Расчет шнекового пресса для сока

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. И.И. ПОЛЗУНОВА

Кафедра «Технология продуктов питания»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

РАСЧЕТ ШНЕКОВОГО ПРЕССА ДЛЯ СОКА

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

КР 271200. 07. 000ПЗ

Руководитель работы

доцент к.т.н. О.В. Кольтюгина

Работу выполнил

студент гр. ТОП - 81 Ермолова. Е.А.

Нормоконтролер доцент

к.т.н. О.В. Кольтюгина

2010



ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента

Ермоловой Елизаветы Александровны

1. Тема работы Расчет шнекового пресса для сока

2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)

3. Исходные данные к проекту (работе) Отжатие яблочного сока из мезги шнековым прессом Р3-ВП2-Ш-5.

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов). Введение. Выбор проектируемого объекта. Описание проектированного объекта. Конструирование аппарата. Технологические расчеты. Меры безопасности. Экологические показатели производства. Заключение. Список литературы. Приложение.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей). 1 лист А1. Схема шнекового пресса для сока

6. Дата выдачи задания

Студент_____________________________

Руководитель________________________

« » 2010 г.



Содержание

Введение

1 Выбор проектируемого объекта

2 Описание проектируемого объекта

2.1 Классификация шнеков по расположению рабочего органа

2.2 Работа пресса Р3-ВП2-Ш-5

3 Конструирование аппарата

3.1 Технологические расчеты

3.1.1 Расчет перфорированного барабана

3.1.2 Расчет шнекового нагнетателя

4 Меры безопасности

5 Экологические показатели производства

Заключение

Список литературы

Приложение А



Введение

Развитие технологии хранения и переработки плодов началось издавна.

Первоначально применяли простейшие методы: продукцию хранили в ямах, погребах, заглублённых хранилищах малого объёма, переработка ограничивалась мочением плодов и ягод, маринованием, сушкой.

По мере развития науки и технического прогресса стали строить стационарные хранилища большого объёма, холодильники, применять стерилизацию, быстрое замораживание. Но самое интенсивное и планомерное развитие отрасли началось после Великой Октябрьской социалистической революции. Усилиями учёных и специалистов разработаны и внедрены в производство такие прогрессивные технологии, как хранение плодов в регулируемой газовой среде (РГС), использование полимерных материалов для упаковки, фасования и теплоизоляции продукции и другое. Широко применяют механизированные поточные линии по товарной обработке и фасованию плодоовощной продукции.

Также применяют автоматизированные системы дистанционного контроля и регулирования режимов хранения и консервирования плодов.

Одной из основных задач, стоящей перед пищевой промышленностью и пищевым машиностроением, является создание 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. Анализ современного состояния и тенденций развития пищевых и перерабатывающих отраслей АПК России свидетельствует о том, что технический уровень производств нельзя признать удовлетворительным. Лишь 19 % активной части производственных фондов предприятий соответствует мировому уровню, около 25 % подлежат модернизации, а 42 % - замене.

1 Выбор проектируемого объекта

По характеру воздействия на обрабатываемый продукт пищевое оборудование делится на аппараты и машины.

В аппаратах происходят физико-механические, тепловые, диффузионные, электрические, химические, биохимические и другие процессы.

В машинах технологические процессы происходят вследствие механического воздействия на обрабатываемый объект. Эти процессы называются механическими.

Имеется большое число аппаратов или машин, рабочий орган которых совершает медленное вращение. Из всего многообразия этого оборудования следует выделить два вида аппаратов (машин), имеющих наиболее общее значение для отраслей пищевой промышленности - шнековые прессы и аппараты с медленно вращающимися барабанами. В этих аппаратах проводится механическая, тепловая, химическая или физико-химическая обработка сыпучих пищевых продуктов. Для этих видов аппаратов общим является необходимость обеспечения медленного вращения рабочих органов. И в одном, и в другом случаях, почти так же, как и для емкостной и тепловой аппаратуры, не стоят на первом плане вопросы, связанные с вибрациями, с переходом рабочих органов через критические режимы.

В то же время эти виды оборудования имеют четкую специфику, требующую различных подходов при конструировании.

Шнековые прессы нашли широкое применение в пищевой промышленности: их используют либо для отжима жидкой фазы от сырья, либо для придания продукту определенной формы, либо для уплотнения продукта для лучшей транспортабельности.

Отжимные шнековые прессы используют для обезвоживания обессахаренной свекловичной стружки - жома для уменьшения энергозатрат при последующем его высушивании. Кроме того, их применяют для отделения сока от мезги, при обработке овощей и фруктов, для отделения жира от мясной шквары и в других случаях.

Прессы уплотняющего и формующего действия применяют в макаронном производстве.

Для шнековых прессов характерны относительно высокое давление в рабочем пространстве 2,5 - 7,5 МПа и большая продолжительности непрерывного процесса. Частота вращения шнеков незначительна и составляет 2 - 15 об/мин. Медленное вращение шнека производят с помощью понижающей системы зубчатых передач.

Большое давление в рабочем пространстве обуславливает использование методов расчета оболочек по моментной теории с учетом их перфорации и укрепления бандажами.

В создаваемых шнековых прессах большого диаметра наблюдается недостаточное прессование внутренних слоев продукта, в связи с чем в ряде конструкций устанавливают специальные рыхлители.

Наличие давления и характер его изменения вдоль пресса определяют характер протекания процесса прессования. Скорость прессования зависит от давления и в то же время влияет на характер изменения давления в каналах, образованных шнеком. Усилия, необходимые для передвижения прессуемой массы, зависят от содержания жидкой фазы.

Рабочее пространство шнекового пресса состоит из активной зоны, в которой создается давление, и пассивной зоны, имеющей запорное устройство для создания сопротивления движения массы. [соколов]

Для своей работы я выбрала шнековый пресс для яблочного сока Р3-ВП2-Ш-5.



2 Описание проектируемого объекта

2.1 Классификация шнеков по расположению рабочего органа

пищевой шнековый пресс сок

На предприятиях общественного питания широко применяются гидравлические прессы при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, для производства ликеров и эссенций.

В сахарной промышленности для обезвоживания жома применяются наклонные горизонтальные и вертикальные шнековые прессы с одно- и двухсторонним отжатием. Прессы двухстороннего отжатия более производительны, чем прессы с односторонним отжатием, и позволяют отжимать жом до более низкой конечной влажности.

Наклонный шнековый пресс (рис. 2.1) предназначен для отжатия жома. Жом поступает в сепаратор, где из него частично удаляется вода, а затем в пресс, где отжимается основная часть воды. Часть отжатой воды проходит через цилиндрическое сито и удаляется через штуцер 9, другая часть воды проходит через сито 3 в полую часть вала шнека и удаляется через отверстие 10 и штуцер 9. Выгрузка отжатого жома производится через кольцевые отверстия между коническим ситом и корпусом отжимного шнека. Размер отверстия влияет на продолжительность пребывания жома в прессе и степень отжатия воды и регулируется специальным приспособлением 6.

Горизонтальные и наклонные прессы имеют аналогичную конструкцию. В отличие от горизонтальных прессов в наклонных не происходит частичного смешения отжатого жома с удаляемой жидкостью.



Рисунок 2.1 - Наклонный шнековый пресс

1 - сепаратор; 2 - вал шнека; 3 - сито; 4 - отжимной шнек; 5 - цилиндрическое сито; 6 - регулировочное приспособление; 7 - отверстия для выгрузки жома; 8 - коническое сито; 9 - штуцер; 10 - отверстия для удаления воды; 11 - дополнительная поверхность фильтрования; 12 - штуцер для отвода воды.

Вертикалный шнековый пресс (рис. 2.2). Основной частью пресса является полый вертикальный шнек, установленный в специальных траверсах. На кожухе шнека с противоположных сторон расположены контрлопасти, которые входят в промежутки между лопастями шнека и препятствуют вращению материала вместе со шнеком. Контрлопасти имеют отверстия, через которые проходит пар, подводимый по трубопроводу.

В верхней части пресса расположена воронка для загрузки материала, а под ней по цилиндрической образующей - цилиндрические разъемные сита с коническими отверстиями. Влажный жом на прессование поступает через воронку и верхними лопастями шнека направляется вниз, в зону с меньшим поперечным сечением, где происходит отжатие воды. Часть отпрессованной воды выходит через отверстия цилиндрического сита, а другая часть - через полый вал шнека. Выделенная вода по каналу 10 и штуцеру 9 удаляется из пресса.

В нижней части цилиндрического сита расположено подвижное коническое сито, которое можно поднимать и опускать при помощи болтов 7. Изменением размера щели между этим ситом и нижней частью цилиндрического сита регулируется степень отжатия жома.

Отжатый жом, выходящий через щель, образованную коническим и цилиндрическим ситами, при помощи скребков выгружается из шнека.

Рисунок 2.2 - Вертикальный шнековый пресс

1 - приводная шестерня; 2 - загрузочная воронка; 3 - шнек; 4 - разъемное сито; 5 - контрлопасть; 6 - коническое сито; 7 - болт; 8 - скребок; 9 - штуцер; 10 - канал.

Двухшнековый пресс (рис. 2.3) оборудован двумя параллельно установленными шнеками, вращающимися навстречу друг другу. В корпусе и крышках шнека имеются цилиндрические фильтрующие сита с коническими отверстиями, изготовленные из нержавеющей стали.

Конструкция пресса позволяет быстро проводить процесс обезвоживания.

Частота вращения шнеков может регулироваться гидромуфтой от 1,45 до 3 . От частоты вращения шнека зависит его производительность, влажность отпрессованного жома и расход энергии.

Показатели работы пресса зависят от равномерности питания его жомом. При недостаточной загрузке пресса жомом влажность жома увеличивается.

Рисунок 2.3 - Двухшнековый пресс

1 - загрузочный бункер; 2 - шнек; 3 - крышка; 4 - привод.

2.2 Работа пресса Р3-ВП2-Ш-5

Подготовленная мезга загружается в бункер (лист 1, поз.№1). В корпусе (лист 1, поз.№3) предусмотрены обтюраторы (лист 1, поз.№2), предотвращающие проворачивание мезги вместе со шнеком или выдавливание её из зоны давления в корпус, подающие мезгу к транспортирующему шнеку (лист 1, поз.№8). Транспортирующий и прессующий (лист 1, поз.№11) шнеки расположены внутри перфорированного цилиндра (лист 1, поз.№10) и закреплены на валу (лист 1, поз.№7). Так же внутри цилиндра находится перфорированный желоб (лист 1, поз.№6). Под бункером и цилиндром расположены поддоны (лист 1, поз.№5 и поз.№9) для сока-самотека. Сок выходит из запорного конуса (лист 1, поз.№13) с барабанчиком (лист 1, поз.№12). Внутри корпуса имеются щитки: левый (лист 1, поз.№14) и правый (лист 1, поз.№15). В целом вся конструкция смонтирована на раме (лист 1, поз.№4).

Благодаря использованию открытых обтюрирующих устройств в корпусе облегчены условия захвата мезги шнеком. В результате применения промежуточной опоры, расположенной в перфорированном цилиндре пресса, обеспечивается гарантированный зазор между шнеком и цилиндром, устраняется возможность трения между ними, повышается надежность их работы.

Техническая характеристика пресса Р3-ВП2-Ш-5

Производительность по яблокам, кг/ч…………………5000

Выход сока, %...................................................................71

Расход электроэнергии, кВт•ч………………………….4,5

Наружный диаметр шнеков, мм……………………….520

Габаритные размеры, мм………………………………4600Ч1000Ч1700

Масса, кг………………………………………………..3500



3 Конструирование аппаратов

3.1 Технологические расчеты

3.1.1 Расчет перфорированного барабана шнекового пресса

Наличие давления и характер его изменения вдоль пресса определяют характер протекания процесса прессования. Скорость прессования зависит от давления и в то же время влияет на характер изменения давления в каналах образованных шнеком.

Напряженным узлом шнекового пресса является перфорированный барабан. При его расчете на прочность следует учитывать переменное во времени давление внутри барабана по его длине и при его вращении.

Стенки рабочего цилиндра образованы из сит, собранных по длине пресса в секции. Сита выполнены перфорированными по треугольной сетке с шагом =20 мм, диаметр отверстий d=10 мм. Цилиндр выполнен из стали 1Х13 (предел текучести ).

Обозначим степень перфорации цилиндрического барабана

, (3.1)

где d - диаметр отверстий;

- расстояние между центрами соседних отверстий.

Напряжения в точках 1 и 2 (рис. 3.1)

(3.2)

, (3.3)

где - мембранное окружное напряжение, действующее в направлении оси ОХ;

- мембранное меридиональное напряжение, действующее в направлении оси ОУ;

, , , , , - коэффициенты, зависящие от материала обечайки и степени перфорации.

=171 МПа

Из расчета следует, что напряжение в точке 2 превышает предел текучести материала, в результате требуется увеличить толшину стенки.

3.1.2 Расчет шнекового нагнетателя

Шаг шнека Н, м, и диаметр вала шнека d, м

, (3.4)

, (3.5)

где коэффициенты К=0,7… 0,8;

=0,25…0,4.

По полученному значению подбираем трубу из стали конструкционной легированную для изготовления вала шнека с размерами (по ГОСТ 4543-71)

- наружный диаметр

Угол подъема винтовой линии шнека на периферии, , рад

, (3.6)

Угол подъема винтовой линии шнека у вала , рад

, (3.7)

.

С достаточной для инженерных расчетов точностью принимаем среднеарифметический угол подъема винтовой линии , рад

(3.8)

.

Коэффициент отставания материала

, (3.9)

=

Предельный диаметр вала шнека , м

, (3.10)

где (угол трения).



Диаметр вала шнека d всегда принимается больше . Таким образом, условие (0,169 м 0,062 м) выполняется.

Наибольший изгибающий момент в последнем витке шнека по внутреннему контуру Н•м/м

, (3.11)

где - отношение диаметров шнека и вала шнека ().

.

Толщина витка шнека , м

, (3.12)

где =145 МПа - допускаемое напряжение материала витка шнека при изгибе, Па.

Угловая частота вращения шнека , ,определяется исходя из производительности нагнетателя П, кг/с, его геометрических параметров и коэффициента отставания из зависимости

(3.13)



где - плотность прессуемого материала, кг/ (1063 кг/ ) - коэффициент подачи, учитывающий степень заполнения межвиткового пространства и режим работы прессующего устройства ().

Тогда

.

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса шнекового устройства по длине одного шага ,

, (3.14)

.

Площадь поверхности витка шнека по длине одного шага ,

, (3.15)

где L и l - длины винтовых линий, соответствующие диаметрам шнека и вала, м

(3.16)

(3.17)

м,

м,

.



Условие работоспособности шнекового нагнетателя соблюдается, т.к.

( ).

Крутящий момент на валу шнека , Н•м

, (3.18)

где n=3 - число рабочих витков шнека.

.

Осевая сила, действующая на вал шнека , Н

, (3.19)

Нормальные , Па, и касательные , Па, напряжения в опасном сечении вала шнека

(3.20)

(3.21)

где F - площадь поперечного сечения вала шнека,

для сплошного вала

(3.22)

.



Для сплошного вала Па

Полярный момент сопротивления вала шнека

, (3.23)

.

Для сплошного вала , Па

Эквивалентное напряжение , Па

для сплошного вала

, (3.24)

Проверим условие прочности вала шнека сплошного

где - допускаемое напряжение материала вала, Па. Принимаем, что вал шнека изготовлен из стали 20Х, для которой

Таким образом, условие прочности для сплошного вала выполняется.

Мощность, затрачиваемая на привод шнекового нагнетателя N, кВт



, (3.25)

где з?0,9 - КПД привода.



4 Меры безопасности

К обслуживанию пресса допускаются лица, хорошо знающие его устройство, работу пресса и уход за ним. Сдавшие технический минимум по обслуживанию шнекового пресса, технике безопасности и производственной санитарии.

Монтаж, наладка и обслуживание электрооборудования должны осуществляться в соответствии с "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" и "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей".

Работы по обслуживанию (подключение, ремонт) электрооборудования должен производить квалифицированный специалист, имеющий допуск работы с электрооборудованием до 1000В.

Электробезопасность и безопасность обеспечивается конструкцией пресса, предусматривающей:

1. Пресс Р3-ВП2-Ш-5 должен быть заземлён согласно "Правил устройства электроустановок".

2. Все работы по осмотру и ремонту электрооборудования должны производится только при снятом напряжении. Электропроводка не должна иметь нарушений изоляции, а места подключений должны быть тщательно изолированы.

3. Устройство защитного заземления корпуса пресса и металлических деталей, которые могут оказаться под напряжением.

4. Перед тем как запустить пресс для изготовления макаронных изделий, необходимо проверить затяжку всех резьбовых соединений, сетки безопасности, закрывающих движущие части пресса и электрооборудование.

Нагрев корпусов подшипников пресса не должен превышать С.

В случае временного прекращения подачи напряжения, при подаче напряжения пресс не должен самопроизвольно включатся не зависимо от положения органов управления.

При возможных перегрузках по мощности должна срабатывать блокировка.

Пресс и зона его обслуживания должны хорошо освещены.

Подходы к прессу должны быть чистыми и свободными.

В случае появившегося во время работы не свойственного шума, стука, вибрации необходимо немедленно выключить пресс.

Ремонт шнеков должен производиться квалифицированным персоналом, прошедшим вводный инструктаж по технике безопасности на рабочем месте. Персонал должен знать:

- устройство, принцип и правила технической эксплуатации обслуживаемых винтовых конвейеров;

- режим работы и технологические параметры шнеков на соответствующих операциях;

- безопасные приёмы работы на обслуживаемом оборудовании при выполнении технологических операций;

- основные виды неполадок при работе механизмов и способы их устранения.



5 Экологические показатели производства

Основными вредными факторами для предприятий пищевой промышленности, и в частности - завода по производству сока, являются шум, пыль и сточные воды.

Мероприятия, необходимые для охраны окружающей среды, принято делить на три группы:

а) технологические мероприятия, связанные с изменением технологических процессов и конструкции машин в интересах охраны окружающей среды;

б) планировочные мероприятия, включающие комплекс технических решений на размещение машин и аппаратов в отделениях, цехах, а также в целом предприятия на территории, прилегающей к жилой зоне;

в) санитарно-технические мероприятия, включающие расчеты коэффициентов необходимой эффективности очистных сооружений и подбор необходимых типов аппаратов по очистке сточных вод и выбросов в атмосферу, защите от шума.

Вредными факторами, воздействующими на окружающую среду со стороны заводов по производству сока, являются:

- шум: действующее оборудование является источником постоянного шума, допустимые санитарные нормы ПДВ шума: 35 дБА днем, 25 дБА ночью;

- сточные воды не должны превышать санитарные нормы по загрязненности органическими загрязнителями, количество которых не должно превышать допустимые 3 мг/л.



Заключение

Производство соков имеет большое значение для человека. Все понимают, что для здоровья необходимо получать витамины, а в соках содержится необходимое количество таковых. Например, витамин С, витамин Р, фолиевую кислоту, провитамин А - каротин в основном содержатся только в плодах и овощах.

Соки - необходимая и незаменимая составная часть детского питания. Соки приятны на вкус и ароматны. Они прекрасно удаляют жажду, а выпитый утром стакан сока зарядит энергией и хорошим настроением на весь день.

В настоящее время разработано и применяется в пищевой промышленности большое количество шнековых прессов для сока :ВПНД-10, ВПО-20А, ВПО-30А, ВПО-50.

В данной курсовой работе я провела технологический расчет перфорированного барабана и шнекового нагнетателя.

Также были освоены основные правила эксплуатации шнековых прессов и меры безопасности.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств / Г.Д. Кавецкий, А.В. Ковалев. - М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с.

2. Кольтюгина О.В. Методические указания к выполнению курсовой работы/ О.В. Кольтюгина; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ. - 2006. - 106 с.

3. Курсовое и дипломное проектирование технологического оборудования пищевых производств / О.Г. Лунин и др. - М.: Агропромиздат, 1990. - 269 с.

4. Остриков А.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств: учеб. для вузов / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 352 с.

5. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / С.М. Гребенюк и др. - М.: Агропромиздат, 1987. - 356 с.

6. Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств / В.Н. Стабников, В.И. Баранцев. - М.: Легкая и пищ. пром-сть,1983. - 328 с.

7. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств / В.И. Соколов. - М.: Машиностроение, 1983. - 447с.:ил.

Размещено на Allbest.ru