Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Феноменологический, экспериментальный, аналитический методы исследования процессов и аппаратов
• 2. Резание
• 3. Гомогенизация
• 4. Требования к процессу сушки зерна
• Задачи
• Список литературы

1. Феноменологический, экспериментальный, аналитический методы исследования процессов и аппаратов

Феноменологический метод

Сложность процессов пищевых производств и многообразие действующих факторов являются объективной основой широкого применения так называемых феноменологических зависимостей. Исторически сложилось так, что большое количество явлений переноса энергии и материи аппроксимировано зависимостями вида

I = aX, (1)

где I -- скорость протекания процесса; а -- постоянная; X -- движущая сила процесса.

В класс таких явлений попали: деформация твердого тела (закон Гука); движение электрического тока по проводнику (закон Ома); молекулярный перенос теплоты (закон Фурье); молекулярный перенос массы (закон Фика); обобщенные (не только молекулярные) закономерности переноса теплоты и массы; потери энергии при движении жидкости по трубопроводу (законы Дарси и Вейсбаха); движение тела в сплошной среде (закон трения Ньютона) и т. д. В законах, описывающих данные явления, постоянные имеют физический смысл и называются соответственно: модуль упругости, электрическое сопротивление, молекулярная теплопроводность, коэффициент молекулярной диффузии, конвективная теплопроводность или коэффициент турбулентной диффузии, коэффициент трения Дарси, вязкость и т. д.

Обратив на это внимание, бельгийский физик русского происхождения И. Пригожин, нидерландские физики Л. Онзагер, С. де Гроот и др. обобщили эти явления в виде соотношения (1), которое получило название феноменологического, или соотношения логики явлений. Оно составило основу феноменологического метода исследований, суть которого кратко формулируется так: при малых отклонениях от состояния равновесия скорость протекания I любого сложного процесса пропорциональна движущей силе этого процесса X. Основная трудоемкость исследований с применением этого метода заключается в выявлении факторов или параметров, которые являются побудителями данного процесса, и факторов, характеризующих его результат. Выявив их, связь между ними представляют в виде зависимости (1), а численное значение связывающего их коэффициента а определяют экспериментально. Например, если движущей силой процесса экстрагирования является разность концентраций ДС экстрагируемого вещества в сырье и в экстрагенте, а скорость процесса характеризуется производной концентрации этого вещества С в сырье по времени, то можно записать:

= BДC,

где В-- коэффициент скорости экстрагирования.

Всегда можно назвать целый ряд параметров, характеризующих как движущую силу, так и результативность процесса. Как правило, они однозначно связаны между собой. Поэтому феноменологическое уравнение может быть записано во многих вариантах, т. е. для любой комбинации параметров, характеризующих движущую силу и результативность процесса.

Феноменологический метод, являясь формальным, не раскрывает физической сущности протекающих процессов. Однако его широко применяют вследствие простоты описания явлений и простоты использования экспериментальных данных.

Экспериментальный метод

На основании предварительного анализа исследуемой задачи отбирают факторы, оказывающие определяющее или существенное влияние на искомый результат. Отбрасывают факторы, влияние которых на результат мало. Отбрасывание факторов связано с поисками компромиссов между простотой анализа и точностью описания исследуемого явления.

Экспериментальные исследования проводят, как правило, на модели, но можно использовать для этого и промышленную установку. В результате экспериментальных исследований, выполняемых по определенному плану и с требуемой повторностью, выявляют зависимости между факторами в графической форме или в виде расчетных уравнений.

Экспериментальный метод имеет следующие преимущества:

ь возможность достижения высокой точности выведенных зависимостей

ь высокая вероятность получения зависимостей или физических характеристик объекта исследования, которые никаким другим методом найти не удается (например, теплофизические характеристики продуктов, степень черноты материалов и др.).

Вместе с тем экспериментальный метод исследования имеет два существенных недостатка:

ь большая трудоемкость, обусловленная, как правило, значительным числом факторов, влияющих на исследуемое явление

ь найденные зависимости являются частными, относящимися только к исследуемому явлению., а это означает, что они не могут быть распространены на условия, отличные от тех, для которых они получены.

Аналитический метод

Этот метод заключается в том, что на основе общих законов физики, химии и других наук составляют дифференциальные уравнения, описывающие целый класс подобных явлений. Например, дифференциальное уравнение Фурье определяет распределение температур в любой точке тела, через которое теплота передается теплопроводностью:

 = a²t, (2)

где а -- коэффициент температуропроводности, м²/с; t -- оператор Лапласа;

²t = + + .

Уравнение (2) справедливо для любой неподвижной среды.

Преимущество аналитического метода заключается в том, что полученные дифференциальные уравнения справедливы для всего класса явлений (теплопроводность, теплообмен, массоперенос и т. д.).

Однако этот метод имеет существенные недостатки:

ь сложность аналитического описания большинства технологических процессов, особенно процессов, сопровождающихся тепло- и массопереносом; этим объясняется то обстоятельство, что подобных расчетных формул известно сегодня мало

ь невозможность во многих случаях получить решение дифференциальных уравнений аналитическим путем с помощью известных в математике формул [1, стр. 27-31].

2. Резание

Резание -- один из основных технологических процессов пищевой промышленности.

Резанию подвергаются самые различные материалы, как то: конфетная масса и кондитерской промышленности, тестовая масса в хлебопекарной промышленности, овощи и фрукты в консервной промышленности, сахарная спекла в свеклосахарной промышленности, мясо в мясной промышленности.

Эти материалы имеют разнообразные физико-механические свойства, что определяется разнообразием методов резания, вида режущих инструментов, скорости резания, устройств для резания.

Увеличение мощности предприятий пищевой промышленности требует увеличения производительности режущих машин, их экономичности, разработки рациональных режимов резания.

Общие требования, предъявляемые к резательным машинам, могут быть сформулированы так: они должны дать большую производительность, обеспечить высокое качество продукции, высокую износостойкость, простоту эксплуатации, минимальные энергетические затраты, хорошее санитарное состояние, малые габариты.

Классификация устройств для резания

Устройства для резания пищевых материалов могут быть разделены на группы по следующим признакам:

по назначению: для резания хрупких, твердообразных, упруго-вязко-пластичных и неоднородных материалов;

по принципу действия: периодического, непрерывного и комбинированного;

по виду режущего инструмента: пластинчатые, дисковые, струнные, гильотинные, роторные, струнные (жидкостные и пневматические), ультразвуковые, лазерные;

Рис. 1. Виды режущих инструментов: а--ротор; б-- гильотинный нож; в-- дисковый нож; г--струна

по характеру движения режущего инструмента: с вращательным, возвратно-поступательным, плоскопараллельным, поворотным, вибрационным;

по характеру движения материала при резании и по виду его крепления.

На рис. 1 представлены некоторые виды режущих инструментов: роторные, гильотинные, дисковые, струйные.

Теория резания

Резание имеет задачей обработку материала путем его разделения с целью придания ему заданной формы, размеров и качества поверхности.

На рис. 2 представлена схема резания материала.

Рис2. Cxeмa peзания материала: 1- paзрезаемый материал; 2 - режущий инструмент, 3 - зона пластической деформации, 4 - зона упругой деформации, 5 - граничная зона, 6 - линия разрушения

При peзaнии материалы разделяются на части в результате разрушения граничного слоя. Разрушению предшествует упругая и пластичная деформация, как это показано на рисунке. Эти виды деформации создаются приложением к режущему инструменту силы. Разрушение материала происходит тогда, когда напряжение становится равным временному сопротивлению материала.

Работа резания тратится на создание упругой и пластической деформации, а также на преодоление трения инструмента о разрезаемый материал.

Работу резания можно определить теоретически следующим образом.

Обозначим усилие, которое необходимо приложить к кромке ножа длиной 1 м для разрушения материала через Р (вН/м). Работа А (в Дж) затрачивается на разрезание материала площадью l-l (в м²) будем

А-- (Pl)l-Pl²

Отнеся работу к 1 м², получим удельную работу резания (в Дж/м²).

Некоторые типы резок

Свеклорезки и овощерезки. На сахарных заводах получают при изрезывании свекловичную стружку желобчатой или пластинчатой фермы. В консервном производстве изрезыванию подвергаются морковь, свекла, картофель и т. и.

Действие резок основано на относительном движении резательных приспособлений -- ножей и материала. Это относительное движение может быть осуществлено различными способами.

Основными типами резок являются дисковые и центробежные. Дисковая резка для свеклы изображена на рис. 3. Она состоит из горизонтального вращающегося диска с прорезями и расположенного над ним неподвижного барабана. В прорезях диска устанавливают рамы с ножами (рис. 4). Диск вращается на вертикальном валу с частотой вращения 70 об/мин. Средняя линейная скорость ножей около 8 м/с.

Барабан заполняется свеклой, которая подлежит изрезыванию. При вращении диска свекла, прижимаясь под действием силы тяжести к ножам, изрезывается в стружку, форма которой зависит от формы ножей.

Кроме дисковых, применяют также центробежные резки. В этиx резках ножи укреплены в прорезях стенок неподвижного вертикального цилиндра. Изрезываемый материал приводится в движение лопастями улитки, вращающейся внутри цилиндра. Центробежная сила прижимает продукт к ножам, которые изрезывают его.

Pис. 5. Схема роторного режущего устройства

На рис. 5 представлена роторная резка для изделий кондитерской промышленности. Конфетная масса, оформленная в жгуты 3 из матрицы 1 формующей машины попадает на приемный лоток 2 и подается по нему к режущему устройству. Режущеe устройство состоит из набора свободно вращающихся на оси роторов 4 с укрепленными на них ножами. На каждый жгут имеется свой ротор. Он приводится движущимся жгутом во вращение. Отрезанные конфеты 5 попадают на конвейерную ленту 6.

На рис. 6 представлены два типа машин для резания замороженного и незамороженного мяса, хлеба, картофеля, свеклы и пр., получившие название волчков.

Конструкция волчков, применяемых в промышленности, скопирована с мясорубок, xopoшо известных и распространенных в быту. В волчках используются режущие инструменты трех видов: неподвижные подрезные ножи, ножевые решетки и подвижные плоские ножи.

Резание осуществляется парой режущих инструментов -- плоскиm вращающимся ножом и ножевой решеткой. Материал подается шнеком, прижимается к ножевой решетке, частицы материала вдавливаются в отверстия решетки, а непрерывно вращающиеся плоские ножи с лезвиями, прижатыми к решеткам, отрезают частицы материала.

Рис. 6. Два типа волчков: а --без принудительной подачи материала; б -- с принудительной подачей материала

Частота вращения шнека для тихоходных волчков 100-200, для быстроходных свыше 300 об/мин [2, стр. 72-76].

3. Гомогенизация

Сущность гомогенизации. Гомогенизация (от греч. homogenes -- однородный) -- создание однородной гомогенной структуры, не содержащей частей, различающихся по составу и свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела. Гомогенизацию широко применяют в консервном производстве, когда продукт доводится до тонкодисперсной массы с частицами диаметром 20...30мкм при давлении 10... 15 МПа. В кондитерских производствах благодаря гомогенизации, которая заключается в обработке шоколадной массы в коншмашинах, эмульгаторах или меланжерах, обеспечивается равномерное распределение твердых частиц в какао-масле и снижается вязкость массы.

Частицы эмульсий, суспензий, взвесей существенно меньше по размерам, чем рабочие органы любых механических перемешивающих устройств. Размеры частиц меньше размеров вихрей, образуемых перемешивающими устройствами, и меньше размеров других неоднородностей потока сплошной среды. Вследствие инициируемого механическими смесителями движения среды ассоциации частиц перемещаются в ней как единое целое без относительного смещения компонентов дисперсной фазы и дисперсионной среды. Такое движение не может обеспечить перемешивания компонентов среды в необходимых масштабах.

Масштабы, в которых целесообразно перемешивание частиц пищевых продуктов, определяются условиями усвоения пищи. В настоящее время не выявлены границы масштабов, до которых целесообразно гомогенизировать пищевые смеси. Имеется, однако, ряд исследований, свидетельствующих о целесообразности гомогенизации пищевых продуктов вплоть до молекулярного уровня.

Для гомогенизации продуктов используют следующие физические явления: дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице; дросселирование жидкой среды в зазорах клапанов; кавитационные явления в жидкости; движение ультразвуковых волн в жидкой среде.

Дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице. Между тщательно обработанными твердыми коническими поверхностями ротора и статора коллоидной мельницы (рис. 7) частицы эмульсии могут измельчаться до размеров 2...5 мкм, что часто оказывается достаточным для гомогенизации.

Рис. 7. Схема коллоидной мельницы: 1- ротор; 2--статор; h -- зазор

Дросселирование жидкой среды в зазорах клапанов. Если жидкая среда, сжатая до 10...15 МПа, дросселируется, проходя через сопло малого диаметра или через дроссель (дроссельную шайбу), то сферические образования в ней при ускорении в сопле вытягиваются в длинные нити. Эти нити разрываются на части, что и служит причиной их дробления (рис. 8).

Вытягивание сферических образований в нитеобразные определяется тем, что ускорение потока распределено вдоль направления движения. Фронтальные элементы образований раньше тыльных их частей подвергаются ускорению и более длительное время пребывают под воздействием повышенных скоростей движения. В результате сферические жидкие частицы удлиняются. Кавитационные явления в жидкости. Реализуются пропусканием потока сплошной среды через плавно сужающийся канал (сопло) -- рисунок 8. В нем она ускоряется, а давление уменьшается в соответствии с уравнением Бернулли



где р -- давление, Па; с -- плотность жидкости, кг/м³; v --ее скорость, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с²; Н-- уровень жидкости, м.

При падении давления ниже давления насыщенных паров жидкость вскипает. При последующем повышении давления пузырьки паров "схлопываются". Генерируемые при этом высокоинтенсивные, но маломасштабные пульсации давления и скорости среды гомогенизируют ее.

Аналогичные явления возникают при движении (вращении) в жидкости плохообтекаемых тел. В аэродинамической тени за плохообтекаемыми телами понижается давление и возникают кавитационные каверны, движущиеся вместе с телами. Их называют присоединенными кавернами.

Движение ультразвуковых волн в жидкой среде. В ультразвуковых гомогенизаторах продукт протекает через специальную камеру, в которой облучается излучателем ультразвуковых волн (рис. 10).

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

Рис. 8. Схема дробления жировой частицы при прохождении через зазор клапана



Рис. 9. Схема работы клапанного гомогенизатора: 1 --рабочая камера; 2 -- уплотнение; 3 -- клапан; 4 --корпус

При гомогенизации молока ультразвуковыми волнами и другими возмущениями установлены предельные размеры частиц молока, ниже которых гомогенизация невозможна.

Жировые частицы молока представляют собой округлые, почти сферические частицы размером 1...3 мкм (первичные шарики или ядра), объединенные по 2...50 штук и более в конгломераты (агрегаты, гроздья). В составе конгломератов отдельные частицы сохраняют свою индивидуальность, т. е. остаются четко различимыми. Конгломераты имеют форму цепочек из отдельных частиц. Целостность конгломерата определяется силами адгезионного сцепления округлых частиц.

Рис. 10. Схема ультразвукового гомогенизатора с генерированием пульсаций непосредственно в его объеме: 1--полость гомогенизации, 2-- вибрирующая пластика; 3 -- сопло, образующее струю жидкости

Все реализуемые на практике способы гомогенизации обеспечивают дробление конгломератов в лучшем случае до размеров первичных шариков. При этом поверхности адгезионного сцепления первичных капель разрываются под действием разности динамических напоров дисперсионной среды, действующих на отдельные части конгломерата. Дробление же первичных капель ультразвуковыми волнами может иметь место только по механизму образования на них поверхностных волн и срыва их гребней потоком дисперсионной среды. Дробление наступает в тот момент, когда силы, вызывающие его, превысят силы, удерживающие первоначальную форму частиц. В этот момент отношение данных сил превысит критическое значение.

Силами, приводящими к дроблению как первичных частиц, так и их конгломератов, являются силы (Н), создаваемые динамическим напором дисперсионной среды:

где Др_д -- динамический напор дисперсионной среды, Па; с -- плотность среды, кг/м³; u, v -- соответственно скорости среды и частицы, м/с; F=рr² - площадь миделевого сечения, м²; r -- радиус первичной частицы, м.

Скорость частицы v(t) рассчитывают по формуле, отражающей второй закон Ньютона (равенство произведения массы частицы на ускорение силе лобового сопротивления обтекающей ее среды):

где C_x --коэффициент лобового сопротивления движению капли; т -- ее масса, кг;

где с_к -- плотность частицы, кг/м³.

Теперь скорость частицы v(t) находится интегрированием уравнения

При синусоидальных колебаниях частотой f (Гц) и амплитудой р_а (Па) при скорости звука в дисперсионной среде с (м/с) скорость среды u(t) (м/с) определяется выражением

Первоначальную форму частиц удерживают силы:

для сферической частицы -- это сила поверхностного натяжения

где у -- коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

для конгломерата частиц -- это сила адгезионного сцепления первичных частиц

где а --удельная сила, Н/м³; r_э -- эквивалентный радиус конгломерата, м.

Отношение сил R и R_п, называемое критерием дробления, или критерием Вебера (We), записывается в виде :

для сферической частицы

для конгломерата частиц

Если текущее (зависящее от времени) значение критерия Вебера превысит критическое, т. е. при We(t) > We(t)_кр, радиус первичной частицы r(t) и эквивалентный радиус конгломерата r_э(t) уменьшаются до значения, при котором We(t) =We(t)_Kp. В результате от первичной частицы или от их конгломерата отрывается масса вещества, соответствующая уменьшению радиуса в указанных пределах. При этом справедливы соотношения

В представленных расчетных выражениях для дробления частиц единственный фактор, вызывающий дробление,--разность скоростей частиц и окружающей среды [u(t) -- v(t)]. Эта разность увеличивается при уменьшении отношения плотностей с/с_к. Когда дробятся частицы жира в молоке, это отношение наибольшее и их дробление происходит наиболее трудно. Положение усугубляется тем, что частицы жира молока покрыты более вязкой оболочкой набухших белков, липидов и других веществ. За каждый цикл ультразвуковых колебаний с дробящихся капель срывается небольшое количество мелких капелек, и для протекания дробления в целом необходимо многократное приложение внешних нагрузок. Поэтому продолжительность дробления составляет многие сотни и даже тысячи циклов колебаний. Это и наблюдается на практике при скоростной видеосъемке капель масла, дробящихся ультразвуковыми колебаниями.

Взаимодействие частиц с ударными волнами. Под действием ультразвуковых колебаний обычной интенсивности возможно измельчение только конгломератов капель. Для измельчения первичных капель необходимы возмущения давления интенсивностью около 2 МПа. При использовании современной техники это недостижимо. Поэтому можно утверждать, что ни на каком действующем оборудовании гомогенизация молока до размера частиц менее 1...1,5 мкм не реализуется.

Дальнейшее дробление капель возможно под воздействием серии ударных импулъсов, создаваемых в гомогенизируемой среде специальным побудителем, например поршнем, соединенным с гидравлическим или пневматическим приводом импульсного типа. Скоростная киносъемка капель, на которые воздействуют такие импульсы, показывает, что в данном случае реализуется дробление по механизму "сдувания с их поверхности мельчайших капелек". При этом возмущение скорости окружающей среды приводит к образованию волн на поверхности капель и срыву их гребешков. Многократное повторение этого явления приводит к значительному измельчению капель или частиц жира [1, стр. 229-234].

4. Требования к процессу сушки зерна

Тепловая сушка зерна и семян в зерносушилках -- основной и наиболее высокопроизводительный способ. В хозяйствах, на государственных хлебоприемных предприятиях ежегодно такой сушке подвергаются десятки миллионов тонн зерна и семян. На создание зерносушильной техники и ее эксплуатацию затрачиваются огромные средства. Поэтому сушка должна быть правильно организована и проводиться с наибольшим технологическим эффектом.

Практика показывает, что сушка зерна и семян во многих хозяйствах обходится часто значительно дороже, чем в государственной системе хлебопродуктов. Это происходит не только потому, что там используют менее производительные сушилки, но и вследствие недостаточно четкой организации зерносушения, неправильной эксплуатации зерносушилок, несоблюдения рекомендуемых режимов сушки, отсутствия поточных линий. Действующие рекомендации по сушке семян сельскохозяйственных культур предусматривают ответственность за подготовку зерносушилок и их эксплуатацию в колхозах председателей и главных инженеров, а в совхозах -- директоров и главных инженеров. Ответственность за технологический процесс сушки возлагается на агрономов и мастеров-зерносушилыциков. Государственные семенные инспекции осуществляют контроль за посевными качествами семян.

Чтобы наиболее рационально организовать сушку зерна и семян, необходимо знать и учитывать следующие основные положения.

Предельно допустимую температуру нагрева, т. е. до какой температуры следует нагревать данную партию зерна или семян. Перегрев всегда приводит к ухудшению или даже полной потере технологических и посевных качеств. Недостаточный же нагрев уменьшает эффект сушки и удорожает ее, так как при меньшей температуре нагрева меньше будет удалено влаги.

Оптимальную температуру агента сушки (теплоносителя), вводимого в камеру зерносушилки. При пониженной по сравнению с рекомендуемой температуре теплоносителя зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого потребуется увеличивать срок пребывания зерна в сушильной камере, что снижает производительность зерносушилок. Температура агента сушки выше рекомендуемой недопустима, так как вызовет перегрев зерна.

Особенности сушки зерна и семян в зерносушилках различных конструкций, так как эти особенности часто влекут изменение других параметров и прежде всего температуры агента сушки.

Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от: 1) культуры; 2) характера использования зерна и семян в дальнейшем (т. е. целевого назначения); 3) исходной влажности зерна и семян, т. е. влажности их до сушки.

Зерна и семена различных растений обладают разной термоустойчивостью. Одни из них при прочих равных условиях выдерживают более высокие температуры нагрева и даже в течение более длительного времени. Другие и при более низких температурах изменяют свое физическое состояние, технологические и физиологические свойства. Например, семена кормовых бобов и фасоли при более высокой температуре нагрева теряют упругость оболочек, растрескиваются, снижается их полевая всхожесть. Зерно пшеницы, предназначенное для выработки хлебопекарной муки, можно нагревать только до 48--50°С, а зерно ржи -- до 60°С. При нагреве пшеницы выше указанных пределов резко снижается количество клейковины и ухудшается ее качество. Очень быстрый нагрев (при более высокой температуре теплоносителя) так же отрицательно влияет на рис, кукурузу и многие зернобобовые: (семена растрескиваются, что затрудняет их дальнейшую переработку, например, в крупу.

Обязательно учитывают при сушке целевое назначение партий. Так, предельная температура нагрева семенного зерна пшеницы 45°С, а продовольственного 50°C. Еще больше разница в температуре нагрева у ржи: 45°С для посевного материала и 60°-- для продовольственного (на муку). (Вообще все партии зерна и семян, в которых необходимо сохранить жизнеспособность, нагревают до более низкой температуры. Поэтому ячмень для пивоварения, рожь для солода и т. д. сушат с применением режимов для посевного материала.

Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от их исходной влажности. Известно, что чем больше в этих объектах свободной воды, тем они менее термоустойчивы. Поэтому при содержании в них влаги более 20% и особенно 25% должна быть снижена температура теплоносителя и нагрева семян. Так, при исходной влажности гороха и риса 18% (табл.36) допустимая температура нагрева равна 45°С, а температура теплоносителя 60^оС. Если исходная влажность этих семян 25%, то допустимая температура соответственно будет 40 и 50°С. При этом снижение температуры приводит и к уменьшению испарения (или, как говорят, съема) влаги.

Еще сложнее сушить крупносемянные бобовые и сою, когда при большой влажности (30% и выше) сушку в зерносушилках приходится проводить при низкой температуре теплоносителя (30°С) и нагрева семян (28--30°С) с незначительным съемом влаги за первый и второй пропуск.

Особенности конструкций зерносушилок разных типов и марок определяют возможности их использования для сушки семян различных культур. Так, в барабанных сушилках не сушат бобовые, кукурузу и рис. Перемещение зерна в них и температура агента сушки (110--130°С) таковы, что зерна и семена указанных культур растрескиваются и сильно травмируются.

Рассматривая вопросы тепловой сушки в зерносушилках, нужно помнить о неодинаковой влагоотдающей способности зерна и семян различных культур. Если влагоотдачу зерна пшеницы, овса, ячменя и семян подсолнечника принять за единицу, то с учетом применяемой температуры теплоносителя и съема влаги за один пропуск через зерносушилку коэффициент (К) будет равен: для ржи 1,1; гречихи 1,25; проса 0,8; кукурузы 0,6; гороха, вики, чечевицы и риса 0,3--0,4; кормовых бобов, фасоли и люпина 0,1-0,2.

Таблица 1. Температурные режимы (в °С) сушки семян различных культур на зерносушилках

Следует иметь также в виду, что вследствие определенной влагоотдающей способности зерна и семян почти все сушилки, применяемые в сельском хозяйстве, обеспечивают съем влаги за один пропуск зерновой массы только до 6% при режимах для зерна продовольственного назначения и до 4--5% для посевного материала. Поэтому зерновые массы с повышенной влажностью приходится пропускать через сушилки 2--3 или даже 4 раза (см. табл. 1) [3, стр. 167-170].

Задача № 1

Определить пригодность барабанного сита с заданными параметрами для просеивания 3,0 т/ч муки. Исходные данные:

Предпоследняя цифра шифра	1	Последняя цифра шифра	5
с, кг/м3	800	n, об/мин	11
б, ?	6	R, м	0,3
м	0,7	h, м	0,05

Решение

Дано:

с - насыпная масса материала, 800 кг/м³;

б - угол наклона барабана к горизонту, 6;

м - коэффициент разрыхления материала, 0,7;

n - число оборотов барабана, 11 об/мин;

R - радиус барабана, 0,3 м;

h - высота слоя материала на сите, 0,05 м.

Рис. 11. Схема барабанного сита: 1 - вал привода; 2 - барабан-короб; 3 - сито

где м - коэффициент разрыхления материала м = (0,6-0,8); с - насыпная масса материала, кг/м³; б -угол наклона барабана к горизонту, град; R - радиус барабана, м; h - высота слоя материала на сите, м; n - число оборотов барабана, об/мин.

Q = 0,72?0,7?800?11?tg(2?6)? = = 4435,2? 0,2126= 942,92352? 0,002 = 1,88 т/ч

Сравним полученное значение производительности барабанного сита с 3,0 т/ч, приведенными в условии: 1,88 < 3,0 т/ч, значит барабанное сито с заданными параметрами непригодно для просеивания 3,0 т/ч муки.

Ответ: непригодно.

Задача № 2

Определить размеры (длину) плоского гирационного грохота для сортировки 8000 кг/ч материала. Исходные данные:

Предпоследняя цифра шифра	1	Последняя цифра шифра	5
r, мм	12	с, т/м3	1,3
б, ?	18	h, мм	30
f	0,4	ц	0,5

Решение

r - эксцентриситет, 12 мм = 0,012 м;

б - угол наклона пружинного грохота к вертикали, 18?;

f - коэффициент трения материала о сито, 0,4;

с - насыпная масса материала, 1,3 т/м³ = 1300 кг/м³;

h - высота слоя материала на сите, 30 мм = 0,03 м;

ц - коэффициент заполнения, учитывающий неполную загрузку несущей поверхности материалом, 0,5.

Рис. 12. Схема гирационного грохота: 1 - пружина; 2 - сито; 3 - вал-вибратор; 4 - эксцентриситет

Частота вращения вала гирационного грохота:

об/мин.

Скорость продвижения материала по ситу:

, м/с,

где n - частота вращения вала грохота, об/мин; r - эксцентриситет, м; б - угол наклона пружинного грохота к вертикали, град.; f - коэффициент трения материала о сито.

м/с.

Площадь сечения материала на грохоте S:

, кг/ч,

где S - площадь сечения материала на грохоте, м²; v - скорость продвижения материала по грохоту, м/с; с - насыпная масса материала, кг/м³; ц - коэффициент заполнения, учитывающий неполную загрузку несущей поверхности материалом.

м².

Длина грохота b:

м.

h - высота слоя материала на сите.

Ответ: длина грохота b = 0,66 м.

Задача № 3

Определить мощность на валу подвесной вертикальной центрифуги для разделения сахарного утфеля, если внутренний диаметр барабана D = 1200 мм, высота барабана H = 500 мм, наружный радиус барабана r₂ = 600 мм. Остальные исходные данные:

Предпоследняя цифра шифра	1	Последняя цифра шифра	5
n, об/мин	980	фр, с	30
mб, кг	260	с, кг/м3	1460
d, мм	120	mс, кг	550

D - внутренний диаметр барабана, 1200 мм = 1,2 м;

H - высота барабана, 500 мм = 0,5 м;

r_н = r₂ - наружный радиус барабана, 600 мм = 0,6 м

n - частота вращения барабана, 980 об/мин;

m_б - масса барабана, 260 кг;

d - диаметр шейки вала, 120 мм = 0,12 м;

ф_р - время разгона барабана, 30 с;

с - плотность утфеля, 1460 кг/м³;

m_с - масса суспензии, 550 кг.

Рис. 13. Схема к определению величины давления на стенки барабана

Перевод частоты вращения барабана в угловую скорость:

рад/с.

Мощности N₁, N₂, N₃ и N₄:

, кВт

где m_б - масса барабана центрифуги, кг; r_н - наружный радиус барабана, м; ф_р - время разгона барабана, с.

Толщина кольцевого слоя утфеля:

, м

где m_c - масса суспензии, загруженной в барабан, кг; Н - высота внутренней части барабана, м.

Внутренний радиус кольца утфеля (по рисунку 13):

м.

r_н = r₂ - наружный радиус барабана.

Мощность на сообщение кинетической энергии утфелю:

, кВт

где з - коэффициент полезного действия (для расчетов принять з = 0,8).

Фактор разделения в барабане центрифуги:

.

Динамическая нагрузка на подшипники:

, Н

где m - масса барабана с суспензией (m = m_б + m_с), кг; Ф - фактор разделения:

Мощность на преодоление трения в подшипниках:

, кВт

где р - динамическая нагрузка на подшипники, Н; щ - угловая скорость вращения барабана, рад/с; d - диаметр шейки вала, м; f - коэффициент трения в подшипниках (для расчетов принять 0,01).

 кВт.

Мощность на преодоление трения барабана о воздух:

, кВт

где D и H - диаметр и высота барабана, м; n - частота вращения барабана, об/мин.

Подставить полученные значения мощностей в формулу:

кВт.

Ответ: мощность на валу центрифуги N = 36,438 кВт.

Задача № 4

Рассчитать влагосодержание, энтальпию и объем влажного воздуха, приходящегося на 1 кг сухого воздуха. Общее давление воздуха р = 1 бар. Исходные данные:

Предпоследняя цифра шифра	1	Последняя цифра шифра	5
t, ?С	32,55	ц, %	75

р - общее давление воздуха, 1 бар = 1·10⁵ Па;

t - температура воздуха, 32,55 ?С;

ц - относительная влажность воздуха, 75 % = 0,75.

По приложению В определим давление насыщенного пара (р_нас) для заданной температуры воздуха и переведем в систему СИ:

для t = 32,55 ?С р_нас = 0,05 ат · 9,81·10⁴ = 4905 Па.

Влагосодержание воздуха:

,

где p - общее давление воздуха, Па.

Энтальпия влажного воздуха:

,

где 1,01 - теплоемкость воздуха при с = const кДж/(кг·К); 1,97 - теплоемкость водяного пара, кДж/(кг·К); 2493 - удельная теплоемкость парообразования при 0 С, кДж/кг; t - температура воздуха по сухому термометру, С.

Объем влажного воздуха:

Объем влажного воздуха (в м³ на 1 кг сухого воздуха):

,

где - газовая постоянная для воздуха, равная 288 Дж/(кг·К); Т - абсолютная температура воздуха (Т = 273 + t), К.

м³/кг.

Ответ: влагосодержание ч = 0,024 кг/кг, энтальпия I = 94,25 кДж/кг и объем влажного воздуха v = 0,91 м³/кг сухого воздуха.

Список литературы

резательный гомогенизация сушка зерно

1. Плаксин Ю. М., Малахов Н. Н., Ларин В. А. Процессы и аппараты пищевых производств. -- М.: КолосС, 2007. -- 760 с.

2. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. -- М.: Агропромиздат, 1985. -- 503 с.

3. Трисвятский Л.А. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов. -- М.: Колос, 1975. -- 448 с.

Размещено на Allbest.ru