтовые, сопловые, роторные. Сюда следует добавить центробежные, вакуумные, ультразвуковые и вихревые. Если руководствоваться той же идеей о конструктивных особенностях, то известны мешалочные, центробежные, сопловые, ультразвуковые, роторные и вихревые эмульсоры.

Основным узлом современных гомогенизаторов клапанного типа является гомогенизирующая головка. Она может быть одно- или двухступенчатой. Вторая ступень обычно работает при более низком давлении, чем первая. Применение одно- или двухступенчатой гомогенизации зависит от вида вырабатываемых молочных продуктов.

На рисунке 6 показана схема одно- и двухступенчатой гомогенизирующих головок гомогенизатора клапанного типа.

Рисунок 6 - Схема гомогенизирующей головки:

а--одноступенчатой; б--двухступенчатой, 1--кривошипно-шатунный механизм; 2--плунжерный насос; 3-- предохранительный клапан; 4_,12--гомогенизирующие клапаны первой и второй ступеней; 5--пружина; 6--регулировочные винты; 7--седло; 8--манометр; 9--нагнетательная камера; 10, 11 -- нагнетательный и всасывающий клапаны

При движении плунжера влево в цилиндре создается разрежение и через клапан 11 молоко засасывается в цилиндр. При обратном движении плунжера молоко проходит через открывшийся клапан 10 в нагнетательную камеру. Одновременно такое же количество молока продавливается через узкую кольцевую щель между седлом и клапаном в нагнетательную трубку. Клапан 4 и седло имеют с обеих сторон притертые друг к другу поверхности. При износе одной стороны клапан и седло переворачиваются и устанавливаются другими торцевыми поверхностями в рабочее положение. Давление регулируется винтом, с его помощью сжимается пружина, которая усиливает давление на клапан 4, плотно пришлифованный к седлу. Давление контролируется по манометру.

Эффективность гомогенизации молока определяется рабочим давлением, температурой, скоростью движения продукта при прохождении через гомогенизирующую головку, конструктивными особенностями последней, составом и свойствами компонентов, образующих оболочку жировых шариков, кислотностью, а также последовательностью технологических операций [6].

Рассмотрим три вида гомогенизаторов наиболее распространенных в молочной промышленности марок К5-ОГА-1,2; А1-ОГМ; К5-ОГА.

2.1 Гомогенизатор К5-ОГА-1,2

Гомогенизатор К5-ОГА-1,2 предназначен для гомогенизации молока и жидких молочных продуктов при давлении до 20 МПа. Машина может обрабатывать продукты повышенной вязкости (сливки, смеси мороженого). При этом она обеспечивает паспортную производительность и рабочее давление с необходимым эффектом гомогенизации при температуре продуктов 60-80°С.

Гомогенизатор К5-ОГА-1,2 (рис. 7) состоит из станины, корпуса, привода с клиноременной передачей, кривошипно-шатунного механизма, обеспечивающего работу трех плунжеров, плунжерного блока, двухступенчатой гомогенизирующей головки, манометрического устройства, предохранительного клапана. Контроль над работой гомогенизатора осуществляется манометром и амперметром.

Рис. 7 Гомогенизатор К5-ОГА-1,2

1--предохранительный клапан; 2--манометр; 3--манометрическое устройство; 4--гомогенизирующая головка; 5--амперметр; 6--станина; 7--корпус; 8--привод; 9--кривошипно-шатунный механизм; 10--плунжерный блок.

Станина представляет собой сварную конструкцию, рама которой выполнена из швеллеров и облицована листовой сталью. В станине размещен электродвигатель машины. Электродвигатель установлен на поворотной плите, которою одной стороной крепят осями к станине, а другой -- натяжным винтом. Плиту можно поворачивать винтом относительно осей, осуществляя натяжение ремней клиноременной передачи привода.

Внутри станины помещены коробка для подвода электроэнергии к гомогенизатору, патрубок подвода охлаждающей воды и патрубок отвода воды.

Станина опирается на регулируемые по высоте четыре ножки с подкладками. Со стороны обслуживания гомогенизатора на ней расположены кнопки пуска и остановки машины.

Корпус гомогенизатора облицован листовой сталью. На передней поверхности облицовки установлен амперметр для контроля нагрузок на электродвигатель гомогенизатора при различных давлениях гомогенизации.

Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя. Движение от шкива электродвигателя диаметром 140 мм передается посредством семи клиновых ремней типа «Б» на шкив кривошипно-шатунного механизма диаметром 400 мм. Длина клинового ремня 1800 мм.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение, переданное клиноременной передачей от электродвигателя, в возвратно-поступательное движение плунжеров, совершающих 338 ходов в минуту. На коленчатом валу кривошипно-шатунного механизма укреплены ведомый шкив и шатуны. Эксцентриситет кривошипов коленчатого вала гомогенизатора К5-ОГА-1,2 равен 20 мм. Вал вращается в конических упорных подшипниках, наружные кольца которых поджимаются крышками.

Плунжеры кривошипно-шатунного механизма имеют диаметр 28 мм и охлаждаются водопроводной водой, которая подводится к ним трубкой с тремя отверстиями против каждого из плунжеров.

Смазка трущихся пар гомогенизатора К5-ОГА-1,2 производится разбрызгиванием смазочного масла в корпусе. При разбрызгивании оно попадает в отверстия в большой и малой головках шатуна, смазывая вкладыши коленчатого вала и втулки малой головки.

Продукт подводится к гомогенизатору через входной патрубок всасывающего коллектора, внутри которого помещен сетчатый цилиндрический фильтр, а отводится через патрубок на гомогенизирующей головке[8].

Таблица 1 - Техническая характеристика гомогенизатора К5-ОГА-1,2

Производительность, л/ч	1200
Рабочее давление гомогенизации, МПа (кгс/см2)	20(200)
Температура продукта, поступающего на гомогенизацию, оС	60-80
Мощность электродвигателя, кВт	10
Количество плунжеров, шт.	3
Ход плунжеров, мм	40
Диаметр плунжеров, мм	28
Число ступеней гомогенизации	2
Габаритные размеры, мм: длина х ширина х высота	965 х 930 х 1400
Масса, кг	850

2.2 Гомогенизатор А1-ОГМ

Гомогенизатор А1-ОГМ предназначен для гомогенизации молока и молочных продуктов.

Гомогенизатор А1-ОГМ (рис.8) включает в себя сварную станину, корпус, привод, кривошипно-шатунный механизм, плунжерный блок, двухступенчатую гомогенизирующую головку, манометрическое устройство, предохранительный клапан, системы смазки и охлаждения.

Рис. 8 Гомогенизатор А1-ОГМ

1--станина; 2--корпус; 3--плунжерный блок; 4--гомогенизирующая головка; 5--система охлаждения; 6--система смазки; 7--привод; 8-- кривошипно-шатунный механизм.

Сварная станина изготовлена из профильной стали в виде рамы. Электродвигатель установлен внутри станины на плите, которая меняет свое положение за счет поворота относительно оси, закрепленной с одного конца плиты. Внутри станины находятся коробка для подвода электроэнергии к двигателю, три патрубка для подвода и отвода охлаждающей воды. Станина опирается на четыре регулируемые ножки с подкладками.

Сверху на станине укреплен шпильками корпус, в котором помещаются кривошипно-шатунный механизм, система охлаждения, фильтр системы смазки.

Коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма устанавливают в отверстиях боковин корпуса, и он получает движение от электродвигателя посредством клиноременной передачи с ремнями типа «В» длиной 2500 мм. Для гомогенизатора А1-ОГМ количество ремней принято 9 шт. Диаметры ведущих шкивов для этих машин 200 мм.

Кривошипно-шатунный механизм выполнен конструктивно аналогично кривошипно-шатунному механизму гомогенизатора К5-ОГА-1,2 с тем лишь отличием, что к шейкам коленчатого вала подводят масло для отвода излишнего тепла и для смазки трущихся поверхностей шеек и вкладышей большой шатунной головки.

Плунжерный блок, гомогенизирующая головка, манометрическое устройство, предохранительный клапан не имеют отличий, кроме геометрических размеров, от таких же узлов гомогенизатора К5-ОГА-1,2.

Система смазки включает сетчатый фильтр грубой очистки масла СЧ1-11, шестеренный масляный насос БГ-11-11, систему трубопроводов. Давление масла в системе контролируется манометром МТ-3.

Система охлаждения состоит из патрубков для подвода и отвода воды, трубчатого змеевика, уложенного по дну корпуса, и трубки с отверстиями, установленной под плунжерами. Водопроводную воду подводят через входные патрубки и подают к плунжерам. Часть воды проходит в змеевике, охлаждая масло, а затем отводится из гомогенизатора[8].

Таблица 2 - Техническая характеристика гомогенизатора А1-ОГМ

Производительность, л/ч	5000
Рабочее давление гомогенизации, МПа (кгс/см2)	20(200)
Температура продукта, поступающего на гомогенизацию, оС	45-85
Мощность электродвигателя, кВт	40
Количество плунжеров, шт.	3
Ход плунжеров, мм	60
Диаметр плунжеров, мм	45
Число ступеней гомогенизации	2
Габаритные размеры, мм: длина х ширина х высота	1430 х 1110 х 1640
Масса, кг	1710

2.3 Гомогенизатор К5-ОГА

Гомогенизатор К5-ОГА предназначен для обработки молока. Он относится к высокопроизводительным пятиплунжерным машинам.

Гомогенизатор К5-ОГА (рис.9) состоит из станины, привода, корпуса кривошипно-шатунного механизма, плунжерного блока, гомогенизирующей головки, манометрического устройства, предохранительного клапана, систем смазки и охлаждения.

Рис. 9 Гомогенизатор К5-ОГА

1--плунжерный блок; 2--предохранительный клапан; 3--манометрическое устройство; 4--гомогенизирующая головка; 5--система охлаждения; 6--корпус; 7-- кривошипно-шатунный механизм; 8-- система смазки.

Станина выполнена в виде сварной рамы из профильной стали. Внутри ее помещены электродвигатель и насос системы смазки. Электродвигатель закреплен на мощной поворотной плите, которая опирается на бобышки, приваренные к нижней плите станины. При снятии или натяжении ремней поворот плиты производится перемещением одного конца плиты вдоль двух винтов, установленных сбоку.

Привод машины К5-ОГА включает электродвигатель с клиноременной передачей и промежуточный вал с косозубой цилиндрической передачей. Движение от электродвигателя передается на промежуточный вал посредством десяти клиновых ремней типа «Г» длиной 3150 мм и двух шкивов -- ведущего диаметром 425 мм и ведомого диаметром 630 мм. Ведущий шкив прикреплен к валу электродвигателя стопорным винтом, а ведомый -- специальной шайбой и винтами. Промежуточный вал установлен в двух упорных роликоподшипниках, закрепленных в боковинах корпуса гомогенизатора, и несет на себе с одной стороны консольно закрепленный ведомый шкив, а с другой -- ведущую косозубую шестерню промежуточной передачи.

Ведущая косозубая шестерня с числом зубьев 34 входит в зацепление и передает движение ведомой шестерне с числом зубьев 62, которая посажена непосредственно на коленчатом валу кривошипно-шатунного механизма.

Корпус гомогенизатора включает в себя кривошипно-шатунный механизм, промежуточный вал, змеевики системы охлаждения, фильтр системы смазки и к нему крепится плунжерный блок.

В передней части корпуса имеются направляющие стаканы для ползунов кривошипно-шатунного механизма с бронзовыми гильзами.

На задней стенке корпуса размещены патрубки для вывода масла к маслоуказателю и сливной пробке, а сверху он закрыт съемной крышкой.

Кривошипно-шатунный механизм с пятью плунжерами диаметром 45 мм, совершающими 360 рабочих ходов в минуту, выполнен с удлиненными ползунами. Пятиколенный вал механизма с эксцентриситетом шатунных шеек 35мм имеет сквозной канал вдоль оси для подвода смазочного масла к бронзовым вкладышам.

Плунжерный блок прилегает к передней выступающей части корпуса и удерживается двумя шпильками, проходящими через сквозные отверстия по краям блока.

Двухступенчатая гомогенизирующая головка, манометрическое устройство, предохранительный клапан, системы смазки и охлаждения принципиально не отличаются от таких же узлов гомогенизатора А1-ОГМ.

Станина машины опирается на шесть регулируемых ножек с подкладками. В нижней части станины установлен винт заземления[8].

Таблица 3 - Техническая характеристика гомогенизатора К5-ОГА

Производительность, л/ч	10000
Рабочее давление гомогенизации, МПа (кгс/см2)	20(200)
Температура продукта, поступающего на гомогенизацию, оС	60-80
Мощность электродвигателя, кВт	110
Количество плунжеров, шт.	5
Ход плунжеров, мм	70
Диаметр плунжеров, мм	45
Число ступеней гомогенизации	2
Габаритные размеры, мм: длина х ширина х высота	1800 х 1500 х 1650
Масса, кг	3600

3. Показательный расчет гомогенизатора

Необходимо найти следующие характеристики работы гомогенизатора:

производительность(V), мощность(N), толщина тарелки клапана(), температура гомогенизируемого продукта(Дt), средний диаметр жировых шариков(), диаметр проходного сечения седла(), при известных параметрах:

диаметр плунжера (D) =0,028 м; ход плунжера (S) = 0,040 м; угловая скорость вращения коленчатого вала (щ) = 37,6 рад/c; количество плунжеров (z) = 3; КПД насоса () = 0,80; давление гомогенизации (p) = 14 МПа; КПД гомогенизатора () = 0,75; диаметр клапана (d_кл) = 0,0084 м; Допускаемое напряжение для материала клапана () = 240 МПа; Удельная теплоемкость молока (с) = 3850 Дж/(кг•К); плотность молока (с) = 1027 кг/м³; давление всасывания (p_в) = 0,14 МПа; Отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды () = 10³.

1.) Производительность гомогенизатора равна подаче его насоса. Для плунжерных насосов подача зависит от диаметра плунжеров и величины хода, количества плунжеров и числа оборотов коленчатого вала. При заданных параметрах машины производительность V ее можно рассчитать по формуле:

V = 0,25••S•щ•z•, V = 0,25••0,040•37,6•3•0,80 = 0,000707 м³/c

2.) Мощность электродвигателя гомогенизатора можно рассчитать по формуле:

N = V•p/(3600 ), N = 0,000707•14•10⁶/(3600•0,75) = 3,7 кВт

3.) Толщина тарелки клапана рассчитывается по формуле:

= 0,43•d_кл •, = 0,43•0,0084 • = 0,0009

4.) В результате затрат большого количества механической энергии, которая превращается в теплоту, при клапанной гомогенизации заметно нагревается продукт. Повышение температуры продукта в гомогенизаторе можно рассчитать по формуле:

?t = р/(c•с), ?t = 14•10⁶/(3850•1027) = 3,54 К

5.) Средний диаметр жировых шариков в диапазоне изменения давления от 2 до 20 Мпа, м определяется по формуле Барановского Н.В.:

d_ср = 3,8•10⁶/, d_ср = 3,8•10⁶/ = 1,016 м

6.) Расчет предохранительных клапанов можно свести к определению проходного сечения седла клапана с учетом вязкости обрабатываемой жидкости. Для маловязких жидкостей (молоко, соки) диаметр проходного сечения седла определяется по формуле:

D_c = / , D_c = /=0,00245 м

Таблица 4 - Параметры гомогенизатора

Название характеристики	№ Варианта
	1	2	3	4	5
Диаметр плунжера, м	0,028	0,045	0,035	0,040	0,038
Ход плунжера, м	0,040	0,070	0,055	0,045	0,060
Угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/c	37,6	35,2	38,7	33,4	36,3
Количество плунжеров	3	5	3	5	3
КПД насоса	0,80	0,87	0,85	0,90	0,82
Давление гомогенизации, МПа	14	10	19	16	20
КПД гомогенизатора	0,75	0,79	0,85	0,81	0,77
Диаметр клапана, м	0,0084	0,0079	0,0075	0,0089	0,0081
Продолжение таблицы 4 (см. стр. 22)
Удельная теплоемкость молока, Дж/(кг•К)	3850	3966,5	3500	3432,6	3880
Плотность молока, кг/м3	1027	1033	1030	1029	1032
Давление всасывания, МПа	0,14	0,1	0,19	0,16	0,2
Допускаемое напряжение для материала клапана, МПа	240
Отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды	103

Заключение

Для достижения поставленной цели были рассмотрены следующие задачи:

· приобретены теоретические знания о процессе гомогенизации и его разновидностях;

· ознакомлены с конструкцией гомогенизаторов, с принципом работы устройства и их применением;

· произведены технические расчеты основных показателей гомогенизатора.

В результате изучения было установлено, что процесс гомогенизации получил большое распространение в пищевой промышленности при приготовлении различных десертов, мороженного, паст, напитков, майонезов, а также широкого спектра полуфабрикатов.

Гомогенизацию пищевых сред можно реализовать в устройствах ультразвукового, центробежного, клапанного типа. Установлено, что наиболее распространенными в промышленности являются гомогенизаторы клапанного типа.

В ходе работы был проведен обзор конструкций гомогенизаторов марок К5-ОГА-1,2; А1-ОГМ; К5-ОГА, а также было установлено, что представленные гомогенизаторы предназначены для дробления и равномерного распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах. Гомогенизаторы представляют собой многоплунжерные насосы высокого давления с гомогенизирующей головкой.

Был выполнен показательный расчет характеристик работы гомогенизатора, таких как производительность (V), мощность (N), толщина тарелки клапана (), температура гомогенизируемого продукта (Дt), средний диаметр жировых шариков (), диаметр проходного сечения седла ().

Список использованной литературы

1. Алексеев Г.В. , Остриков А.Н. , Логинов А.В. и др. / Процессы и аппараты пищевых производств : в 2 кн. Кн. 2; Под ред. А.Н. Острикова. - СПб : ГИОРД, 2007. - С. 505, 508.

2. Антипов С.Т. , Кретов И.Т. , Остриков А.Н. и др. / Машины и аппараты пищевых производство : в 2 кн. Кн. 1; Под ред. В.А. Панфилова. - М. : Высш. шк., 2001. - С. 96, 464-465.

3. Антипов С.Т. и др. / Машины и аппараты пищевых производств : в 3 кн.: Кн. 2. Т 1.; под ред. В.А. Панфилова, В.Я. Груданова. - Минск : БГАТУ, 2008. - С. 300-301.

4. Артемасов, В.В. Интенсификация процессов гомогенизации и диспергирования при получении жидких комбинированных продуктов : дис. … канд. техн. наук / В.В. Артемасов. - Кемерово, 2004. - С. 13-15.

5. Богданова Е.А., Богданова Г.И. / Богданова, Е.А. Производство цельномолочных продуктов. - М. : Легкая и пищевая промышленность, 1982. - С. 34-35.

6. Бредихин С.А., Космодемьянский Ю.В. , Юрин В.Н. / Бредихин, С.А. Техника и технология переработки молока. - М. : Колос, 2003. - С. 92-94.

7. Лобанов В.И. / Лобанов В.И. Процессы и аппараты : метод. указ. к вып. курс. раб.. - Барнаул : Изд-во АГАУ, 2003. - 52 с.

8. Мухин А. А. , Кузьмин Ю. Н. , Гисин И. Б. / Мухин, А. А. Гомогенизаторы для молочной промышленности. - Москва : Пищевая промышленность, 1976. - C. 10-26

9. Оборудование технологическое для молочной промышленности: отраслевой каталог. - Ч. III. Гомогенизаторы для молока и молочных продуктов. - М., 1987. - С. 77-88.

10. Твердохлеб Г.В. , Диланян З.Х. , Чекулаева Л.В. , Шиллер Г.Г. / Технология молока и молочных продуктов. - М.: Агропромиздат, 1991. - С. 29-30.

11. Твердохлеб Г.В., Сажинов Г.Ю. , Раманаускас Р.И. / Твердохлеб, Г.В. Технология молока и молочных продуктов. - М.: ДеЛи принт, 2006 - С. 40-41.

12. Технологическое оборудование для предприятий мясной, птицеперерабатывающей и молочной промышленности: в 4 ч. - Ч. 3. Молочная промышленность. - М. : Изд-во НИИТЭИИТО, 1990. - С. 44-45.

Размещено на Allbest.ru