/
Текст
Министерство общеrо и профессиональноrо образования
Российской Федерации
Воронежская rосударственная технолоrическая академия
А.Н. ОСТРИКОВ, M.r. ПАРФЕНОПУЛО, А.А. ШЕВЦОВ
ПРАКТИКУМ
ПО КУРСУ
«ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»
Рекомендовано
Министерством общеrо и профессиональноrо образования
Российской Федерации в качестве учебноrо пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по специальности «Машины и аппараты пищевых производств»
Воронеж 1999
оrЛАВЛЕНИЕ
УДК 663/664.02(076.5)
ББК 814.4 5
076
Предисловие.............. ..................................... .... .......... ................
Методические рекомендации... ......... .......... .... ......... ..... ........ .....
Введение..... ...... ... ......... ...... ............................. ........... ........... ........
РАЗДЕЛ 1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ подrотовки
СЫРЬЯ, ПОЛУФАБРИКА ТОВ К ОСНОВНЫМ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ОПЕРАцияМ.......... ......................
rлава 1. Оборудование для мойки и очистки пищевоrо
сырья...... ............................ ................ ...... .... ........ .............. ...........
РПР NQ 1. Расчет машины для мойки плодов и оВощей..........
РПР NQ 2. Расчет барабанной моечной машиНы......................
РПР NQ 3. Расчет бутылкомоечной машины............................
rлава 2. Оборудование для сортировки и калибровки
сырья............................................................................................ .
РПР NQ 1. Расчет зерноочистительноrо сепаратора.................
РПР NQ 2. Расчет цилиндрическоrо триера..............................
РАЗДЕЛ 2. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕР АБОТКИ ПРОДУКТОВ,
СЫРЬЯ И ПОЛУфАБРикАТОВ..............................................
rлава 1. Технолоrическое обgрудованне для механической
переработки сырья и полуфабрикатов разделеиием..............
РПР NQ 1. Расчет центрифуrи...................................................
РПР NQ 2. Расчет сепаратора.....................................................
РПР NQ 3. Расчет молотковой дробилки...................................
РПР NQ 4. Расчет rомоrенизатора...........................................
РПР NQ 5. Расчет протирочной машины.................................
РПР NQ 6. Расчет центробежной свеклорезки.........................
rлава 2. Технолоrическое оборудование для механической
переработки сырья и полуфабрикатов соединеНием............
РПР NQ 1. Расчет тесто месильной машины............................
РПР NQ 2. Расчет лопастной мешалки....................................
rлава 3. Технолоrическое оборудование для механической
переработки сырья и полуфабрикатов формоваиием..........
РПР NQ 1. Расчет шнековоrо MaKapoHHoro пресса................
РПР NQ 2. Расчет экструдера..................................................
ОстРИ1<.ов А.Н., Парфе1l0пу.10 м.r., Шевцов А.А. Практикум
по курсу «Технолоrическое оборудование»/Воронеж. roc. технол.
акад. Воронеж, 1999. 424 с.
в учебном пособии, составлеННО 1 в соответствии с требованиями rocYllap
cTBeHHoro образовательноrо стандарта по спеuиальности 170600. приведены прак-
тические работы по расчету основных видов технолоrическоrо оборудования. Из-
ложены теоретические сведения, дана классификаuия оборудования, исходные
данные, методики расчетов. варианты индивидуальных заданий и КОНТРО;lьные
вопросы.
Предназначено для студентов спеUШL1ЬНОСТИ 170600 "Машины и аппараты
пишевых производств". а также для инженерно технических работников пишевых
предприятий. проектных и конструкторских орrанизаu ий .
Табл. 77. Ил. 95. Библиоrр.: 46 назв.
Научный редактор засл. деятель науки и техники РФ,
профессор И. Т. КРЕТОВ
Рецензенты: кафедра теХНО!10rическоrо оборудования пишевых производств
MOCKoBcKoro rосударственноrо университета пишевых про из-
водств (зав. кафедрой академик РАСХН В.А. ПАНФИЛОВ);
д. т. н. О.Т. КОМ ЯКОВ (ВНИИ пишеконuентратной промышлен-
ности и спеuиальной пишевой технолоrии)
О 2201010000 19 Б б
ез о ъявл.
ОК2(ОЗ) 99
@ Остриков А.Н., Парфенопуло M.r.,
Шевцов А.А., 1999
ISBN 5 89448.053.1
@ Воронежская rосударственная Tex
нолоrическая академия, 1999
6
10
11
14
14
17
26
31
45
47
60
72
72
72
86 .
98
107
116
125
138
138
148
155
155
175
3
РАЗДЕЛ 3. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО И МАССООБМЕНА
ПРИ ОБРАБОТКЕ СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ......... 186
rлава 1. Технолоrическое оборудование для проведения
тепловых процессов.... ............................ .............. ... .................. 186
РПР .N2 1. Расчет мноrокорпусной выпарной устаНоВки....... 186
РПР .N2 2. Расчет пластинчатой пастеризационно охладительной
установки......................................... ..................... ..... ...... ........ 202
РПР .N2 3. Расчет аВтоклаВа..................................................... 217
РПР.N2 4. Расчет бланшироВателя.......................................... 228
rлава 2. Оборудование для проведения массообменных
процессов.............................................................. ....................... 239
РПР .N2 1. Расчет наклонноrо диФФузионноrо аппарата....... 239""
РПР .N2 2. Расчет ректификационноrо аппарата....................
rлава 3. Сушильное оборудование..........................................
РПР .N2 1. Расчет распылительной сушилКи..........................
РПР .N2 2. Расчет барабанной сушилКи..................................
РПР .N2 3. Расчет ленточной сушилКи....................................
rлава 4. Оборудованне для выпечки и обжарки продуктов
РПР .N2 1. Расчет хлебопекарной печи....................................
РПР .N2 2. Расчет обжарочной печи........................................
rлава 5. Оборудование для охлаждения н замораживания
продуктов и полуфабрикатов.................................................. 332
РПР .N2 1. Расчет Воздухоохладителя..................................... 332
РАЗДЕЛ 4. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ МИКРОБиолоrИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ И
ПОЛУФАБРИКА ТОВ...............................................................
rлава 1. Технолоrическое оборудование для проведения
микробиолоrических процессов............................. ................. 347
РПР .N2 1. Расчет дрожжерастильноrо аппарата.................... 347
rлава 2. Технолоrическое оборудование для электрофизиче
ской обработки сырья и полуфабрикатоВ.............................. 362
РПР.N2 1. Расчет электрофлотационноrо аппарата............... 362
РАЗДЕЛ 5. ТЕХНОЛОf'ИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ВЗВЕШИВАНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ, ФАСОВКИ И УПАКОВ-
250
267
271.
282 1-
293
300
300
319
КИ rотовой ПРОДУКциИ.................................................
r лава 1. Оборудование для взвешивания и дозирования
продукцин............. ........ .................. ... ......... .......... ............... .......
РПР .N2 1. Расчет тарельчатоrо дозатора................................
r лава 2. Оборудование для фасовки и упаковки rотовой
продукции......................................... ........... ....... .................. ......
РПР .N2 1. Расчет разливочноrо аВтоМата..............................
r лава 3. Оборудование для механизации финишных опера-
ции...............................................................................................
РПР .N2 1. Расчет этикетировочноrо аВтоМата........................
Заключение..................................................................... .......
Би?rшоrрафнческнй список................. .......................... .....
Приложение.... .... ........... ............. ..... ... ..... .,. ..... ................ ......
347
4
368
368
368
377
377
391
391
404
405
409
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
об основах и специфике орrанизации и проведения монтаж
ных работ оборудования пищевых предприятий;
о проблеме улучшения качества продукции;
об основах проектирования технолоrическоrо оборудования
и линий;
знать и у.иеть использовать:
проrрессивные методы эксплуатации технолоrическоrо обо
ру дования по производству различных видов пищевой продукции;
статистические методы обработки экспериментальных дaH
ных для анализа эффективной работы технолоrическоrо оборудо
вания;
методики по оценке причин возникновения дефектов и бра
ка выпускаемой продукции;
методы компоновки технолоrическоrо оборудования в ли
нии, выполнять основные расчеты параметров линий, оценивать
качество функционирования линий по показателям точности, yc
тойчивости И надежности процессов;
способы определения оптимальной конструкции рабочих
opraHoB и друrих узлов машин пищевых отраслей;
методики расчета технико экономи ской эффективности
при выборе технических и орrанизационных решений;
y.Jtemb:
проводить теоретические и экспериментальные исследова
ния в области технолоrическоrо оборудования и машин с использо
ванием современных методов планировани эксперимента, средств
Вычислительной техники;
находить оптимальные и рациональные технические режи
мы работы оборудования;
выбирать технолоrическое оборудование по основным па
раметрам для применения в отрасли;
оценивать техническое состояние машины, выполнять oc
новные расчеты и составлять необходимую техническую ДOKYMeH
тацию, проектировать и конструировать технолоrическое оборудо
вание отрасли;
совершенствовать и оптимизировать действующее техноло
rическое оборудование, линии на основе системноrо анализа каче
ства сырья и требований к конечной продукции;
Дисциплина «Технолоrическое оборудование» иrрает важную
роль в завершении профессиональной подrотовки инженеров меха
ников пищевых производств.
Цель изучения даННО20 курса подrотовка студентов к про .
изводственно технической, проектно конструкторской и исследова
тельской деятельности, связанной с созданием и эксплуатацией
машин и аппаратов пищевых про из водс тв, использование ими зна
ний, полученных в результате фундаментальной подrотовки по об
щим естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам
для решения инженерных задач.
В результате изучения курса студент должен:
иметь представление:
об основных проблемах научно техническоrо развития Tex
ники пищевой промышленности;
о технолоrическом оборудовании отрасли (классификация,
устройство, особенности эксплуатации, пути и перспективы COBep
шенствования); об инженерных основах компоновки поточных
линий;
о передовых методах ремонта технолоrическоrо оборудова
ния;
о проблеме рациональноrо использования сырьевых, энерrе
тических и друrих видов ресурсов;
6
7
создавать технолоrическое оборудование, характеризую
. щееся отсутствием вредных веществ, выбрасываемых в окружаю
щую среду, с улучшенной системой очистки воздуха и воды от
вредных примесей, с использованием средств автоматическоrо KOH
троля за состоянием окружающей среды;
разрабатывать мероприятия по ЛИквидации возникающих
дефектов и брака выпускаемой продукции;
проводить системный анализ и синтез технолоrических ли
ний, моделировать строение и функционирование большоrо произ
водственноrо процесса, определять уровень развития и направления
совершенствования линий;
анализировать работу технолоrических линий с целью BЫ
явления "узких" мест и формирования мероприятий по их YCTpaHe
нию на базе банка данных тенденций развития производственных
процессов;
инеть опыт:
оценки эксплуатационных возможностей технолоrическоrо
оборудования;
диаrностики современными способами СОСтояния техноло
rическоrо оборудования, орrанизации и проведения профилактиче
ских и ремонтных работ;
техническоrо контроля, разработки технической ДOKYMeHTa
ции по соблюдению режима работы оборудования в условиях дей
ствующеrо производства;
выполнения стандартных испытаний по определению физи
ко механических показателей металлов, диэлектрических материа
лов, используемых для покрытий поверхности рабочих opraHoB и
упаковки;
проведения расчетов и конструирования типовых узлов Tex
нолоrическоrо оборудования, нахождения путей модернизации
оборудования с целью повышения качества изделий.
Практикум по курсу «Технолоrическое оборудование» пред
назначен для студентов специальности 170600 "Машины и аппа
раты пищевых производств".
Цель учеБНО20 пособия систематизировать сведения о Tex
нолоrическом оборудовании, осуществляющем обработку пищевых
продуктов; дать современную методику расчета KOHKpeTHoro вида
оборудования пищевоrо предприятия. Оно поможет им в уrлублен
ном изучении теоретических основ технолоrических процессов,
овладении методами проектирования, усвоении техники расчетов и
П \ lчении навыков моделирования с использованием ЭВМ.
ПОп 2
. ПО учеБНОl\IУ плану студенты должны выполнить.) расчетно
практических работы. В каждой работе приведены теоретические
основы и сущность технолоrическоrо процесса, классификация
оборудования по конструктивным, технолоrическим ризнакам и
по виду энерrоносителя, описание схем и конструкции рассматри
ваемых видов оборудования, исходные данные и методика расчета,
варианты индивидуальных заданий, контрольные вопросы для ca
мостоятельной подrотовки и библиоrрафический список.
Структура пособия. отвечает требованиям, предъявляемым к
методике изложения учебноrо материала, и обеспечивает условия
для самостоятельной и творческой работы студентов.
8
9
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ВВЕДЕНИЕ
Основой успешноrо изучения технолоrическоrо оборудова
ния являются прежде Bcero курсы «Детали машин», «Технолоrиче
ские процессы в машиностроению>, «Материаловедение», «Сопро
тивление материалов», «Теория машин и механизмов», «Подъемно
транспортные установкю>, «Процессы И аппараты пищевых произ
водетв», «Ремонт и монтаж оборудования», «Расчет и конструиро
вание l\,laШИН и аппаратов пищевых производств», «Проектирование
технолоrическоrо оборудования отрасли и линий», «Физико
механические свойства сырья и rотовой продукции», «Общая и
специальная технолоrия пищевых производств» И др.
В предлаrаемом практикуме по курсу «Технолоrическое обо
рудование» расчетно проектные работы (РПР) объединены в rруп
пы по функциональному назначению. Теоретическая часть каждой
РПР помоrает студенту в изучении классификации оборудования и
теоретических основ рассматриваемоrо процесса, а также знакомит
с устрОйством и принципом действия наиболее распространенных в
промышленности видов оборудования. Компоновка учебноrо MaTe
риала по rлавам соответствует rрафику учебноrо процесса и макси
мально полно охватывает содержание курса «Технолоrическое обо
рудование».
Использование чертежей типовых видов оборудования и их
описания делает излаrаемый материал более доступным для yc
пешноrо усвоения. Приведенные в практикуме приложения позво
ляют выполнять расчеты без обращения к справочной литературе.
Основными задачами, стоящими перед пищевой промышлен
ностью, являются: обеспечение устойчивоrо снабжения населения
качественными продуктами питания, орrанизация принципиально
новых видов продуктов, создание и внедрение современных и BЫ
сокоэффективных видов технолоrическоrо оборудования, которые
на основе использования прor'рессивной технолоrии и материалов
значительно повышают производительность, сокращают неrатив
ное воздействие на окружающую среду и способствуют экономии
исходноrо сырья, топливно энерrетических и материальных pecyp
сов.
у довлетворение потребностей в безопасных и высококачест
венных продуктах питания острейшая социально экономическая
проблема сеrодняшнеrо дня. Состояние питания населения один
из важнейших факторов, определяющих здоровье и сохранение re
нофонда нации. Правильное питание способствует профилактике
заболеваний, продлению жизни, созданию условий для повышения
способности орrанизма противостоять неблаrоприятным воздейст
виям окружающей среды, обеспечивает полноценный нормальный
рост и развитие детей.
Последнее десятилетие в Российской Федерации наблюдается
заметное снижение потребления населением мноrих традиционных
продуктов питания мяса, молока, фруктов и овощей, рыбы и pac
тительных жиров. Состояние здоровья россиян характеризуется He
rативными тенденциями. Продолжает сокращаться средняя про
должительность жизни, растет общая заболеваемость населения.
10
11
Перерабатывающая промышленность России, которая должна
обеспечивать устойчивое снабжение населения широким ассорти
ментом качественных продуктов питания, в последние [оды Haxo
дится в сложном положении. Т хнический уровень мноrих пище
вых лроизводств не удовлетворяет современным требованиям.
Только ] 9 % активной части производственных фондов COOTBeTCT
вуют мировому уровню, около 25 % подлежат модернизации и 42 %
замене. Производительность труда на российских предприятиях,
перерабатывающих сельскохозяйственное сырье, в 2 3 раза ниже,
чем на аналоrичных предприятиях развитых стран; более 50 % TPy
доемких операций выполняются вручную, степень износа OCHOB
ных фондов составляет 76 %. Потребность в важнейших видах обо
рудования для предприятий удовлетворяется только на 60...70 %.
Сократился ассортимент выпускаемой продукции, мноrих специ
альных продуктов питания для населения различных возрастных
rрупп. Объем валовой продукции (в сопоставимых ценах) по cpaB
нению с 1990 [одом снизился более чем на одну треть. Недостаток
ресурсов компенсируется завозом импортных продуктов.
Для выхода из создавшеrося положения требуется коренная
реконструкция мноrих предприятий пищевых отраслей, оснащение
их современной техникой, создание принципиально новых, энерrе
тически выrодных технолоrий, обеспечивающих комплексную без
отходную переработку сырья и производство эколоrически безо
пасных продуктов питания с учетом потребностей различных воз
растных rрупп и состояния здоровья населения.
В связи с необходимостью наращивания темпов производства
пищевых продуктов приобретает важное значение интенсификация
и применение ресурсосбереrающих технолоrий обработки пищево
ro сырья, разработка и проектирование новых видов оборудования
и методик ero расчета.
В результате фундаментальных и прикладных исследований
значительно расширились возможности создания новых поколений
машин и аппаратов пищевых производств.
Знания, при обретенные студентами при выполнении расчет
но проектных работ, позволят им не только более детально изучить
устройство, принцип действия оборудования, методику ero расчета,
но и наметить основные пути ero совершенствования и модерниза
ции.
Авторы выражают признательность рецензентам: акаде.\1ИКУ
Российской академии сельскохозяйственных наук В.А. Панфилову
и доктору технических наук ОТ. Ком якову за ценные советы и за
мечания, сделанные ими при подrотовке рукописи к печати.
Все замечания и пожелания читателей будут приняты aBTopa
ми с блаrодарностью.
12
13
rЛАВАl. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МОЙКИ
И ОЧИСТКИ ПИЩЕвоrо СЫРЬЯ
раствора: тепловой и использующий поверхностно активные веще
ства (ПАВ).
В зависимости от вида отмываемых поверхностей в состав
моющеrо раствора входят разные вещества: эмульrирующие жиры
и омыляющие жирные кислоты едкая щелочь; пептизирующие
белки и снижающие жесткость воды тринатрийфосфат И др.; пре
дотвращающие коррозию металла жидкое стекло и ПАВ. Количе
ство каждоrо компонента определяется видом и свойством OTMЫ
ваемых поверхностей.
Чистота отмываемых поверхностей определяется по OTCYТCT
вию следов заrрязнений, моющих средств и по количеству микро
орrанизмов на них.
В настоящее время для мойки пищевоrо растителЬноrо сырья,
тары и санитарной обработки оборудования применяются моечные
машины различных типов и конструкций (рис. 1.1). Они классифи
цируются следующим образом: в зависимости от характера пр цес
са (непрерывно и периодически действующие); от вида обраоаты
ваемых объектов (для мойки сырья и мойки тары); по типу YCT
ройств, перемещающих отмываемые объекты (линейные и бара
банные); по способу воздействия моющей среды (шприцевые, OT
мочные и отмочно шприцевые).
Интенсификация процесса мойки при оптимальной темпера
туре моющеrо раствора возможна за счет использования более эф
фективных моющих растворов либо турбулизации моющеrо pac
твора у заrрязненных поверхностей. Движение моющеrо раствора у
отмываемых поверхностей оказывает механический разрушающий
эффект на заrрязнения и ускоряет физико химическое взаимодейст
вие. Оно осуществляется разными способами: турбулизацией мою
щеrо раствора воздушным барботированием; механическим пере
мешиванием моющеrо раствора лопастями, насадками и Т. д.; при
ведением моющеrо раствора в колебательное движение с помощью
динамических вибраторов или rидродинамических излучателей;
турбулизацией моющеrо раствора затопленными струями и т. д.
К моечным машинам предъявляются следующие требования:
высокая степень чистоты отмываемых объектов, искщочение порчи
сырья или боя и деформации тары, минимальный расход воды и
энерrии, простота изrотовления и обслуживания, высокая эксплуа
РАЗДЕЛ 1
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ подrотовки
СЫРЬЯ, ПОЛУФАБРИКАТОВ К ОСНОВНЫМ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ОПЕРАЦИЯМ
Мойка определяет качество конечноrо продукта, причем ее
режимы зависят от видов заrрязнений. Если пищевое сырье обычно
заrрязнено частицами почвы, песка, остаТками ботвы и Т. П., то на
поверхности тары содержатся сложные заrрязнения, состоящие из
жидкой и ТRердой фаз (жиры, частицы консервируемоrо продукта и
т. д.). Состав заrрязнений обусловливает разнообразие их механи
ческих свойств, различие в величине сил сцепления с поверхностью
сырья или тары.
Для подавления жизнедеятельности микроорrанизмов, BXO
дящих, как правило, в состав заrрязнений, тара перед заполнением
консервируемым продуктом подверrается дезинфекции. Дезинфек
цию отмытых поверхностей проводят осветленным раствором с
массовой долей хлорной извести 5 % или раствором с массовой дo
лей rидроксида NaOH 0,5 % или хлорамином.
Для мойки используются следующие моющие средства:
анионо и катионоактивные, амфолитные и неионоrенные. Мою
щий раствор должен обеспечить смачивание поверхностей, диспер
rирование заrрязнений (набухание, пептизация и дробление белко
вых веществ, омыление жиров) и стабилизацию ОТ;J.елившихся от
поверхности заrрязнений в моющем растворе.
Смачивание отмываемых поверхностей зависит от поверхно
cTHoro натяжения моющеrо и межфазноrо раствора и межфазноrо
натяжения на rранице жидкость твердое тело. Наиболее эффектив
ное смачивание и мойка обеспечиваются при минимальном поверх
ностном натяжении моющеrо раствора. Для этоrо используют два
метода снижения поверхностноrо натяжения воды или моющеrо
15
14
:а
о-
... ro
::z::: f--
:::
t:: t>:
а А
о-
<u :а
::iS
::с u
'::с :::
<u :.:
::с ,:::
::С о
t>:
:t
::iS :::
::с :3
::С
!3 ro
... ::s
::Е t>:
<u :::
::j'
::iS ro
::с :.:
:r :::
.е-
::Е :::
u
u
<u ro
Ь::а r:;
::соа ;:.:::
:r<U
o::r
::Е::С
f--c:
08 u
:::
р-
::iS
::с
:r
<:)
::Е
f--
О
<u
::;:;
оа
<u
::r
::С
t::
а
I()
,чd 1!.LO[J")l Э.L:! 1Ш)1
тационная надежность, малые rабаритные размеры и масса.
Очисткой пищевоrо сырья называется процесс удаления
несъедобных (косточки, плодоножки) и малоценных в пищевом OT
ношении (кожица) частей овощей и плодов.
Известны следующие способы очистки пищевоrо сырья: Tep
мический, механический, химический и комбинированный. Выбор
способа очистки определяется видом поступающих на обработку
овощей и фруктов, а также видом выпускаемой продукции.
РПР К!! 1. РАСЧЕТ МАШИНЫ для МОЙКИ
ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ
Теоретическая часть
Для мойки сырья используется обычно проточная или обо
ротная водопроводная вода. После отмочки заrрязнения с поверх
ности сырья удаляются щетками или жидкостными струями.
Из мноrообразия моечных машин наибольшее распростране
ние получили лопастные, ленточные, барабанные, вибрационные,
комбинированные, элеваторные, щеточные и др. (рис. 1.]). Выбор
моечной машины определяется структурно механическими и проч
ностными свойствами растительноrо сырья, а также характером и
количеством заrрязнений на поверхности сырья [16J.
Мойку растительноrо сырья производят поrружением в воду
(отмочка), ополаскиванием струями воды из насадок, использова
нием щеточных устройств, актиВНЫМ перемешиванием. В большин
стве моечных машин применяют комбинацию перечисленных спо
собов мойки.
Мойка предусматривает удаление с поверхности сырья OCTaT
ков земли, песка, посторонних тяжелых и леrких примесей (камни,
листья, ветки, солома и др.). Для каждоrо вида сырья требуется
свой способ и режим мойки.
Линейная моечная машина (рис. 1.2) предназначена для мой
ки различных овощей и плодов как с мяrкой, так и с твердой CTPYK
турой. Она состоит из ванны ], транспортерноrо полотна 2, душе
Boro устройства 3 и привода 4. На каркасе ванны 1 смонтированы
все узлы моечной машины.
17
При работе машины плоды поступают в моечное пространст
во ванны непрерывно. Для более интенсивной мойки заrрязненный
продукт активно перемешивается за счет подводимоrо от HarHeTa
теля сжатоrо воздуха. Вымытый продукт из моечноrо пространства
перемещается наклонным транспортером, в верхней части KOToporo
(перед выrрузкой) он ополаскивается водой из душевоrо устройст
ва.
Выrрузка продукта производится через лоток, реrулируемый
по высоте. Величина слоя продукта, поступающеrо на транспортер
ное полотно, реrулируется заслонкой. Вода, поступающая в ванну
через ополаскивающий душ, удаляется через сливную щель. Чистка
ванны про изводится через rрязевой люк и боковые окна.
Расчетная часть
"а :!
Ц е л ь р а б о т ы: изучение классификации моечных машин,
устройства и принципа действия линейной моечной машины, при
обретение практических навыков по расчету моечных машин.
3 а д а н и е: выполнить расчет линейной моечной машины,
если заданы: скорость транспортера v c , м/с; длина зеркала воды в
ванне А, м; диаметр трубопровода d т , м; длина трубопровода 1//1, м;
длина транспортера L, м; вид перерабатываемоrо сырья.
ОШJIl(;юdи
Э'
otOI
Методика расчета
Производительность Q, Kr/c, линейных моечных машин опре
деляется производительностью рабочеrо транспортера
Q=bI1c<pcpcVc, (1.1)
rде Ь ширина рабочей части транспортера, м (определяется шири
ной инспекционноrо транспортера, которая составляет 0,6...0,9 м);
11е высота слоя сырья, м (табл. 1.1); <Ре коэффициент использова
ния транспортера (<Ре =0.6..,0.7); Ре насыпная плотность сырья,
Kr/M-' (табл. 1.1); V e скорость транспортера, м/с.
Время отмочки сырья 'f, с, определяется полезным объемом
I1Т -'
ванны УУ,,, м ,
& on
r-- ..,
"" 00
N
оUDЩ!odи QO%8
066
WпPc
'Т'
. .
Q
(1.2)
1 R
ot
t:::t
о
'1:1
=:
о..
t:
'<t
О
'1:1
f-<
u
,=:
О
о..
f-<
u
>-.
ro (1)
:I: О
:= O:J
(1)
3 :3
ro >-.
::;; t:::t
10: ,
':':
"" о
<1>
О :r
::;; f-<
О
10: r::;
ro о
:I: t:
':>: (1)
Q) о
:I: :r
:= о..
с::; (1)
f-<
<"! о..
о
t:
U U
:r
:= ro
Q... о..
f-<
N
ti
:r
:r
ro
O:J
10:
ro
:r
""
(1)
о
::;:
19
Таблица 1.1
Насыпная плотность плодов и овощей
Il0СКОЛЬКУ длина воздуховода для подвода воздуха к барбо
терам и скорость воздуха в воздуховоде малы, потерями по длине
воздуховода можно пренебречь, тоrда Р", Па,
РвИ; ( ,1: )
Р в = 1 + I" + рж 11 жg, (1.6)
[де р" плотность воздуха, Kr/M' (Рв = 0.00129 кr/M'); и в скорость
воздуха в воздуховоде, м/с (и" рекомендуется не более 1 О м/с);
коэффициент MecTHoro сопротивления (в расчете примите .L =
0,30... 0,45); Рж плотность воды, кr/M' (Рж == 1000 Kr/M 3 ); h ж rлу
бина поrружения в воду отверстий барботера, м (h ж = Н т + 0,1 м);
7 б / 7
g == 9 ,81 M/C ускорение сво одноrо падения, м c .
Мощность электродвиrателя для привода наrнетателя воздуха
N", кВт,
Сырье Высота слоя сырья Насыпная плотность
11с, м ОС' кr!l\13
Кабачки 0,14 450...500
Перец 0,08 200...300
Баклажаны 0,16 330...430
Томаты 0,06 580...630
Лук 0,05 490...520
Яблоки 0,07 430...579
rруши 0,06 450...610
Сливы 0,03 530...680
Морковь 0,05 560...590
1,5F з
w=
в 60
(1.5)
WeP e
N =
в JOОOr] в '
rде W" расход подаваемоrо воздуха, м 3 /с; P I1 необходимый напор,
Па (Р" = 0,15...0,20 МПа); 7]" КПД наrнетателя (7]" = 0,6...0,8).
Мощность, необходимая для привода центробежноrо насоса,
подающеrо жидкость к душевым или шприцевым устройствам N ж ,
кВт, определяется по формуле, аналоrичной формуле (1.7):
N == Qж Р'ж
Ж 1000r]H'
rде Qж расход жидкости, м'/с; Р ж напор жидкости у насоса, Па
(Р", = 0.2...0,3 МПа); 1]" КПД насоса (1]" = 0,70...0,85).
Расход жидкости Qж', м'/с,
Qж = J.1 тrd 2 п 2 Р 1I .
4 Рж
rде J.1 коэффициент расхода (для цилиндрическоrо насадка р=0,82;
для коническоrо сходящеrося J.1 == 0,95; для коническоrо расходяще
rося J.1 == 0,48; вид насадка выбирается самостоятельно); d диаметр
отверстия барботера, м (выбирается равным 0,75; 1,25; 1,50; мм в
зависимости от вида перерабатываемоrо сырья, меньшие значения
выбираются для мелких плодов и овощей); п количество одинако
вых отверстий барботера (в расчете принимается п = 50...60);
Р" напор жидкости у отверстия истечения, Па (в расчете принима
(1.7)
Полезный объем ванны w" определяется площадью зеркала
воды в ванне F з , м 2 . При обычной призматической форме ванны
W = FзН т (1.3)
п 2
rде Н т rлубина наиболее поrруженной точки несущей ветви
транспортера (обычно Н т == 0.5.. .0,7 м).
Площадь зеркала воды в ванне моечной машины F" м 2 ,
F з = АВ, (1.4)
rде А длина зеркала воды в ванне, м; В расстояние между боко
выми стенками ванны, м (В == Ь + 0,1).
Количество воздуха и необходимый напор, под которым он
должен подаваться в барботер, определяются размерами зеркала
воды в ванне и rлубиной поrружения отверстия истечения воздуха
из барботеров. Практикой эксплуатации моечных машин YCTaHOB
3 1 2
лена следующая норма: 1,5 м' воздуха в минуту на м площади
зеркала воды, т. е.
( 1.8)
(1.9)
Наrнетатель воздуха для моечной машины выбирается по
расходу воздуха W" и необходимому напору Р н ,
20
21
ется Р " = Р ж = 0,2...0,3 МПа); Рж плотность моющей жидкости,
Kr/M 3 (PJi< z 1000 M 3 /Kr).
Напор жидкости у насоса
Р Ж =Ри+Р п , (1.10)
[де Р" потеря напора от местных и путевых сопротивлений, Па.
Потеря напора, Па,
Р" Рж;;' [1 + :[ +А ж ::] (1.11)
[де V ж скорость жидкости в трубопроводе, м/с (V ж рекомендуется
не более 2 м/с); коэффициент MecTHoro сопротивления (выби
рается по справочнику, в расчете принимается = 0,85); Аж коэф
фициент сопротивления трения по длине трубопровода; 1т длина
трубопровода, м; d m диаметр трубопровода, м.
Коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода
определяется по следующим формулам:
при Re '5.100 000 А = 0,3164 (1.12)
ж Re o . 25 '
. длина rруженой части транспортера, м (L,> = 0,65 L); L длина
транспортера, :Vt: g = 9,81 r.l/c 2 ускорение свободноrо падения.
Порядок офор.lfленuя отчета
Отчет о расчетrю практической работе оформляется в COOT
ветстви.и с требованиями, изложенными в [20], и включает в сеоя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
юечн:,[х ма IfН, основы теории мойки, устройство и прющип pa
ооты моечнои ыаШIiНЫ, требования эксплуатации;
. расчетную часть, в которой приводится расчет лине!iной MO
ечной машины по предлаrаемому варианту (табл. 1.2);
rрафИ'/Сl:КУЮ часть, в которой дается чертеж моечной Ma
шины 11. спе[щфнкаuия к нему.
Контрольные вопросы
при Re 100 000
А = [ 0'555 1 2
.ж Re
Ig
7
(1.13)
J, Какие fН\ДЫ J\юечных машин вы знаете?
? Ка
. КОВО устроиство И принцип работы линейной моечноЙ
ыашнны'?
3. К:'tЮ1С I\!ОЮЩI:е растворы применяются для моЙки ПI'JЫ [1
СaJШТз!)tю: обработки оборудования в пищеRОЙ ПРОr.1ышленнос'ти')
". .4..Каков механизм У даления заr р язнений ,. , . ! .. I .r.......и,j [ ' )
.... ...... 1\1 ..H z<.I'"'l ').'L1" Н.
BCp: IIO:::'IYl?
5. За счеr чеl'О !\lOжно интенсифиuировать ПрО;.i,есс мойки (]И
щевоrо раСТlпе.'lьноrо сырья?
б. От I:аких пар2метров зависит ПРОИЗfюдителыюсть линей
нои моечной МClшины?
'/. За счет KaКle факторов можно повысить эффеКТИБНОС:ТЬ
Рё.60ТЫ линеЙНbIХ моечных машин?
8 l"aKI' '11 С ,""
.." .1. по....ооамН производится МОЙК<1 раСТIпеЛl:'РО,U
снрья?
здесь Re число Рейнольдса Re = vж..dтРJl/}lж , }lж кинематическая
вязкость моющей жидкости (}lж = 1 ,01.10 6 м 2 /с).
Мощность N mp , кВт, для привода OCHoBHoro транспортера,
Al1Jv c
N I1JР = 1О001} , (1.14)
[де А т тяrовое усилие транспортера, Н; V C скорость транспорте
ра, м/с; 1} КПД передаточных механизмов (1} = 0,61...0,78).
Тяrовое усилие определяется методом обхода контура с уче
том максимальной заrрузки. Ориентировочно тяrовое усилие Ат,
Н'м, можно определить по формуле
А т = (0,215q o L z +50+0,215qL)g, (1.15)
[де qo масса полезной наrрузки на 1 м транспортера, Kr (qo = 8...
12 Kr); q масса 1 м транспортера без rруза, Kr (q = 4,4...5,1 Kr); L"
22
23
24
N
;:j'
:.:
t-;
ф
f---
а.
(1)
о:: f-<
g.::E1.O
...s
'"
а.
f-<
:::.
g-
'" о ..,.
:I: tQ о<:
::: о
t:; а.
5
ф
,==
==
:I:
м
Х
А
:z:
..о
>-.
==
Q:I
:::
:I:
==
А
Е--
:I:
==
о..
с:с
cis
\о О
'" <....
а. о t>:
t
(l) C:: ;:s1 :;;
::: u
t:::t ""
::: f-<
ro
6 ::Е
\о
>-. <
g-
g-
(1) о
::Е tQ
'" О
:::: а.
C::
::Е
:r:
2-'"
'" :;;
о:: t:::t
:I: О
:::: tQ
OC7",........,N.....0\"' 1
('f"j ("f') м (f"j «', ("f'"',
а.
<1)
с-: f--
...: а. ::Е r--, <r t; N, '<1",
6 о С'"',
.. с:: ...s С'"', <'"', <'"', ("1 <'"', <'"', '<1" '<1"
о:: t:;
Е--
(1) а.
== f-<
:I:
:J"
:I: -....:=
о a.
:.: f-- t:::t , V",
О v", -.с, .
о ::Е С
tQ Х Х Q\ Q\
:: о
а.
t:; с::
о
\о
('---... V"' tr J :.о 7", С N" ......
M j('<'j("f"'j('f"'j ;7 1C"j
,........, c a q oc :GN
oo ==Noooo = ==
:;;
:I:
::: '"
;: ::r @
'" (1) о::
t::'-O
:;; :::
f-< :r:::::;;
'" о
8 , 6 ,о.
f---o o;;r.....u
"" :::
'1:1 :r:
о ::r'
9. '"
ОФ
:;;
:I:
:;; :::
б
OJ 8 . 6 ,о.
t::'-Of---o o;;r.....u
,
с-:
\о
а.
(1)
а.
(1)
с::
ч:
:::
ro
6 ::Е
\о
>-.
g-"'ci'
(1) о
::: о.
C::
OOOI.O'<1"NOOOOOO '<1"NOOOOOOI.O
7 C"jC"jC"j N7 C"j N M
aaaooaaoooaoOooa
:Е
:r:
'"
м :;;
'" t:::t
:I: О
::: tQ
7NaX 7Na...... 0\ OO
O'I ooOOooOOooooooooOOoo t;t;
'"
а.
1з (1)
u& r-- Q\("1r-- IrJO'I("1О'1 r-- O'I
ОО::Е '<t'<t'<t IrJI.OI.OI.Or-- '<t'<1"IrJ 1rJ1.O
................ ............................................................
coooaaooooaoooooo
u
f-<
о
<....
О t>: :;;
:;;
tQ U 0::r f--
:;; 6. (1) о:: '"
f-< О ::Е
2t::
:;:: :Е
O 3a)
:r: t:; ::::
>-. \о t:;
o:::r.....u
'<1"N OON'<1" OO
r<") <'"', <'"', N '<1" '<1" '<1"
oooccoc5
'<1" N <'"', V", r-- Q\
r--, ("-О, t; t; ("-о, r--, r--, ("-о,
о::
а.
"" (1)
t;& r-- NO
8.g::E:=
;;>. ooooa
u
а.
f-<
0., '"
(1) :::: f-< О N
::Ео..:I: N("1'<t I.Or--ооO'l = :=
1iJ '"
ос-.с'<1"с
r--r--r--r--
"""""00
о. ,
Q.) :::: '" N <'"', '<1"1
::Е а. f-< х Q\ (::i
О '" :I: N N N N "1
:r: tQ '"
)
РПР К!! 2. РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ МОЕЧНОЙ МАШИНЫ
Теоретическая часть
Мойка в барабанных моечных машинах осуществляется при
вращении барабана путем интенсивноrо перемешивания сырья и за
счет ударов падающеrо сырья о поверхность воды. Эффективность
процесса мойки определяется соотношением сил, действующих на
сырье, находящееся в барабане[37].
При малом числе оборотов барабана сырье располаrается в
ero нижней части. С увеличением числа барабана возрастает )тол
подъема сырья (в rладких барабанах), и чем число оборотов боль
ше, leM выше подъем, отрыв и высота падения сырья. С увеличени
ем yr.la подъема эффективность процесса мойки повышается в pe
зультате лучшеrо перемешивания и большей высоты падения cы
рья. Однако при значительном числе оборотов барабана может Ha
ступить такой момент, коrда центробежная сила превысит силу тя
жести и сырье в течение Bcero оборота будет прижато к стенкам
барабана, т. е. процесс мойки будет нарушен.
Барабан может быть цилиндрическим, коническим, rоризон
тальным или наклонным. Непрерывно действующие машины изrо
тавливаются с наклонно или rоризонтально расположенным бара
баном. В первом случае сырье продвиrается вдоль барабана 6лаrо
даря наклону, во втором с помощью спирали или специальных
насадок, привареНIJЫХ к внутренней поверхности барабана, если он
цилиндрический, либо за счет конусности.
Барабанная моечная машина (рис. ].3) предназначена для
мойки твердых плодов и овощей (корнеплодов, rруш, яблок и т. д.).
Она состоит из каркаса] ] с укрепленной на нем ванной ]2, которая
разделена переrородкой на две части. В каждой части ванны разме
щено по барабану 2 и 3, которые одинаковы по длине и диаметру.
За барабаном 3 расположен третий барабан 4.
Все три барабана приводятся во вращательное движение об
щим валом 7. Первые два барабана предназначены для отмочки и
отделения заrрязнений. На поверхности этих барабанов имеются
щели, через которые проходят заrрязнения и осаждаются на дне
!
;
'"
""......
I
\
I
I
rw
I
: I
I
11
: I
1
I
, 1
1 J
.: I
1 I
I
I
,
I
II
, I
,1
: I
, I
i I
I
: I
11
1
:::::
26
, I
II
I
I
I
1
ro
:I:
:r:
а:> ,
'N
....
'd u
:r '"
с:: :<:
h1: о.
(1) '"
0.:<:
(1) ,
r::
о::
ro ..
:r: :<:
Q
со;:: ::1 t=;
:I: , '
::;\00
:::J
rog-:.;
12
с:: ;;>, о
:I: t:::t t=;
)
::;: о. :I:
'" о
'" о '"
:?' б:
ro ' с....
\f)::;;
о."о:а
'" ;;.j ,
"-0\00'
. ro
м о. А
$
u , r-
:::
с!.. , о:а
N ,::
:.: ::;;
о :r:
r- r-
о :=
t=; r:
,:= '"
:д :?'
:r: ,:=
:?' ::;;
(1) :I:
:: о.
с!..о
t:: i::
, '"
'"
00
27
ванны. Заrря' нения удаляются из машины чере' люк 10. Третий
барабан предназначен для ЧИСТОВОrо ополаскивания водой, для чеrо
он снабжен душевым устройством, а ero поверхность перфорирова
на. Привод машины осуществляется от MOTop peДYKTopa 5 через
цепную передачу 6.
Вода в душевое устройство подается через запорный маrнит
ный вентиль 8, сблокированный с приводным электродвиrателем.
Сырье в машину подается через приемный лоток 1, из Hero посту
пает в барабан 2. затем лопаСТЯl\1И перебрасывается сначала в бара
бан 3, а из Hero специальным ковшом в барабан 4. Промытое cы
рье выrружается из машины через лоток 9.
Расчетная часть
Q==Iv f1 ep'pc' (1.18)
J
rдеI площадь поверхности барабана, M ,
f== nD"L", (1.19)
V I1 скорость поступательноrо движения сырья вдоль барабана, м/с;
V n == k'D б tgfЗ пр /60, (1.20)
здесЬ fЗ уrол наклона барабана (fЗ == 2...30); k' коэффициент, учи
тывающий унос сырья водой и подъем сырья на высоту, меньшую
диаметра барабана (е == 1,5...2,0); ер' коэффициент заполнения или
использования сечения барабана (ер' == 0,02...0,07); Ре насыпная
масса сырья, Kr/M 3 (табл. 1.1).
Мощность двиrателя N, кВт, барабанных моечных машин
непрерывноrо действия определяется по формуле
N == 4QL б g (1.21)
1000tgfЗJ
rде Q производительность, Kr/c; L" длина моечноrо барабана, м;
J
g ускорение свободноrо падения (g == 9,81 M/C ).
Ц е л ь р а б о т ы: изучение устройства и принципа действия
барабанной моечной машины, приобретение практических навыков
по расчету барабанной моечной машины.
3 а д а н и е: выполнить расчет непрерывно действующей ба
рабанной моечной машины, если заданы: диаметр D", 1\1; длина ба
r L r
раоана ", м; вид перераоатываемоrо сырья.
Порядок ОфОРJн.7еIlUЯ отчета
Наименьшее число оборотов, при котором сырье, находящее
ся в барабане, не отрываясь от ero стенок начинает вращаться Bl\1e
сте с ним, наЗывается критическим числом оборотов барабана \ю
ечной машины !lhP' об/мин. Для rладкоrо барабана
42,3
!l J..:p == '
"\jD б
rде D" диаметр барабана, м.
Рабочее число оборотов барабана моечной машины меньше
критическоrо и определяется по формуле
Jl р == ерБJlJ..:Р'
rде ер" опытный коэффициент (ср" == 0,20...0,26).
Производительность Q, Kr/c, барабанной моечной машины
можно определить по уравнению непрерывности потока
(J.1 б)
Отчет о расчетно практической работе оформляется в COOT
ветствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
моечных машин, основы теории мойки, устройство и принцип pa
боты моечной машины, требования эксплуатации;
расчетную часть, в которой приводится расчет моечной Ma
шины по предлаr'аемому варианту (табл. 1.3);
rрафическую часть, в которой дается чертеж барабанной
моечной машины и спецификация к нему.
МетодU1Щ расчепш
Контрольные вопросы
(1.17)
1. Почему оrраничена частота вращения барабана моечной
машины?
2. Как устроена и работает барабанная моечная машина?
28
29
3. От каких !Iараметров зависит производительность бара
банной моечной машины?
4. Назовите основные направления повышения эффективно
сти работы барабанных моечныХ машин.
5. Какие требования предъявляются к эксплуатации и обс:ту
живанию моечных машин?
РПР N!! 3. РАСЧЕТ БУТЫЛКОМОЕЧНОЙ МАШИНЫ
Теоретическая часть
т а б л и ц а 1.3
Варианты индивидуальных заданий
Мойка бутылок одна из важнейшиХ операций при фасовке
пищевыХ жидкостей, от эффективности которой зависит качество
продукции и режим работы всей линии розлива. ЭТО Сl0ЖНЫЙ фи
зико химический процесс. Как правило, СИ"lа прилипания (адrезии)
"заrрязнения к поверхности бутылок превышает силу сцепления Me
жду частицами заrрязнений (силу коrезии), ПОЭТОI\IУ смыв заrрязне
ний затруднен и происходит постепенно, без пленочноrо срыва за
rрязнений [1).
Весь процесс мойки бутылок можно разделить на два этапа:
поверхностное взаимодействие за\"рязнения и моющеrо pac
твора: .
разделение неоднородной системы, состоящей из двух фаз:
заrрязнение стекло.
Первый этап, в свою очередь, можно разделить на две стадии:
взаимодействие cMbIBaeMoro вещества и жидкости (набуха
ние), в ходе KOToporo на поверхности бутылок образуется Hacы
щеннЫЙ раствор или концентрированная суспензия:
перенос pacTBopeHHoro или суспендированноrо вещества в
моющую жидкость путем диффузии.
РешающимИ факторами, обусловливающими хорошее каче
ство мойки, являются: температура моющих растворов и воды, KOH
центрация моюще\"о раствора, продолжительность мойки, rИДРОД 1
на'vlическое воздействие струи моющеrо раствора и воды при BHYT
реннем и наружном шприцсваниях банок, частота заполнения банок
моющими растворами и др.
Температурный режим в моечнЫХ машинах должен преду
сматривать постепенное наrревание и последующее постепенное
охлаждение во избежание термическоrо боя БУТЫJ10К. Наrревание и
ОХЛаждение бутылок производят ступенчато при перемещении их
из одной зоны в друrую; максимально допустимый перепад темпе
ратур в соседниХ зонах не должен превышать 30...35 ос при Harpe
вании и 25 ос при понижении температуры. Предельная температу
ра моющих жидкостей обычно не более 85 ос. Массовая доля ще
лочных растворов колеблется в пределах 0,5...2,0 %.
Номер Диаметр барабана Длина барабана Вид сырья
варианта D,;.M L", м
1 0,80 1 ,80 Кабачки
2 0.82 1,90 Перец
3 0,84 2.00 Баклажаны
4 0,86 7,10 Томаты
5 0,88 2,20 Лук
6 0,90 2,10 Морковь
7 0.97 7,40 Яблоки
8 0,94 2,50 rруши
9 0.96 1,85 Сливы
10 0,98 1.95 Кабачки
11 0,97 2,05 Перец
12 0,95 2,15 Баклажаны
13 0,93 2,25 ТШlаты
14 0.95 2,35 Лук
15 0,97 2,45 Морковь
16 0,99 2,55 Яблоки
.
17 0.93 2.20 rруши
18 0.95 7.30 Сливы
19 0,97 2,40 Кабачки
20 0,94 2,50 Перец
21 0,81 1,85 Баклажаны
22 0,83 1,95 Томаты
23 0,85 2,05 Лук
24 0,87 2.15 Морковь
25 0,89 2,25 Яблоки
30
31
Теплота в машине расходуется на подоrрев щелочноrо pac
твора и воды при подrотовке машины к работе и HarpeB воды и бу
тылок, а также на компенсацию тепловых потерь при работе маши
ны. Основные потери теплоты приходятся на долю rорячей сточной
воды.
Современные машины для мойки бутылок можно классифи
цировать по различным признакам:
по назначению на универсальные и специализированные
(для определенной отрасли промышленности);
по способу .110ЙКИ на шприцевальные, отмочно шприце
вальные и отмочно шприцевальные с механической обработкой
бутылок ершами и щетками;
по кине.l1атическuм признакаl1 на конвейерные (цепные и
бесцепные), барабанные и карусельные;
по чис.7У ОЩ110ЧНЫХ ванн на OДHO , двух и MHoroBaHHbIe;
по конструкции транспортирующеzо орсана машины с
цепным и бесцепным транспортерами бутылконосителей, барабан
ные или роторные (с rоризонтальной осью вращения барабана), Ka
русельные (с вертикальной осью вращения барабана);
по XapaKJп<':py движения транспортирующеzо орсана Ma
шины прерывистоrо движения (циклические) и машины непрерыв
Horo движения;
по степени .11еханизации с ручной заrрузкой и выrрузкой
бутылок, с ручной заrрузкой и автоматической выrрузкой бутылок,
с аВТО.\1атической заrрузкой и выrрузкой бутылок;
по .l1есту расположения устройств для зшрузки и выzрузки
бутылок OДHO и двусторOl,."k.
Наибольшее распространение получили ОТl\lOчно шприце
вальные машины с цепным транспортером бутылконосителей.
Современные бутылкомоечные машины, независимо от Map
ки, включают следующие основные элементы: механизмы заrрузки
и выrрузки бутылок, бутылконосители, механизм перемещения бу
тылконосителей, устройство для отбора этикеток, шприцевальные
устройства, привод, подоrреватели раствора в ваннах.
Качество вымытых бутылок определяют по следующим пока
зателям: физической чистоте, бактериальной чистоте и отсутствию
остатков моющеrо раствора в бутылке.
Моечные I\JaШИНbl должны обеспечивать чистоту OTI\1bIBaeMO
ro объекта. ИСКТ1ючение боя или деформации (для жестяных банок)
тары. минимапьный расход воды и энерrии, механизацию разrру
зочно поrрузочных работ, простоту и надежность в эксплуатации,
безопасность обслуживания.
COBpel\IeHHbIe бутылкомоечные машины материа.rlOемки. Yc
тановлено. что rабаритные размеры. \1асса машины, приведенные
,
затраты существенно зависят от правильно выоранноrо числа з)оь
ев звездочки и ШaJ а цепи бутылконосителей. количества rнезд в
бутьыконосителе и друrих факторов, которые необходимо учиты
вать при проектировании.
Бутылкомоечная машина AMM 6 (рис. 1.4) ЯВ.lяется одной и1
наибсыее распространенных в пищевой промышленности машин,
О '} ) О " о
предна' наченных для моики оутылок вместимостью . ; ,-' и
0.50 л (дМ'). В сварном корпусе имеются отмочные ванны 2 и 22 и
отсеки теплой воды и шелочноrо раствора. Внутри корпуса смонти
рован транспортер бутылконосителей. В передней части корпуса
расположены подающий и отводящий транспортеры, накопитель
бутылок. ВЫПОJIненный в виде мноrОРУЧЬJвоrо рольrанrа с распре
делителями. устройство цепноrо типа для заrрузки бутылок. На
корпусе крепится устройство для выrрузки бутылок.
На левой стороне размещен привод машины, состояший из
электродвиrателя, вариатора и червячноrо редуктора. Здесь же yc
тановлены три насосные установки: одна для смыва отмокших
этикеток и создания направленноrо движения щелочноrо раствора в
отмочной ванне в сторону барабана этикетоотборника. друrая дЛЯ
МОЙКИ бутылок щелочным раствором, третья для мойки оборот
ной водой. В машине имеются системы мойки бутылок шелочным
раствором, rорячей. теплой и водопроводной водой.
Особенностью машины является длительная отмочка бутылок
в первой щелочной ванне, после которой производится смыв этике
ток с бутылок. Этикетоотборник состоит из желоба, вращающеrося
сетчатоrо барабана, к которому потоком щелочи прижимаются эти
кетки, вентилятора для сбива этикеток и лотка для их сбора.
32
33
<'-t
с-...
t()
......
"
'"
......
с...,
\(;)
1'..
О,
.
'>:::>
tJ)
34
:.::
(1) :.::
со:: О
,::;: о
о I
C') co::
G , :.:
о о о '1:1
:r: t:; :;; о
о u :;; ::;: t:;
:.:: >. f-< U (1)
S , >. со:: 3
А \.О t:;
!;:,::: ::: q
\.О 0:.;; ii5 g-
Q.,c.> r--t
(1) f-- О. U
ь.. о. :::)::: ,
OOAO N
i::5 p..N
u :z: С .
<'V >.
о.с>.. '(1)
f--:gr--f-<
.. I ).... r-- ........ ro
'7!f):::u.,
i 3 ,::: ,::: о.
:2:r: 2 8..g;;
g t)ii5g
@ g::-::;:i::
::: i:: ' <:'1 2
3' ('1
'-D""-
::;:
, f-< (1) :.::
со::'<t о. з :::
.. ::;: о :I:
:I: А i:: i:: ::;: О.
V ,
о f-- о f--
::;: :I: О. ::;: 8
(1) ,f-- f--
S е- 00 '
о :.: 3 t:::t ::;:
>. oco::g1;;
с.с: i:: t) :I:
-.:::t f Е--< со ,::;: c'j
'М >.f-- 0\.0
..\.0 о 0.5-
u :::: f Е--- cd
::;::I::.: u\.O
o.. M >',
>''''o
!Х е- 3 ('1
S":i
со:: А о.
о t:; f-- <l) О
t:; t:::t, ь t:;
<l) (1)
зg з
со:: f-< :.::
u А Ф
,::;: ::;: , 8
8.. ::!: ь
i:: t; О ., ,
, >. '-- :;;
("'1 , О t:::t
Ur---:;;O..
>..,t-.;'I:I\.O
t:: .... 1) ,:: о
0..6to
0>.5.:I:;.:
:.: о.. f-<
I Е--- C:I О I
t:::t О. 00
, !JJ О
о.ф
i:: О
[[одводимые подающим транспортером бутылки посту паЮ1
на накопитель. [де обмываются теплой водой. подаваемой из отсека
к устройству для предварительноrо обмыва. Устройством 7 бутыл
ки заrружаются в rнезда бутылконосителей. Вода из бутылок BMe
сте с леrкосмываемыми заrрязнениями при движении транспортера
бутылконосителей сливается в поддон 4. Для более эффективноrо
подоrрева бутылки перед поступлением в отмочную ванну обмы
ваются снаружи rорячей водой, поступающей из поддона ] 6 в TPy
бы б. В ванне происходит отмочка заrрязнений и этикеток в щелоч
HO I растворе. Смытые этикетки направляются по желобу к бараба
ну этикетоотборника и вентилятором сдуваются в лоток. В отмоч
ной ванне и на наклонной ветви транспортера буты лкон оси тел ей
продолжается отмочка заrрязнений в щелочном растворе.
На верхней ветви транспортера бутылки подверrаются \fНO
[ократному внутреннему шприцеванию и наружному ополаскива
нию щелочным раствором, rорячей, теплой и водопроводной BO
дой. Вымытые бутылки выrружаются на отводящий транспортер.
Температура моющих жидкостей реrулируется автоматически.
ЭТОМУ типу машин присущи следующие недостатки.
Машина выполнена двухванной, однако первая ванна в ней
щелочная, и, несмотря на лучшее качество мойки, это повышает
расход теплоты. В машине один отсек оборотной воды, что приво
дит К большому расходу водопроводной воды и допускает вероят
ность термическоrо боя при мойке бутылок.
Моющий раствор обеих ванн интенсивно перемешивается,
вследствие чеrо уменьшается температура во второй ванне и повы
шается в первой. Очень неэффективно использовать один отсек
оборотной воды, так как необходимо расходовать значительное KO
личество воды для смыва остатков щелочи и однократно использо
вать rорячую воду. Кроме Toro, установка трубы для второй ступе
ни предварительной обработки бутылок над первой щелочной BaH
ной приводит к разбавлению щелочи, переполнению ванн и уходу
раствора в канализацию.
Анализ эксплуатации бутылкомоечных машин позволил BЫ
явить ОСновные направления их совершенствования: повышение
единичной производительности машины, снижение металлоемко
сти, определяющей в основном стоимость машины и расходы на ее
35
содержание и рС1\IOНТ, снижение рас,\.ода JлекrроэнеРIИИ, BO: Ы и
пара. сокращение боя бутылок ври 1\lОйке.
Образование накипи в бутылкомоечных машинах приводит к
перерасхпду воды, пара. щелочи, а также ПРОСТОЯ 1 при еС' удале
нин. ПОЭТО1\IУ дЛЯ 1\IOЙКИ БУТЫ,10К целесообразно использовать
умяrченную воду.
Недостаточно эффективно решаются вопросы, связанные с
)'!\:еньшение1\1 заrрязнения окружающей среды сточной водой с co
держанием щслочи. а также мнor'ократно ИСПО.lьзоваННЫ!\1 моющим
раствором.
Важной проблемой. возникающей во время э;,сплуатации бу
ТЫЛКОlvlOечной машины, является снижение Ш)'!\lа. 3то достиrается
за счет уменьшения скоростей транспортирования бутылок, созда
ния более рациональных конструкций заrрузочно разrрузочных
устройств, бутылконосителей и др., установлеНЫI звук()ш()лирую
щих оrраждений 11 ОСН;1fцение ПРOl:зводственных ПО!\1ешеIШЙ зву
коr;оrлошаЮЩlil\Ш материалами и,'. Д.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о 1 ы: изучение теоретичсских основ процесса
мойки; знакомс1ВО с классификацией. УСI ройством И l1РИНЦИПОМ
деЙствия бутылкомоечных 1\IaШИН; при06ретение практических Ha
р.ыков по расчету 6утылкомоечной l\1аШШILI.
3 а д а н и е: выполнить расчет БУТЫЛКО:\lOечной маll1ИlIЫ, ec
ли заданы: ширина 6утылконосителя а. м: высота бутылконосителя
17, м: прошводительность . 'ИШ, ' П т , БУl./Ч: ПРО.'1;олжительность
технолоrическоrо цикла (вреl\lЯ активноЙ r.lOйкн) 1т. с; КОШlчество
отверстий в шприцевальных трубках для щ лочноrо раствора /1J,
шт:; количество отверстий в опрыскивающих трубках для щелочно
[о раствора /12, Ulт.; КО Ifчество отверстий в ШПрИЦСБалhНЫ : тrуб
ках для подачи воды IlJ, шт.; количество отверстий в опрыскиваю
ЩI1Х трубках для подачи воды Il2, ШТ,; Еремя нзrрспания раствора Т,
с.
ftJетодш.:а расчета
Оl1реде.lеиис шаzа буты.l/{OlIUСlllпе.'/еii и радиУСОб пО60ротиых
0.701\06. Размеры бутылкомоечных 1\lаШИIi 3itВИСЯ'! от I1равильноrо
36
выбора шar а носите;]l Й и радиусов поворотных блоков. При yr.lellb'
шении шш'а носителей уr.lеньшается длина конвейера бутылконоси
[елей и. следовательно. Д,lина машины. В то же время уменьшение
шаrа носителей неизбежно приводит к увеличению диаметров по
воротных блоков, и как следствие. к увеличению размеров машины.
Соотношение между величинами шаrа носителей S, м. И pa
дну са поворотных б..'IOКОВ R. М. \lOжно определить с учеТО"1 свобод
ншо прохождения бутылконосителей через поворотные блоки.
Радиус nOBopoTHoro олока R. \1 (рис, 1.5),
ь (1 180
R= + cta
2 2' ,
(1,22)
<:3
и шаr носителей S, м,
( Ь а/8О ) 180
S 2 + ctg sill ,(1.23)
2 2 :: ::
[де (1 и h соответственно ши
рина и высота носителя. м,
Оптимальные величины R
и S должны соответствовать
минимуму функции, представ
Jlяющей собой их произведение.
Приравнивая первую производ
ную этой функции нулю. Haxo
.1И\1 после ряда преобразований
::Оllт оптимальное число носите
I
/
I
/
'" /
.......................... //
лей на начальной окружности
Рис, 1,5, Схема nOBopOTHoro блока поворотнor'о блока
180
ZOl1т " (1.24)
шссtg( bla)
Расчет пРИ60да транспортера 6утЫ/I/{оносuтелеii, Рабочий
цикл машины T{i' с,
т 3600и
р П
т
rде П/l 1 теоретическая производительность машины, бут./ч;
U число потоков в машине (принимается равным числу бутылок в
бутылконосителе U = 24).
(1.25)
37
Так как бутылкомоечная машина с прерывистым движением
конвейера относится к машинам II класса, то ее рабочий цикл равен
кинематическомуТ к .
Определение КО.1UчеСl11ва БУl11ы.1Коносите.1ей и д.7ины KOHвeй
ера .наИlllНЫ. Средняя скорость движения конвейера v cf7 , м/с,
\'ер =:S/Tp' (1.26)
[де S путь, который проходит конвейер машины за время рабочеrо
цикла Т{!, м.
Минимальное теоретическое количествО бутылок, единовре
менно находящихся в машине, составит
Б I11 == П I11 Т;11 /3600, (1.27)
[де Т т ' продолжительность технолоrическor'о цикла, которая дей
ствительно полезно используется (время активной мойки), с.
Минимальное теоретическое количество кассет К",. шт., равно
."
К == П т Т I11 '(1.28)
т 3600[!
К этому минимальному числу кассет необходимо' прибавлять
некоторое число кассет для вспомоrательных операций (для заrруз
ки и выrрузки бутылок, стекания капель моющих жидкостей при
переходе кассет из одной зоны в друrую, неизбежный холостой ход
кассет и т. д.).
Тоrда действительное количество бутылок Б(), шт., находя
щихся в машине,
Б д == Б I1l /kH ' (1.29)
а действительное количество кассет Ка, шт.,
Ко ==Km/k H ' (1.30)
[де k" коэффициент непрерывности, равен отношению той доли
технолоrическоrо цикла, которая действительно полезно использу
ется, к общему времени технолоrическоrо цикла (k" = 0,56).
Полная длина конвейера L, м,
L==S Ко. (1.31)
Расчеl11 реJlСИ.l1а 2идродина.wической обработки бутылок.
Предельное количество моющей жидкости 1111, м 3 /с, подаваемой в
бутылку, определяем по эмпирической формул
т 1 == 0,64 D 1 ,б3, (1.32)
[де D внутренний диамe'rр rорлышка бутылки, мм (D = ] 7 мм).
Предельный диаметр сопла шприца ([1, м,
D 1 ,б3
d 1 = l,l
(1.33 )
J1 2Pl/P ,
[де f.1 коэффициент расхода жидкости при истечении ее из OTBep
стия (f.1 = 0,65...0,70); РI давление моющеrо раствора в шприце
вальных трубках, МПа (РI =(2...3).105 Па); р плотность моющеrо
, "
раствора, кr/M (р ""'Р6 == ] 000 кr/M).
Диаметр отверстия ополаскивающей форсунки d 2 , м,
1,2421112
d 2 = (1.34)
J1 2P2 / Р ,
["де т2 количество моющеrо раствора, необходимоrо для ополас
кивания наружной поверхности бутылок, м 3 /с (для бутылок BMe
стимостью 0,5 дм' 1112 = (0,15...0,20)-10'5 м'/с); f.1 коэффициент pac
хода жидкости при истечении ее из отверстия (р == 0,65...0,70); Р2
давление перед форсункой, МПа (Р2 =(0,5...0,6).105 Па).
Определение подачи насосов и потреб7яе.ной Ю1И .\IОЩ/IOСI71И.
Расход щелочноrо раствора на шприцевание и обливание бvтылок
W1I11" :\I'/С, .
пd 2 пd 2
W щ . р = P Ill 2Pl / Р + P 112 2P2 / Р , (1.35)
r.'"(1:: f.1 коэффициент расхода жидкости при истечении ее из OTBep
стия (f.1 = 0,65); d l диаметр отверстий в шприцевальных трубках,
I\IM: {[2 диаметр отверстий в опрыскивающих трубках, мм; III и Il2
общее количество отверстий соответственно в шприцева.пьных и
опрыскивающих трубках, шт.: р; и Р2 давление моющеrо раствора
соответственно в шприцевальных и опрыскивающих трубках. МПа.
Мощность, потребляемая насосом N;, кВт, перекачивающим
щелочной раствор, составит
1O 3Wщ.р . Р
N] = (1.36)
rJli . rJoa
["де Р давление щелочноrо раствора, МПа (Р = (2...3).105 Па);
17" КПД насоса (rJ" = 0,5); rJr!<! КПД двиrателя (1]rJ6 = 0,85).
38
39
з
Q7 = 0,2 IQi
i J
['де С,; масса бутылок, поступающих в машину. кr/ч; Си" =
= 0,84 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость стекла; W расход xo
лодной воды, кr/ч (при установившемся режиме работы равен pac
ходу отработанной воды, в расчете принимается W" = w/ = w 2 );
D расход пара, кr/ч; i = 2724 кДж/кr энтальпия rреющеrо пара;
(1 .46)
8 = 557,3 кДж/кr энтальпия конденсата; 111" = 0,485 п масса oд
ной бутылки вместимостью 0,5 дм 3 ; {"" = 5 ос начальная темпера
тура ['рязных бутылок; (,," = 8 ос температура холодной воды;
(," = 35 ос температура отработавшей воды; 1,'б = 37 ос темпера
тура чистых бутылок; 1, = 99 ос температура конденсата;
р = 1,695 МПа давление rреющеrо пара; ("р = 20 ос начальная
температура моющей жидкости.
Тоrда расход пара D, Kr/c, можно определить по формуле
D=1,2 G Б С сп J1"Б 1нб)+1VСв(t"в 'НJЗ) , (1.47)
i 8
Однако такой расход пара будет только при установившемся
режиме работы машины, Здесь не учтен расход пара на наrревание
моющих жидкостей перед пуском машины.
Учитывая малую массовую долю щелочных растворов, будем
считать их теплоемкость такой же, как и для воды.
Расчет трубчатоzо подоzревате,7Я раствора в первоЙ вШlНе.
Расход теплоты на наrревание раствора в первой ванне
Q=W щр С в (1кр 'Hp)' (1.48)
[де Св удельная теплоемкость воды (Св = 4,186 кДж/(кr'К));
1, 1" ("р соответственно конечная и начальная температура щелоч
Horo раствора, ос (t"p = 20 ос; t ч , = 65 ОС).
Средняя разность температур L11 cp , ос,
L1t б L1t,\i
L1t cp = (1.49)
2,3 19 L11 б / L11\i
L11б =Оп 'II,p)' L11.\1 =ип tK,p)' (1.50)
здесь ( п температура rреющеrо пара (t n = 133 ос).
7
Площадь поверхности теплопередачи F, M ,
F = Q8 j( k . 7: ' L1! ер ), (1.51)
7
[де 7: время наrревания, с; k = 1 О KBT/(M ' К) коэффициент тепло
передачи между трубами подоrревателя и раствором в первой BaH
не.
Расход воды на шприцевание и обливание бутылок W". м i/c.
опреде.1яеi\\ по фОР lуле
тr{7' 7" { )
11'в = Р. 4 \(1 j n1 2 р 1 / Р + (/2 17 2 '\J 2 р 2 / р. ( 1 .37)
Мощность. потреб:[яе:\\ая HaCOCOl\\ /\1:. кВт. перекачивающим
воду
JO 31V.P
1\'7= (, (1.38)
17 11 ' 170 в
()17реие.7енuе расхода пара. Расчет произведем по метод) теп
ловоrо баланса. Составю\ уравнение тепловоrо баланса:
Q/ + Q2 +Q3 = Q-I +Q5 + Q6 + Q7, (1.39)
rде QI приход теплоты с бутылками. кДж.
Q/ = G 6 С сп / ll б ' ( 1.40)
Q2 приход теплоты с холодной водой, кДж,
Q] =W/Ccl llc ' (1.41)
Q! приход теI\ЛОТЫ с rреющим паром, кДж,
Qз = Di , ( 1 .42)
Q-I расход теплоты с уходящиr-.1И бутылками, кДж
Q.; =G Б С ст 'к6' (1.43)
Q5 расход теплоты с отработанной водой, сливаемой в канализа
цию, кДж,
Q5=1V 2 c c l KC ' (1.44)
Q6 раслОД теплоты с конденсатом пара, кДж.
Q6 = D8 , (1.45)
Q7 потери теllЛОТЫ в окружающую среду, кДж, принимаются paB
ными 20 % к расходу теплоты
Найдем полную длину труб
LlI1p = F /тrd н ' (1.52)
[Де cI" наружный диаметр труб подоrревателя, м (а" = 0,06 м).
41
40
Полная длина одной трубы равна
/=L17lP//13
rде /1з число труб в подоrревателе. шт. (в
113 == 15 шт.).
N
'" 2:
(1.53) d
"' ,М
:s: Q.. ('1 W
d 2: ('
расчете принимается t::; 2 у 2:
--<
'"
f-- f--
I
'f )
w
22:
--<са
, ,
'-!)
f----'-O
.q 'f'. ("'
М '-о 'у 'f V'
,Ч" ,t::p::::::.......C",w'--.r" --;-'-!)Ч"
22 2:2: ы2:2:..(2:::;:: 2:
..e:oca.-е:ОС.-е:N--<са2: ..-е:"" о '
са, '--<-.o 02 ' 0:5 у са..е: ,
;:3;:3 '-Ot--- --<f----;:3 --<;:3
Контрольные вопросы
Q '"' ::: ""'
N r::: :::> ""' '"'
u х r-- .q С", '-!) :;;- ::;t '""' 3\ '""'
'-!) N
r-- r-- r-- х х х :;;- х х r--
r-- r-- r-- х х х :;;-
r-- r--
. f-- -.с N 6 .q х
, N N N -.с N х 6 .q ос N О -.с
:3 N N «". ('1
('1 ("1 «", N
:::;:
:s: -.с N ;Q :st '"' .q х
N -.с ('1 ;Q 6 .q х -.с N
:3 N N N N N N N N ("1 N ;Q
N ("1 N ("1 N N N
N N ("1 N N N N
х
I Х .q ::;t -.с N -.с х .q -.с
.q .q С", ::;t ('1 -.с ос .q -.с N
'f'. If) -.с .q .q С", lrJ lrJ -.с '"<t '<t ::;t
"" If)
>-.
, .q -.с N
:s: ::;t :ос N '-!) .q -.с <:'-1
.q {"', r-r. .q ::;t ос N '.0 .q -.с
C:J 'f', 'f'. -.с .q r-r, «", .q 'f'. 'f'. .q ::;t
:s: ("1
s
:.:
о . :::>
f: h u -.с ::;t N х N ::;t :::> х :::> :::> о ::: :::>
.q -.с N ::;t N
'f', 'f'. If) If) -.с -.с '-!) 'f', 'f', :5 N ..о .q х :::>
If) 'f'. ..о ..о lrJ lrJ 'f', If) '-!)
:s:
'"'
а- '"'
c:i z '"' '"'
'"' '""' '""' '"' ""'
t::::: N N '"' о о '"'
, N N N о о :::>
\о -.с -.с -.с -.с -.с а; 3\ :;;- 3\ 0\ If) If) If) If)
'f', If) 'f', 'f', 'f', 'f'.
'f', 'f', .q 'f', or. If) 'f'.
:;: -.с -.с 'f', 'f', '"<t -.с -.с :5 'f',
..::: N N N ("' N N 'f', 'f', .q '.0 'f', lrJ .q ::5
N ("'.\ N N N N 6 N N N
::5 ::5 ::5 с с'! N
О с5 с с ::5 с5 с5 с с5
Порядок офор.н.7еUllЯ отчета
Отчет о расчетно практической работе оформляется в COOT
ветствии с требованиями. изложенными в [20]. и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
бутылкоr-lOечных машин, основы теории мойки, устройство и прин..
цип работы бутылкомоечной машины, марка которой указана в
табл. 1.4:
расчетную часть, в которой при водится расчет БУТЫЛКОI\IО
ечной ;\1('ШИНЫ по пре:Jлаril(;'I\Ю"IУ Ьdрианту (табп. 1.4):
rрафическую часть. в которой дается схема б)тылкомоечной
r-ШШIIНЫ (табл. 1.4).
1. Какие r-lOющие средства используются для мойки тары?
2. Нюовите основные технолоrические операции процесса
r-ЮI1КИ стеклотары.
3. Приведите уравнение тепловоrо баланса для установивше
["ося режима мойки бутылок.
4. Что такое термический бой стеклотары?
5. [ aKOBЫ предельно допустимые температуры н:н'реваниЯ и
охлаждения бутылок')
б. Каков характер движения транспортера бутылконосите
лей?
7. Каковы основные направления совершенствования KOHCT
рукций бутылкомоечных машин?
IF; с If) о !f', '-n
:EX5 663
ac5
l.rJ ........ t.r. lf'j ......... V'j -...,; trI I.r; О lf', С
r--:;;-:;;-ooxr--Q\:;;-ooxr--o--.
S" a'"''----'"co::::)'"'a'"' oo
.........0'--""00.......0::::)006
о::
Q..f--
1) :I:
:r: g.
а:1
'-n x
c
N r-r, .q
..or--x
43
42
44
'<f:
N
\Q "7 \Q с')
о:: '" w с ("')
I
:.:: ' , е -<
о.. NW
о:: q N -< са
O , , са
с')
f--- , -< f--- >-о
f---
с '--' о о ,..., о
I,S С"", \Q N ('<",
u r-- Q\ 00
ь .q '<t 00 N '<t
'" О N N ('<", N
1::: :3
ь .q о .q 00 \с
С О r::i N N
:3 N N N N N ('1
Ь \о 00 .q о \о
;: :3 on .q .q .q ('<".
ь N 00 N \с '"""
"" .q on on \Q
:3
о о о с ос
h" u N .q \с N
\о \о or, or, or, lrJ
С О С '""" ,...,
....... а ;;;: х о о с
ь с о о о
t:: >-. lrJ х Х 00 ос 00
lO
on or, v=; tr, on
\о on 7 \с
..Q N N N. N. N N
С О '""" с5
on on О tr, О lrJ
Q\ 00 00 r-- Q\
:3 ? о. ? о о. '"""
о с5 '""" ,...,
о::
Q.. r--
v :I: ,..., .q on
о:: N ('<",
О ::;: r::i N N N N N
:с Q..
о::
а:1
r ЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КАЛИБРОВАНИЯ
И СОРТИРОВАНИЯ СЫРЬЯ
t:;
\о
о::
,...
CI)
:::
:r::
о::
::r
:I:
о
:.:
О
Ка:/uброванuе.н называется процесс разделения штучных
продуктов (rлавным образом овощей и фруктов) на партии с при
близительно одинаковыми размерами, формой и массой перед их
последующей обработкой. Существующие калиброватели класси
Фицируются в зависимости от конструкции калибровочных YCT
ройств на барабанные, ленточные, шнековые, вибрационные, дис
ковые. валиковые, тросовые, весовые и комбинированные [37].
Сортирование.н называется процесс разделения сыпучих
продуктов (в основном зерновых культур) на фракции, одинаковые
по размеру и форме.
Сепарирование.н называется процесс разделения сыпучих
1атериалов на фракции, различающиеся физическими и rеометри
ческими размерами, по следующим признакам: плотность частиц,
.1инейные размеры, аэродинамические и ферроматитные свойства,
состояние поверхности и др [39].
Основным рабочим opraHoM зерноочистительных сепарато
ров и сортирующих машин являются сита. Применяемые сита по
способу изrотовления классифицируются на штампованные из Me
таллических листов и тканые металлические и полимерные сетки.
Часть сыпучеrо продукта, имеющеl'О размеры меньше разме
ров ячеек сита и проходящеrо через ситовую поверхность, называ
еi'СЯ ПрОХОДО1\!, а частицы продукта, которые не проходят по разме
ра\l сквозь отверстия сита и ссыпаются с Hero через край, образуют
СХl)Д.
Для нормальной орrанизации процесса разделения сыпучеrо
продукта необходимо выполнить основное условие просеивания
скольжение частиц продукта по поверхности сита. Предельная час
тота вращения кривошипа, при которой частица не отделяется от
сита. определяется из уравнения
30
ппр= '
'V r tga
(1.54 )
"де /. радиус кривошипа, м; а уrол наклона сита к rоризонту,
[рад.
45
Процесс сепарирования движ)щеr'ося сыпучеrо продукта co
стоит из двух одновременно происходящих стадий, На первой CTa
дии самосортировании частицы. имеющие меньшие размеры,
большую плотность, меньшее значение коэффициента внутреннесо
трения и удобно обтекаемую форму, перемещаются из верхних сло
ев в нижние и достиrают поверхности сита. Вторая стадия собст
венно просеивание частиц происходит при относите.1ЬНОМ ДВИЖе
нии их по ситу. Однако для эффективноrо протекания процесса обе
стадии требуют различноrо кинематическоrо режима движения си
та: при увеличении ускорения улучшается самосортирование, а для
успешноrо осуществления просеивания необходимо оrраничивать
максимально допустимые пределы ускорения.
ПНС6.1lОсеnарllрованuе основано на различии сопротивлений,
оказываемых отдельными частицами воздушному потоку, что обу
словлено их различными аэродинамическими свойствами. В верти
кальном восходящем потоке сила тяжести G и сила сопротивления
R, действующая на частицу, всеrда противоположны. Таким обра
зом, отношение G/R определяет направление движения частицы:
при G/R< ] частица движется вниз, при G/R> ] частица движется
вверх и при G/R == ] частица находится в равновесии, т. е. витает.
Из соотношения R = G получается выражение для опреде:Iе
ния скорости витания или критической скорости
2С
v
вит ;;р'
':1Р .\1
['де коэффициент аэродинамическоrо сопротивления; р плот
ность воздуха, Kr/M 3 ; F" площадь проекции частицы на плоскость,
нормальную к вектору относительной ее скорости (миделево сече
ние).
Наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования
оказывают удельная наrрузка продукта на канал, средняя скорость
воздушноrо потока, выравненность воздушноrо потока, физико
механические свойства примесей сепарируемой смеси и степень
засоренности, размеры и конструктивное решение пневмосепари
рующих каналов, начальная скорость и условия ввода сепарируе
мой смеси в пневмосепарирующий канал и др.
Ма?НИll1ное сепарирование. Металломаrнитные примеси раз
нообразны по форме, размерам и происхождению. По способу yдa
(1.55)
ления метаЛJlО lаl'НИТНЫХ примесей из движущеrося потока продук
та различают три типа маrнитных сепараторов: с верхним и ниж
ним расположением маrнитов и барабанные маrнитные сепараторы
с вращающейся немаrнитной обечайкой [16].
Для нормальноrо отделения металломаrнитных примесей в
маrнитном поле необходимо выполнение следующеrо условия:
Ip lI == у. х. Н. gт{[ Н> Ре ' (1.56)
r.1e Р" сила притяж ния металломаrнитной частицы к маrниту, Н;
V объем частицы, м'; Х удельная объемная маrнитная восприим
чивость частицы, M 3 /Kr; Н напряженность lаrнитноrо поля, А/м:
gтr/ Н rрадиент напряженности маrнитноrо поля, представляет
собой производную dHlcll' в направлении,. (наибольшеrо возраста
ния напряженности Н); F, сила сопротивления, Н.
Сила, действующая на частицу в маrнитном поле, зависит от
I\ШПJИТНЫХ свойств частицы, напряженности поля и ее изменения.
Просеивающие машины, при меняемые в пищевой промыш
ленности, классифицируются на следующие виды:
]) по конструкции ситовой поверхности: плоские и барабан
ные сита;
2) по способу получения движения продуктов: с неподвиж
ными ситами; с возвратно поступательным, KpyroBbIM поступатель
ным и вибрационным движением сит; с rоризонтальной и верти
кальной осью вращения сита;
3) по конфиrурации ситовой поверхности на: цилиндриче
ские: конические; призматические и пирамидальные.
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ЗЕРНООЧИСТИТЕльноrо
СЕПАРАТОРА
Теоретическая часть
Зерноочистительные сепараторы предназначены дЛЯ ОL{ИСТ
ки зерна от примесей, отличающихся от Hero толщиной шириной
аэродинамическими и ферромаrнитными свойствами.' ,
Очистка зерна осуществляется путем отделения примесей при
последовательном просеивании на наклонно расположенных pe
шетках, совершающих возвратно поступательное движение, и ДBY
46
47
KpaTHoro продувания зерна воздухом в каналах при поступлении
зерна в сепаратор и при выходе из Hero. В некоторых сепараторах
(ЗСМ 5, ЗСМ 10) предусмотрена маrнитная защита [39].
Сепараторы типа ЗСМ по конструкции во MHoroM аналоrичны
друr друrу (рис. ] .6). Они имеют сварную станину, верхний 5 и
нижний 4 решетные кузова, приемную 9 и аспирационную] I KaMe
ры, вентиляторы с приводом, электродвиrатель 8, пневмосепари
рующий канал 7 с маrнитной защитой.
Вентиляторы сепараторов ЗСМ 1 О и ЗСМ 20 снабжены инди
видуальными электродвиrателями, а вентиляторы в ЗСМ 5 приво
дятся в движение от одноrо электродвиrателя. Каждый решетный
кузов подвешен к станине на четырех вертикальных пружинных
подвесках. Решетные кузова сепараторов ЗСМ 5 и ЗСМ I О имеют
три ряда выдвиrающихся решетных рамок, а сепаратор ЗСМ 20
четыре ряда. Решета первorо ряда сортировочные, BToporo раз
rрузочные, TpeTbero и четвертоrо подсевные.
Решетные кузова при водятся в движение эксцентриковым KO
лебателем ] от электродвиrателя 2 через клиноременную передачу.
Для уравновешивания сил инерции колеблющихся масс эксцентри
ковый колебатель снабжен двумя шкивами с противовесами.
Решета очищаются инерционными очистительными механиз
мами. Степень прижатия очистителя к решету реrулируют подъе
мом плоской пружины.
На верхнем кузове смонтирована приемная камера, имеющая
рамку с приемным решетом. На станине установлена аспирацион
ная камера с двумя вентиляторами, которые входными отверстиями
присоединены к всасывающим воздуховодам аспирационной Ka 1e
ры, а выходными к фильтру. Внутри аспирационной камеры име
ется канал первой продувки и две осадочные камеры. В задней час
ти станины находится пневмосепарирующий канал 7, в котором
осуществляется вторая продувка. Пневмосепарирующий канал,
приемная и аспирационная камеры имеют люки для обслуживания.
Процесс очистки зерна в сепараторе происходит следующим
образом. Зерно, поступающее из бункера реrулируемым потоком, с
....
48
«1
t:::t
а:1 О
>,0.
:..:
';:
:3
f-- '" ,
(1) t.... N
:3
t:::t..
>::: 8.
::: 1'1 <>:
:r I «1
, 00 :I:
'<t ..
.. ::
.. :I: ::r
::;Е ::: '" «1
:r о..
U M «1 ,:::
f-< ::
o.03'
' 2 I
«1<') >,
0... o.
«1 <>: ::: ..
t:: t::; о..
(1) (1) «1 V
t) f-< :I:
'= :3
.l> Q) О >:s;
:I: t::; ::;:
А О '1:1 А
t::; :.:: v :I:
Q) «1 :I: А
f-- t:::t t:: 5
о , f--
U '1:1 r-- :s;
::: 5. o:f 5
о :.:: t:::t
g '8
g.5
м Е: :.::
-.D ::: <>: ,
.......; o
. , ::::
u (1)..
::: N ::: «1
о... 0.0..
.l> <l}
t::; I ::;:
I.O
а5
<l} о :I:
t::; м ::::
о >, <l}
:.:: :.:: :::
'::: >:s; О.
:Е :Е с::
а:1 :I: ,
о-
5. ;;
f-< о..
:r >::: (1)
(1) ::: :r
:r :3
:.:: х
1'1 о..
, <l}
а:1
lrJ
49
помощью наклонных скатов распределяется по всей ширине при
емной камеры.
Преодолевая сопротивление клапана, зерно равномерным
слоем поступает в аспирационный канал первой продувки, в нем
происходит выделение из зерна леrких примесей, которые уносятся
воздушным потоком в первую осадочную камеру, затем через лепе
стковые клапаны поступают в лоток и выводятся из сепаратора.
Освобожденный от леrких примесей воздух из первой oca
дочной камеры по воздуховоду поступает в вентилятор первой про
дувки, а из Hero в фильтр. Режим в аспирационной камере pery
лируется установленным в нем клапаном. Из канала первой продув
ки зерно поступает на приемное решето, сходом с KOToporo идет
крупный сор, удаляемый из сепаратора лотком, а проходом зерно
направляется на сортировочное решето. Сходом с сортировочноrо
решета идут примеси крупнее зерна, а проходом зерно поступает на
разrрузочное решето, которое по длине состоит из двух частей: oд
на с отверстиями диаметром 5 мм, друrая с отверстиями диамет
ром 4 мм, что обеспечивает более эффективное отделение мел
ких примесей.
Сходом с разrрузочноrо решета идет зерно, не содержащее
мелких примесей, которое затем поступает в аспирационный канал
второй продувки, а проходом зерно и мелкие примеси поступают на
подсевное решето. Распределение зерна по подсевным решетам
осуществляется делителем щелевоrо типа. Подсевные решета OTдe
ляют от полноценноrо зерна мелкое, битое зерно, сорняки и мине
ральные примеси, которые собираются на поддонах кузова и по
лотку выводятся из Hero.
Освобожденное от мелких примесей зерно, идущее сходом с
подсевноrо решета, также поступает в аспирационный канал второй
продувки. При этом леrкие при меси по каналу 7 уносятся во вторую
осадочную камеру и через лепестковые клапаны по лотку выводят
ся из сепаратора, а воздух из камеры по всасывающему воздуховоду
поступает в вентилятор второй продувки и далее в циклон. Поток
зерна из канала второй продувки проходит через маrниТНЫЙ аппа
рат, освобождается от металломаrнитных примесей, и очищенное
зерно выводится из сепаратора_
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
разделения сыпучих пищевых продуктов, знакомство с классифи
кацией зерноочистительных сепараторов, изучение устройства и
принципа действия зерноочистительноrо сепаратора, приобретение
практических навыков по их расчету.
3 а д а н и е: выполнить расчет зерноочистительноrо сепара
тора, если заданы: производительность Q, Kr/c; вид перерабатывае
Moro сырья; € полнота разделения; qB удельная производитель
ность по ширине решета, кr/(c-M).
Методика расчета
Ширина решетноrо стана В, м,
B=Q/QB,
(1.57)
rде Q производительность сепаратора, Kr/c; QB удельная произво
дительность, отнесенная к единице ширины решета, Kr/(c'M).
Значение оптимальноrо ускорения jo, м/с 2 , определяем по
табл. 1.5
т а б л и ц а ].5
Оптимальные значения ускоренияjо
у=а+{3, Оптимальные значения ускорения -о, м/с 2 при В, Kr/(C-M)
rрад 0,5555 1,1111 1,6666 2,2222 2,7777
10 19,0 26,0
15 15,0 22,0 27,0
20 13,5 19,0 23,0 27,0
25 12,0 17,0 21,0 24,0 27,0
30 11,0 16,0 19,0 22,0 24,0
35 10,0 14,5 17,5 20,0 22,0
40 9,5 13,5 16,5 19,0 21,0
50
51
или по формуле
jo =4,2 З60qв/у, (1.58)
rде qB удельная производительность по ширине решета, Kr/(c.M);
у уrол между направлением колебаний и плоскостью решета, rрад
(у=а +[3, принимаем для посевных решет уrол наклона к rоризонту
а = 5°, уrол колебания [3 = 15°).
У дельная производительность решета q F, Kr/( С.М\ отнесенная
к единице ero площади,
qF =0,0528(0,95 E)( 105 [3), (1.59)
rде Е полнота разделения; [3 уrол колебания, rрад.
Частоту колебаний п, кол./с, определяем по уравнению
п = 10 jo , (1.60)
20 А
rде А амплитуда колебаний, м,
A=e.k, (1.61)
здесь е эксцентриситет, м (е = 0,005...0,010 м); k коэффициент,
учитывающий колебания рамы машины, он зависит от величины
оптимальноrо ускорения Jo:
Рис. 1.7. Диск с rpузом для уравновешивания решетных станов
Примем следующие размеры rруза (см. рис. 1.7): R == 0,09 м,
r == 0,04 м, а = 90°, и определим толщину rруза .<1, м,
М 2р
.<1= (1.63)
siп а(R З r З )р
3
[де р плотность материала rруза, Kr/M 3 (р == 7800 Kr/M 3 ); Мz p масса
rруза, Kr,
М 2р =G.А/R ц ' (1.64)
здесь G масса решетноrо стана, Kr (G == 120 Kr); R ц радиус враще
ния центра тяжести rруза, м (R ц == (r + R)I2).
Расчет воздухоочистительной части сепараторов. Потери
давления в воздухоочистительной части сепараторов складываются
из потерь в аспирационных каналах, осадочных камерах, воздухо
водах и циклонах. Суммарные потери напора в воздухоочиститель
Ной части и циклонах в сепараторе
j", м/с 2
k
25
1,2
30
1,3
>30
1,4
15
1,0
20
1,1
Длина решета 1, м, в каждом стане будет равна
1= == qB .
B.qF qF
(1.62)
Уравновешивание решетных станов. У равновешивание Ka
чающихся масс решетных станов в зерноочистительных сепарато
рах осуществляется путем сообщения (от эксцентриков, располо
женных на двух эксцентриковых валах) решетным станам движе
ний в противоположных направлениях [11]. Уравновешивание pe
шетноrо стана осуществляется вращающимися rрузами на двух па
раллельных валах. На каждом валу располаrается по два диска с
rрузами (рис. 1.7).
Р == Р" + Ро + Р в + Р бц ,
(1.65)
52
53
С':...а
пQл.Jи он","
25 О
2
Р И = I, Ve;K;e , (1.68)
rде коэффициент местных сопротивлений (берется из COOTBeТCT
вующих справочников, в расчете примите I; := 0,5 для осадочной
камеры и 2:= 0,06 коэффициент потерь на 1 м воздуховода);
V ffOK скорость воздуха в осадочной камере, м/с (в расчете примите
V ffOK := 1 О м/с); Рв плотность воздуха, кr/м З (Рв:= 1,2 Kr/M\ g YCKO
рение свободноrо падения (g == 9,81 м!с 2 ).
Потери в воздуховодах при их длине [== 5 м и V ff == 14 м/с
2
Р в = 2 .[ v u . Р в . (1.69)
2.g
При подсчитанном по формуле (1.65) расходе воздуха в воз
духоочистительных частях сепаратора одиночные циклоны полу
чаются очень rромоздкими. Поэтому проектируем батарейные ци
клоны, состоящие из шести элементов.
Производительность каждоrо элемента примем равной V =
3 / 3 ц
1600 м ч 0,45 м /с, что дает возможность спроектировать уни
фицированные элементы батарей (табл. 1.6 и рис. 1.9).
Определяем размеры элементов: диаметр D и высоту Но, м,
D=K . ; (1.70)
Но = 4,18-D, (1.71)
rде К эмпирический коэффициент (табл. 1.6); u := 12...18 м/с CKO
рость воздуха при входе в циклон, м/с (табл. 1.6).
Сопротивление батарейных циклонов Рб.ц, Па,
Р б . ц = 1,2. pви2 /2g . (1.72)
rде коэффициент сопротивления (табл. 1.6); Рв плотность воз
духа, Kr/M 3 (Рв:= 1,2 Kr/M 3 ); u скорость воздуха при входе в циклон,
м/с (табл. 1.6).
Вентилятор к машинам выбираем из серии ВРИ по HOMO
rpaMMe (рис. 1.1 О).
rде Р,О потери в аспирационных каналах сепаратора, Па; РО поте
ри в осадочной камере, Па; Р в потери в воздуховодах, Па; Рб.ц
потери в батареи циклонов, Па.
Потери в аспирационных каналах Р к , Па,
Р" = (0,1 + 0,00013 QF)va/, (I.66)
rде QF удельная производительность решет, отнесенная к единице
их площади, Kr/(c'M 2 ); V aK скорость воздуха в аспирационном KaHa
ле, м/с (примем равной V aK = 10 м!с).
Зная производительность Q и выбрав ширину канала В, м, и
эффективность сепарации 1], по HOMorpaMMe (рис. 1.8) находим rлу
бину канала S, м; заrрузку еДИНИЦЫ ширины канала QKB, Kr/(c'M) и
заrрузку единицы площади сечения канала QkF, Kr/(c'M 2 ).
S. AtN .
Q. m/t, O
3
5
q,".1i /У-дN
20ао
15
B. \\
)"
\;\)\)
OIJ
ъ оо
Ь ОО
\0<)<)
/5JrJ
9 ...
' ц.
4()о d.v
lUO
DlJo
...sOIJ
IJIJ '2
100 Рис. 1.8. HOMorpaMMa для
расчета размеров сечения
и заrpузокаспирационых
каналов:
Q производительность,
т/ч; q"B заrрузка едини
цы ширины канала,
кr/(ч,дм); В ширина Ka
нала, мм; S rлубина Ka
нала , мм; 11 эффектив
ность сепарации; Q"F за
rpузка единицы площади
сечения канала, кr/(q,дм 2 )
150
10
2ио
C J Q,. п(l 500
\ ! !
& t:t i I
о IJ
Проектируем два аспирационных канала, расположив их ря
дом, соответствующей ширины и rлубины.
Расход воздуха V, мЗ/с,
70
ЗОD
15
V = va,oB.S, (1.67)
rде V aK скорость воздуха в аспирационном канале, м/с; В и S co
ответственно ширина и rлубина канала, м.
Потери в осадочных камерах и воздуховодах рассчитываются
по формуле, применяемой для определения местных сопротивлений
при расчете аспирационных систем и пневмотранспорта:
54
55
Т а б л и Ц а 1.6
Основные параметры ЦИКЛОНОВ
Р.Ла v, Al/c
'00 '5 V'IO.J,
90 ",'J., n.06/....,"
j iUO
,\0 .0 "
D.......
7 а ,С 7Н
.(.
Jj 2 8 1С:О 700
60
и 1.5 7
6 " ..vk
50 5 "" 1" 600
ЗО /.1 o --;..
., ""
.0 СхеМа польэования ЗО// 1
I O.r
....... 46 1000 ./ JOO
....... /Н 900"-
30 15 0,3 ..- 20
0.1 OO 17
Р . 100 .00
II v '" 111 V п lJ 0.15 1.5
" БОа
'" , 0.1
10 ""
1О Е; 500
2 ::
" ] Е! 0.6
/. .:;: Q 0.05 .,0[) ЗОО
15 е е
<:> <:>
Параметры Циклоны
внииз ниоr АЗ YЦ 38 УЦА5
d,M 0,60D 0,38 D 0,45 D
d/, м 0,40 D 0,15 0,15
Но, м 4,18 D 3,10D 2,8 D
Н/, м 2,18 D 0,80D 0,8D
Н 2 , м 2,00D 2,80D 2,OD
h,M 1,65 D 0,50D 0,5D
а,М 0,58 D 0,25 D 0,35 D
Ь,м 0,20 D 0,25 D 0,30D
R,M 0,625 D 0,65 D
и, м/с 12...18 12 12
4 20 25
К 2,94 4 3, l
IJ/ 75 256 92
<:>
:х::
J r
.::::
Рис. 1.9. Размеры циклонов:
a внииз ниоrАЗ;
б YЦ 38 и YЦ 45
Рис. 1.10. HOMorpaMMa для подбора и определения основных параметров
вентиляторов серии ВРН: Р полное давление, Па; V K окружная скорость
колеса, м/с; N ycт установочная мощность, кВт; N . мощность на валу
вентилятора, кВт; V объемная подача вентилятора, мЗ:ч; п частота обо
ротов колеса, об/мин; D диаметр колеса, мм
l
<:>
:х::
Мощность N, кВт, потребную для работы решетноrо стана,
определяем по формуле
I
"':rj,
d,
G .2
N= . Jo
460'11
.1
[де 11 частота вращения решетноrо стана, с .
(1.73)
, у
,
@
а б b
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно практической работе оформляется в COOT
ветствии с требованиями. изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
56
57
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
зерноочистительных сепараторов, основы теории очистки, УСТРОЙ
ство И принцип работы зерноочистительноrо сепаратора, требова
ния ero эксплуатации;
расчетную часть, в которой приводится расчет зерноочисти
тельноrо сепаратора по предлаrаемому варианту (табл. 1.7);
rрафическую часть, в которой дается чертеж зерноочисти
тельноrо сепаратора и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
Таблица 1.7
Варианты иНдивидуальных задаНИЙ
1. По каким признакам осуществляется очистка зерновых в
зерноочистительных сепараторах?
2. Какие виды просеивающих машин применяются в пище
ВОЙ промышленности?
3. В чем заключается основное условие просеивания?
4. Почему необходимо уравновешивать решетные станы зер
ноочистительных сепараторов? Какие способы уравновешивания
вы знаете?
5. Из каких стадИЙ состоит процесс сепарирования движуще
rося по ситу сыпучеrо продукта?
6. В чем заключается сущность пневмосепарирования сып
чих продуктов?
7. Каково устройство и принцип работы зерноочистительно
ro сепаратора?
8. Какие виды сит используются в зерноочистительных сепа
раторах?
9. Каким образом определяется предельная частота вращения
кривошипа, приводящеrо сито в колебательное движение?
Номер Производитель У дельная производи Полнота
варианта ность Q, Kr/c тельность [JB, Kr/(C"M) разделения €
1 2,84 0,55 0,73
2 2,90 0,75 0,74
3 2,95 0,95 0,75
4 3,00 1,15 0,76
5 3,05 1,35 0,77
6 3,10 1,55 0,78
7 3,15 1,75 0,79
8 2,80 1,95 0,80
9 2,75 2,15 0,81
10 2,70 2,35 0,82
11 2,65 2,55 0,83
12 2,60 2,75 0,84
13 2,55 0,55 0,85
14 2,45 0,75 0,86
15 2,50 0,95 0,87
16 2,40 1,15 0,88
17 3,05 1,35 0,89
18 3,10 1,55 0,85
19 3,15 1,75 0,84
20 2,80 1,95 0,83
21 2,75 2,15 0,83
22 2,70 2,35 0,82
23 2,65 2,55 0,81
24 2,60 2,75 0,80
r 25 2,55 1,25 0,80
58
59
РПР !! 2. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕскоrо ТРИЕР А
а
б
Триеры, выделяющие из зерновоrо материала короткие при
меси (например, куколь, битое зерно и т. п.), называются куколь
ными. У них очищенное зерно выходит из цилиндра, а примеси из
желоба.
Триеры, предназначенные для отделения длинных зерновых
примесей, называют овсюжными. В них зерно выходит из желоба, а
Ilримеси из цилиндра. У выходноrо конца овсюжноrо цилиндра
устанавливают кольцо диафраrму, которая способствует образо
ваНi1Ю слоя зерновоrо материала внутри цилиндра.
Цилиндрические триеры с внутренней ячеистой поверхно
стью изrотавливаются одинарноrо и двойноrо действия. Триеры
одинарноrо действия имеют по всей Д,lине цилиндра ячейки одноrо
типа и размера и выделяют только короткие или только длинные
примеси. Триеры двойноrо действия на различных участках цилин
дра по длине имеют ячейки двух. размеров для отделения длинных и
коротких примесей.
ФОрl1Ы и раЗ.1.tеры ячеек триеров. Форма триерных ячеек оп
ределяется способом изrотовления, и по этому признаку они Moryт
быть штампованные, фрезерованные и литые [11].
Наибольшее распространение получили стальные цилиндры
со штампованными ячейками, как наиболее прочные и дешевые в
изrотовлении. Форма и размеры штампованных ячеек берутся co
rласно [осударственному стандарту на триерные цилиндры. Штам
пованные ячейки в плане круrлые, а в разрезе по окружности ци
линдра ковшеобразные (рис. 1.12).
Образующие вспомоrательноrо цилиндра диаметром d o =
= 1,05 d должны быть касательными к дуrе окружности радиуса R.
Штампованные ячейки располаrаются в шахматном порядке
(рис. 1.13) с шаrом
t=O,6+1,2d, (1.74)
. [де d рабочий размер ячеек, мм.
Же.ШО и шнек триера. Для приема и отвода зерна и примесей,
выбранных ячейками, служат желоб и шнек. Относительно оси
триера шнеки располаrают концентрично и эксцентрично
(рис.1.14).
Теоретическая часть
Триеры предназначены для разделения зерновоrо материала
по длине. Известны следующие виды триеров: цилиндрические,
дисковые, лопастные, ленточные, причем только первые и вторые
нашли широкое применение в промышленности [39J.
Цилиндрический триер (рис. 1.11) состоит из двух основных
частей: цилиндра с ячейками на внутренней поверхности и находя
щеrося внутри Hero желоба со шнеком.
48 короткие сорняки
с:::> культурные семена
48 длинные сорняки
с:::> культурные семена
РИс. 1.11. Схема работы триеров: а кукольный триер; б овсюжный
триер; 1 цилиндр; 2 желоб; 3 шнек
При вращении цилиндра с зерном в ячейки триера попадают
из смеси частицы зерНОВоrо материала, длина которых меньше
диаметра ячеек, и поднимаются вверх; падают вжелоб, находящий
ся внутри цилиндра и выводятся наружу шнеком. В цилиндре OCTa
ются частицы, длина которых больше диаметра ячеек и которые не
укладываются в них по длине, и выходят сходом [,10 цилиндру с
друrой стороны.
60
6]
А-А
Е-Е
, '
. " d
r/ D
I8'
! Т'i .
l! /
I ..: I
1., , '
' a'I':" B B
---; с,,--I', Z 1,
r.r !)-.
а
б
Рис. 1.14. Схемы расположения тнеков в триерах:
а концентричная; 6 эксцентричная
Шнеки триеров од' .лаходные. Уrловая частота врашения
шнека одинакова с уrловой частотой вращения триерноrо цилинд
ра.
Профиль желоба должен быть таким чтобы зерна, выпадаю
щие из ячеек, при своем падении не перелетали через нерабочий
край желоба. Траектория полета зерен, выпадающих из ячеек, па
рабола. Дальность полета зерна по rоризонтал,и
0]2,,2
2а= siп 2а. (1.75)
g
Рис. 1.12. Форма штампованных ячеек
J e
11 ,; . IO
т .Y!J v
I AT TA I
i i )
А-А t
t""'d
Рис. 1.13. Расположение штампованных ячеек
Высота полета зерна по вертикали равна
CJ i) 2 R2 ,..] R 2
Ь 2 VJl .2n
= cos a= , ln /',
2.,< 2 iS
О.76)
[де fЗ = 90 а уrол сбрасывания зерна; а - уrол подъема зерна
ячейкой над rоризонтальным диаметром
a=ep+arcsin (Kcosep), (1.77)
[де ер. уrол eCTeCTBeHHoro откоса зерна в движении, [рад; К пока.
затеш, кинематическоrо режима триера.
62
63
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
разделения сыпучих зернистых смесей по линейному размеру; зна
комство с классификацией триеров, их конструкциями и принципом
действия; приобретение практических навыков по расчету триеров.
З а Д а н и е: выполнить расчет цилиндрическоrо триера оди
HapHoro действия, если заданы: исходный зерновой материал; co
держание примесей в исходном материале а, %; производитель
ность С, кr/ч; вид триера.
Методика расчета
Опреде.'lение раз.неров триерною цилиндра. Зададимся BHa
чале окружной скоростью, которая принимается для тихоходных
триеров v т == 0,25...0,50 м/с; для быстроходных Vб == 0,90...1,40 м/с.
Для мелких семян берут меньшие скорости. Наклон оси тихоход
ных триеров доходит до 5,5 о, а быстроходных 1,0...2,5 о.
Пользуясь данными табл. 1.8, выберите размер ячеек триера.
В зависимости от назначения триера и вида очищаемой культуры
триерные цилиндры изrотавливаются с размерами ячеек 1,6; 1,8;
2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,1; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3; 7,1; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5;
10,5; 11,2; 11,8; 12,5 мм.
Длина L, м, триерноrо барабана в первом приближении опре
деляется по формуле [.т. Павловскоr'о [36]:
L== 5З.G.а 2,77G.a 0.78)
D.k.8.f.п k.8'f'V т
rде G производительность триера, кr/ч; а содержание коротких
зерен в исходном материале, %; D диаметр триерноrо цилиндра, м
(D == 2 R); k количество ячеек на 1 м 2 триерной поверхности,
8.107
k== 0.79)
d 2 +d+0,25
64
00
::r
:s:
to;
tO
'"
r--
:.:
CI)
CI)
:J"
е<:
х
:а
:I:
о..
Q)
:s:
о..
f--
'"
о..
о
tO
q:
О
t::
е>::
to;
CI)
:а
:I:
:I:
I 00:
:: :: ::
::r :I:
:: (1) >D r-- о 1'-- О '<t О с7\ r-- 1.0
-е- о.. <:<", ("1 '<t ('<'. '<t '<t '<t ("1 <:<". ('<'j
-е- f-< u О о о о с5 о о о о о
t") f-< О
О :I: t:
::.:: (1)
, о
a.I о
f-< ..... О с7\ N с-- 1.0
О o:f
u :I: <:<": ("1 с'! с"! N <:<". с')
a.I U or. 00 00 ..о
:I: О N О N О N
(1) :.: 00 1'-- on с')
о '1:1 f- N ("1 с') N N ("1
..... f-< О
;>. u
00: .а О О О О О О О О О О
'" f-<
:I: "' с') с7\ on ...... lrJ О lrJ О О lrJ
с:: 00 r; r; "'? r; "'? r; 00
:;; :I:.....
f-< ..... О о 6 о о о 6 о 6 о
u о :.:
'" lrJ on О о о о о 1.0 lrJ
:r: с:: r-- 1.0 on '<t 1'-- 00 lrJ 00 1.0 1'--
"1 ос:- 00 N f'!. "1 о lrJ
'" :i ...... о 00 r--:
:I: 00: ::;; ...... ("1 r; 00
:: ::; ::; :
(1) ("1 q "t q N 00 q C'J. "1 "l
u ..,;
00 lrJ 00 00 lrJ lrJ ("1 lrJ
dJ lrJ
O lrJ N
(1) ;.( 0'1 о\' ......
t:::t :Q . .
:;; :I: . ci 00 C'J.
'1:1 :I: "l ...... , "l , I q О.
00: ,:: ::s;: 00 0'1 ...... 00 00 lrJ
(1) ci . .
"l
u 00 00
(1)
::; ::;
::; ::
:.:' Е:
(1) 00: ("1 о о lrJ
:: ;.( о. ..о r-- о\' lrJ ..,f о\'
00: :I: ::
g. :.: lrJ . . . о r-: "l о
f-< I.O <:<". "l с') "l
8. ..о or) . ("1 о\'
(1) "l lrJ 00 . . ("1 '<t
::; lrJ .
о ci q ..о lrJ . .
'" :.: '<t N ..... <п.
:: lrJ lrJ 00 00
("1
N N N 1.0 ..... О 00 11')
..: ..... '<t с') on '<t S ("1 lrJ 8 '<t
'" :.: . О О О О О ("1
u а . q q о 1.0 q q .
U :I: 8
'" о N ("1 о с5 '<t 1.0 8 .r;
g (1) N ...... ("1 N N N '<t '<t
м О О О О О О О N
О О о о о с5 о о о
6 :;; '" '"
IJ ..Q o:s ::r м
:: ;.( :: >.
:I: :I: :: о '1:1 о..
'" (1) .а (1) u U (1) >.
'1:1 а :Е ::; (1) о u :r :I: :.:
о :r '1:1 о.. :: (1) (1)
:.: t:: о t:: ::т r::;
i
65
здесь d диаметр ячейки, мм; 8 вместимость одной ячейки (коли
чество зерен в одной ячейке 8 = 1); f коэффициент использования
ячеистой поверхности ( в предварительных расчетах можно при
нять f == 0,5 для триеров, отделяющих длинные зерновые примеси;
€ == О, 1 для триеров, отделяющих короткие зерновые примеси и
битое зерно),
rде q удельная наrрузка на 1 м 2 триерной поверхности, кr/(м 2 .ч);
(q == 125...185 кr/ч для тихоходных триеров; q == 400...1100 кr/ч
для быстроходных триеров)
Культура
Удельная наrpузка триеров, кr/(м 2 .ч)
f==G/Q2,
(1.80)
Пшеница
Рожь
Ячмень
Овес
Рис
rречиха
Лен
Клевер, люцерна
Тимофеевка
630...1100
630...1100
510...580
380...430
200...210
170
110
80
50
[де q2 расчетная производительность, т. е. максимальная масса
зерна, которая может быть выбрана ячейками при условии их за
полнения,
Q2 ==L.k'V т 'Д2, (1.81)
[де L длина цилиндра, м; k количество ячеек на м 2 триерной
поверхности; V m окружная скорость цилиндра, м/с (V m = (J).R); Д 2
средняя масса зерна, выбираемоrо одной ячейкой, Kf (табл. 1.8).
Диаметр триерноrо цилиндра ориентировочно определяется
из соотношения:
для тихоходных триеров
D == Ц4,
дЛЯ быстроходных триеров
D == L/I,25 3,75 .
Расчетная уrловая частота вращения W, c. j ,
для тихоходных триеров
(1.83)
Сопоставьте расчетную рабочую площадь поверхности Fp с
полученной по формуле теоретической площадью поверхности F т
F m =7rDL. (1.87)
При существенном расхождении Fp и Fm подберите новое
уточненное значение удельной наrрузки на 1 м 2 триерной поверх
ности q.
По полученным значениям рабочей поверхности окончатель
но выберите диаметр и длину триерноrо цилиндра (табл. 1.9).
(1.82)
Кт 7r
Шт == .JR '
для быстроходных триеров
Кб 7r
ш =
о .JR'
rде К показатель кинематическоrо режима триера (Кт = 0,15...0,30
для тихоходных триеров; Кб == 0,50...0,75 для быстроходных
триеров).
Расчетная рабочая площадь поверхности триера Fp, м 2 , опре
деляется по формуле
(1.84)
Таблица 1.9
Размеры триерных цилиндров
(1.85)
Длина
цилиндра,
мм
750
1500
2250
536
400
Площадь
0,942
1,884
2,826
4,240
5,652
5,652
7
Fp =G/q,
(1.86)
От длины триерноrо цилиндра зависит продолжительность
пребывания зерна в нем, а следовательно, качество разделения. По
66
67
К.' }
3 еР,,1I ,
0.6 /1.,,11/(11.
0.3
К.' ]
0.' ЗерНD
,,0
0.6 пtl'e"J.
О." ности
0.3
сле уточнения длины и диаметра триерноrо цилиндра про верьте
выполнение соотношения
!:... = 1,6 4,5. (1.88)
D
Для мелких семян выбирается большее соотношение.
Потребная мощность N, кВт, привода триера
N=2.10---4 G jrynp' (1.89)
rде С производительность триера, кr/ч; Т]пр кпд привода триера
(Т]пр = 0,8...0,9).
Расчет шнека триера. Радиус шнека для обеспечения необ
ходимоrо уrла ската зерна по рабочей стенке желоба во время рабо
ты:
rде R радиус триерноrо цилиндра, м; ер уrол трения зерна по Ma
териалу желоба,
ер= arctgf, (1.92)
здесь f коэффициент трения (табл. 1.8); а о центральный уrол yc
тановки желоба над rоризонтальным диаметром (РИС. 1.15).
Дальность полета зерна по rоризонтали
m 2 R 2
2a=:. siп 2а.
g
Высота полета зерна по вертикали равна
OJ2R2 m 2 R 2
Ь 2 .2 р
=:. cos a=:. sт ,
2g 2g
[де fJ =:. 90 а уrол сбрасывания зерна; а уrол подъема зерна
ячейкой над rоризонтальным диаметром,
а =:. ер + arcsiп (К cos ер), (1.95)
[де ер уrол eCTeCTBeHHoro откоса зерна в движении, rрад (табл.
1.8); К показатель кинематическоrо режима триера (Кт =
0,15...0,30 для тихоходных триеров; Кб == 0,50...0,75 для быстро
ходных триеров).
для концентрично расположенноrо шнека
rc.R siп (ep ao),
для эксцентрично расположенноrо шнека
r с. R siп( ер а о ) е сонр,
68
d щ = 4 С , (1.96)
60 те п S р ер vr
[де с' = С для овсюжных
триеров; с' =:. 0,15 С дЛЯ KY
кольных триеров; S шаr
шнека, м (обычно S = dl/l ); II
частота вращения шнека,
об/мин; р насыпная плот
ность зерна, Kr/M 3 (табл. 1.8);
ер коэффициент наполнения
(ер = 0,25); lfI коэффициент
скорости (1fI=:. 0,6).
Радиус r, мм, закруrле
ния дна желоба
d Ul
r= +( 5...8). (1.97)
2
Наибольшая толщина у, м, слоя зерновоrо cerMeHTa
2 С
r=R R 2
m,vJ'p
l дe V] скорость oceBoro движения зерна, м/с (ориентировочно
l'j == 0,044...0,065 м/с для тихоходных триеров с наклонной осью;
\'} == 0,027...0,038 м/с для быстроходных триеров с rорюонтальной
осью); р насыпная плотность зерна, Kr/M 3 (табл. 1.8).
(1.90)
,0 20 ЗА
1,0 50 60 'Р.
(1.91)
Рис, 1.15. Зависимость уrлов а от ер
при различных К: а" уrол выпадения
зерна из ячеек; а с 2 предельный уrол
скольжения частиц; а от . предельный
уrол отрыва
(1.93)
(1.94)
Диаметр шнека d ll " м.
желоба определяется из фор
мулы
S=d ш =36 {jc'jn ,
(1.98)
Порядок офор. tленuя отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
ВИИ с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
69
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
триеров, основы теории разделения по размерам зерен, устройство
и принцип работы цилиндрическоrо триера одинарноrо действия;
расчетную часть, в которой приводится расчет цилиндриче
cKoro триера по предлаrаемому варианту (табл. 1.1 О);
rрафическую часть, в которой дается чертеж триера и
спецификация к нему.
Таблица 1.10
Варианты индивидуальных заданий
Контрольные вопросы
Номер Наимено Вид Произ Вид Coдep
вари вание зер примесей води триера жание
анта новой тель при
культуры ность месей
С, кr/ч а,%
1 Пшеница Короткие 400 Тихоходный 12,5
2 Рожь Тоже 320 Тоже 11,6
3 Ячмень " 380 " 9,8
4 Овес Длинные 340 " 13,6
5 rречиха Короткие 160 " 12,2
6 Просо Тоже 70 " 10,7
7 Рис " 160 " 9,7
8 Чечевица " 290 " 12,8
9 Кукуруза " 310 " 11,4
10 Пшеница Длинные 250 Быстроходный 10,5
11 Рожь Тоже 400 Тоже 9,5
12 Ячмень " 320 " 12,5
13 Чечевица " 370 " 8,7
14 rречиха " 140 " 14,1
15 ОВес " 80 " 11,0
16 Рис " 180 " 13,9
17 Лен " 380 " 13,3
18 Кукуруза " 330 " 12,4
19 Пшеница Короткие 300 Тихоходный 10,1
20 Рожь Тоже 290 Тоже 10,7
21 Ячмень " 300 " 11,4
22 Чечевица " 280 " 13,8
23 rречиха " 120 " 13,6
24 Лен " 100 " 6,9
25 Рис " 130 " 8,7
1. По какому признаку триеры классифицируются на тихо
ходные и быстроходные?
2. В чем состоит отличие овсюжных триеров от кукольных?
3. Чему равно предельное число оборотов триера?
4. Как форма и размеры ячеек на внутренней поверхности
триера влияют на эффективность ero работы?
5. От каких факторов зависит уrол подъема зерна ячейкой
триера?
6. Какие параметры определяют выбор радиуса шнека
триера?
7. Каково устройство и принцип действия ДИСКО80rо триера?
8. Как определяется и что характеризует кинематический по
казатель К работы триера?
9. Какие технолоrии изrотовления ячеек на внутренней по
верхности триеров вы знаете?
70
71
Процесс фуrовки yт
феля делится на три перио
да: образование осадка,
уплотнение и механическая
сушка осадка. Первый пе
риод обычная фильтра
ЦИЯ, причем давление обу
словливается rидравли
ческим напором под дейст
вием центробежных сил.
Во время BToporo пе
риода центрифуrируемая
масса представляет собой
двухфазную систему, при
чем вначале твердые час
тицы имеют минимум TO
чек касания.
В да.пьнейшем про
исходит сближение частиц с уменьшением объема пор массы и BЫ
жимание жидкой фазы из этих пор. На межкристальную жидкость
оказывают даВ:Iение твердые частицы и центробе*ные силы. С Te
чением процесса сжатия осадка число точек касания между части
цами увеличивается. Одновременно давление на жидкость, вызван
ное действием поля центробежных сил, падает вследствие YMeHЬ
шения rидравлическоrо напора по мере удаления межкристальноrо
раствора. Коrда уровень жидкости опускается до дренирующеrо
слоя, начинается третий период.
К началу TpeTbero периода на поверхности кристаллов и в
местах их соприкосновения остается межкристальная патока, yдep
живаемая капиллярными и молекулярными силами. Этот период
характеризуется стеканием патоки по незаполненным порам с по
верхности кристаллов до тех пор, пока силы молекулярноrо сцеп
ления оставшейся пленки патоки на кристаллах уравновешиваются
центробежными силами. Чтобы удалить оставшийся на поверхно
сти кристаллов раствор, их промывают водой и сушат паром (про
белка).
РАЗДЕЛ 2
ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕ РАБОТКИ
ПРОДУКТОВ, СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ
Утфелъ q
..1.. ct р
tb
rЛАВАl. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ
И ПОЛУФАБРИКАТОВ РАЗДЕЛЕНИЕМ
......
.......
..........
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ЦЕнтрифуrи
Теоретическая часть
Кристаллы
. сахара
Патом
Центрифуrированием называется разделение неоднородных
суспензий на фракции в поле центробежных сил. Различают OT
стойное и фильтрационное центрифуrирование.
Отстойное центрифуrирование используется для разделения
плохо фильтрующихся суспензий с малой концентрацией, а также
для классификации суспензий по крупности и удельному весу час
тиц.
Фильтрационное центрифуrирование применяется для разде
ления суспензий, имеющих дисперсионную фазу кристаллической
или зернистой структуры, а также для обезвоживания влажных Ma
териалов, поры которых целиком или частично заполнены жидко
стью.
Утфель представляет собой двухфазную вязкую массу, co
держащую 45...60 % по объему кристаллов сахара и межкристаль
ный раствор.
Процесс фуrовки осуществляется за счет действия цeHTpo
бежной силы на утфель, заrруженный в цилиндрический перфори
рованный ротор центрифуrи, вращающейся с окружной скоростью
50...90 м/с (рис. 2.1). Для лучшеrо отделения межкристальноrо OT
тека и задержания кристаллов сахара внутри ротора центрифуrи
устанавливают подкладочные и фильтрующие сита [5].
Рис. 2.1. Схема работы центрифуrи
72
73
Рис. 2.2. Классификация центрифуr
caxapHoro производства
::;;
:Q :s
IQ 11)
1I):a:
:3 g
0:>-
U
:1: I
o.. g
11):>-
:S;:!1
U ;
I
,II)
iЗа
t:::t
::g :>- u
O
е ;:!1
U ;
:r
расположением вала. Центрифуrи с вертикальным валом, в зависи
мости от расположения опоры вала, MorYT быть подвесные, коrда
опора расположена выше центра тяжести ротора, а ротор укреплен
внизу вала, и центрифуrи, ротор которых расположен на верхнем
конце вала [5].
Подвесная центрифуrа циклическоrо действия (рис. 2.3) co
стоит из ротора, подвешенноrо на валу в верхней опоре, пятискоро
CTHoro асинхронноrо электродвиrателя, механизма среза и вспомо
rательных устройств [5].
Работает центрифуrа следующим образом. При достижении
частоты вращения ротора 23 с. ! открывается шиберная заслонка
утфелераспределителя, и утфель по лотку 19 поступает в ротор цeH
трифуrи. После заrрузки ротора до заданноrо объема датчик 9
заrрузКИ утфеля дает команду на закрытие шиберной заслонки. За
тем электродвиrатель набирает максимальную частоту вращения
150 с'], -при которой происходит фуrовка утфеля, реryлируемая при
помощи реле времени.
По окончании фуrовки включается электромаrнитный кла
пан, и вода поступает в устройство для промывки сахара. OДHOBpe
менно cerperaTop переключается на отвод белой патоки.
После промывки и пропарки сахара происходит переключе
ние электродвиrателя на меньшую скорость, и центрифуrа начинает
тормозиться. При частоте вращения 5 с' ! включается механический
тормоз, и электродвиrатель выключается, а затем переключается на
обратное вращение ротора. При достижении ротором частоты Bpa
щения 7...1 О с'] поднимается запорный конус, и к слою сахара при
помощи пневмоцилиндра подводится нож. По вертикали нож пере
мещается при помощи электродвиrателя. По окончании выrрузки
механизм среза занимает первоначальное положение, запорный KO
нус опускается, сита промываются водой, и начинается следующий
цикл работы.
Одной из характеристик центрифуr является ускорение цeH
тробежноrо поля, создаваемоrо ими. Отношение центробежной си
лы к силе тяжести является фактором разделения:
Ф р = F ц . б / Р = w 2 R I g .
Общая классификация центрифуr может быть дана в зависи
мости от основных характеристик машин (рис. 2.2). В первую оче
редь центрифуrи классифицируются по фактору разделения. В за
висимости от этой характеристики различают нормальные, у KOTO
рых Фр<ЗООО, и сверхцентрифуrи, у которых Фр >3000. По осуще
ствлению рабочеrо процесса центрифуrи разделяются на непре
рывно и периодически действующие.
Ценrpиф)ти нормальные,
филырующие
Циклическоrо дейс1ВИЯ
подвесные
Непрерывноrо дейс1ВИЯ
жающиеся
чес кие
ropизо нтальные
с пульсирующим ВеР1ИКальные
у далеlШем осадка
Саморазrру
АвlОмаш
в сахарной промышленности применяют нормальные и
фильтрующие центрифуrи.
По способу удаления осадка из ротора различают центрифуrи
с ручной, rравитационной, ножевой, пульсирующей, шнековой и
инерционной выrрузкой [5].
По характеру расположения вала, на котором закрепляется
ротор, различают центрифуrи с вертикальным и rоризонтальным
74
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
разделения суспензий; знаКОМСТ80 с классификацией центрифуr, их
75
76
А!.
,А.А
1
18 19 20 riI
. / !:
. I
I
L+ i
r .
.....
'"
(7.50
..
9
Рис. 2.3. Окончание:
1 устройство для промывки; 2 механизм среза; 3 электродвиrатель;
4 тормоз; 5 подвесная rоловка; 6 ПУЛЬТ управления; 7 вал; 8 пневмо
цилиндр; 9 датчик заrрузки; 1 О распределительный диск; 11 кожух;
12 ротор; 13 станина; 14 запорный конус; 15 труба дЛя подвода воды;
16 патрубок для отвода образовавшихся паров; 1 7 труба для подвода
пара; 18 cerperaTop; 19 лоток; 20 пневмоцилиндр заслонки лотка
w
I
I
J
конструкциями и принципом работы; выполнение расчета центри
фуrи.
3 а Д а н и е: выполнить расчет центрифуrи, если заданы:
диаметр центрифуrи D, м; высота цилиндрической части центрифу
rи Н, м; частота вращения 11, мин,!; масса утфеля G y , Kr; состав yт
феля: Б) массовая доля сухих веществ в утфеле, %; Дб\ доброка
чественность; Ру == J 450 Kr/M 3 плотность утфеля; характеристика
Рис. 2.3. Подвесная центрифуrа
77
Продолжительность отделения зеленой патоки '[], с,
5] [ 5] т( D 5] ) ]
'[] = +
k n a]w 2 (50 + 5] )V D '
rде а 1 коэффициент, зависящий от диаметра центрифуrи (для
D = 1,2 м а == 0,054 и для D = 1,0 м а = 0,046); т коэффициент
пористости слоя утфеля (т = 0,256); w = 7и1l30 частота вращения
.]
ротора, с .
Расчетная кинематическая вязкость V p , м 2 /с,
V p =(v]+ 2V 2)/3'
rде V]= 4,4. 10.7 м 2 /с кинематическая вязкость воды; V2= L,47x
х 10-4 м 2 /с кинематическая вязкость белой патоки.
Коэффициент фильтрации белой патоки через сахар k б , м.с,
2
k б =5]d /V P '
зеленой патоки: массовая доля сухих веществ в белой патоке Б %.
п, ,
Дб l1 доброкачественность; вязкость J.1 = 0,1893 Па.с; плотность зе
леной патоки р" = 1 3 72,5 Kr/M 3 ; характеристика белой патоки: Б б
массовая доля сухих веществ в белой патоке, %; Дб" доброкачест
венность белой патоки; кинематическая вязкость белой патоки
v = 1,47.10-4 м/с; плотность белой патоки Рб,,==1392 Kr/M 3 ; темпера
тура утфеля и патоки t = 60 ОС; эффективный диаметр кристаллов
сахара d = 4- J 0'-\ м; диаметр заrрузочноrо отверстия d з , м; н; BЫ
сота конической части центрифуrи, м.
Толщина слоя уплотненноrо утфеля 5], м,
? С]
5] =R R .
тер у Н
о
Кинематическая вязкость патоки V, M /C,
V==J.1n/pn.
Коэффициент фильтрации патоки через сахар k", м,с,
2
k n = 0,12d /v.
Методика расчета
Начальная толщина слоя утфеля в центрифуrе 5,,, м,
C\'
50 =R R , (2.1)
тер .\' Н
rде R == D / 2 радиус барабана центрифуrи, м.
Объемная доля патоки в утфеле а, %,
a= 1+с])( 1О0 Бу )+Б v ( 1 0,О1Дбv )] Р у , (2.2)
" " Р п
[де с j коэффициент растворимости сахара в патоке при данной ее
доброкачественности и температуре
325 + 0,04,2
С] = (2.3)
Дбу + 63,5 .
Количество патоки, вытекающей в период уплотнения утфеля
в центрифуr'е х, %,
а 25,6
х = 0,744 (2.4)
Содержание сахара, остающеrося в центрифуrе, на единицу
объема патоки, вытекающей в период уплотнения V, %,
V = 100 х (2.5)
х
Масса уплотненноrо утфеля в центрифуrе C j , Kr,
С] == с,( J l O ) (2.6)
Коэффициент е
105
е = ( ) 1,
1О0 Бб Рб.n
rде Ри" плотность белой патоки (Рu.п ==1392 Kr/M\
Конечная толщина утфеля 5], м,
5] == q ,
ТСН ( D 25] )т
rде q == Св / Рв объем подаваемой в центрифуrу воды, м 3 .
Оптимальная продолжительность подачи воды '[ , С,
78
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(2.1 О)
(2.11 )
(2.12)
(2.13)
(2.14)
79
I т( DS 2 S i )( 1 + 0,58 )
"
о k Б DаOJ 2
Время для отвода белой патоки после окончания воды "2, с,
(2. ] 5)
для саморазrружающейся центрифуrи (цилиндро
конический барабан), м З ,
V = ( D 2 dJ )Н +( D 2 +Ddз 2di )Н]], (2.23)
12
rде Н; высота конической части, м.
Расчетная производительность центрифуrи А, Kr/c,
1440 Vept;p у
А = ' (2.24)
(1 X)("}+T2)
rде ер коэффициент заполнения центрифуrи
ер = V o / V , (2.25)
здесь V o общий объем центрифуrи, м 3 (для цилиндрической цeH
трифуrи V o = 7r.D 2 Н/4, дЛЯ цилиндроконической центрифуrи
2 '
V o = пп Н/4 + ппн /12); Е отношение фактическоrо числа
оборо'ив центрифуrи к номинальному (Е = 0,89).
Мощность, затрачиваемая для разrона центрифуrи N.j, кВт,
G R2OJ2
N ц (2.26)
4 2000'''0 '
rде С ц масса центрифуrи, Kr; R радиус центрифуrи, м; OJ часто
Ф .1
та вращения центр и уrи, с ; "о продолжительность разrона цeH
трифуrи, с (То = 50 с).
Мощность, затрачиваемая для разrона утфельноrо кольца в
центрифуrе N), кВт,
"2 = т( DS} S} )( 1 + 0,58 ) (2.16)
k Б DаOJ 2
Продолжительность пробелки "2, с,
Т 2 = ,, + " 2 (2.17)
Минимальный расход пара на пропарку сахара при HarpeBe
ero от (/ = 60 ОС дО (2 = 90 Ос, м 3 за один цикл,
qo =п( D S} )HS} [ т + PeC (t2. (} У ] , (2.]8)
(1} 12)
rде Ре== 1115 Kr/M 3 плотность сахара; С е == 1,48 кДж!(кr.К) удель
ная теплоемкость сахара; i/ == 2760 кДж!кr удельная энтальпия па
ра, подаваемоrо в центрифуry; i/ == 2580 кДж/кr энтальпия пара,
выходящеrо из центрифуrи.
Коэффициент фильтрации пара k пop , м'с,
S} . d 2
k пap = (2.19)
v пap
rде V пар = 0,216.104 м 2 /с кинематическая вязкость пара.
Расход пара через слой сахара в центрифуrе С пор , м 3 /с,
2 2
kпapOJ D
С пар = ( D S} )Нп. (2.20)
4gS}
Продолжительность пропарки Т/, с,
,,} =qo /С пар . (2.21)
Полный объем, возможный к заrрузке утфелем:
для обычной центрифуrи (цилиндрический барабан), м 3 ,
п( D 2 d2 )Н
V == 3 (2.22)
4
rде d J диаметр заrрузочноrо отверстия, м (d з == 0,8 м);
С у ( R 2 + r 2 )OJ2
N v == '. (2.27)
. 4000т} . тf
rде G у == V ' Р)' масса утфеля в центрифуrе, Kr; r внутренний pa
диус утфельноrо кольца, м,
r = R S о ' (2.28)
здесь Т] продолжительность разrона утфеля, с (Т] ==40 с); тf =0,8
коэффициент, учитывающий rидравлические и прочие сопротивле
ния при перемещении утфеля и патоки в барабане.
Мощность, затрачиваемая на трение центрифуrи о воздух N,;
кВт,
80
81
N f == 1,36 . f3 . н . D 4 .113, (2.29)
[де f3 == 1,32.10.9 эмпирический коэффициент.
Мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках N r , кВт,
f'(G c )g.v
N r == ЦlOО; (2.30)
[де f':::: 0,03 коэффициент трения, зависящий от конструкции
подшипника; С ц :::: 380 к! масса центрифуrи; v окружная скорость
на поверхности шейки вала в подшипнике, м/с,
v==лd'11/60, (2.31)
здесь d' диаметр шейки вала, м (d' == 0,1 м).
В период разrонки и заrрузки центрифуrи мощность опреде
ляется как сумма мощностей N j , кВт,
расчетную часть, в которой приводится расчет центрифуrи
по предлаrаемому варианту (табл. 2.1), описание конструкции и
принципа действия центрифуrи, марка которой указана в индивиду
альном задании;
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
центрифуrи и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. Что называется процессом центрифуrирования?
2. Какие виды центрифуrирования вы знаете? Охарактери
зуйте их.
3. В чем заключается сущность основных стадий процесс а
фуrовки утфеля?
4. Какова классификация центрифуr caxapHoro производ
N] =N ц +N y +N f +Nr. (2.32)
Мощность в средний период работы N/f, кВт,
1 2
N{/ == N\ + N t + Nr' (2.33)
4. . 3
Мощность в конечный период работы N ш , кВт,
3
NJJI == N t +SN r . (2.34)
Средняя величина мощности на центрифуrу с учетом дли
тельности периодов, кВт,
ства?
N ==О,2ЗN j +O,44N JI +О,З3N JJI . (2.35)
5. Каково устройство и принцип действия центрифуrи, YKa
занной в варианте?
6. Как производится пуск центрифуrи?
7. Каково функциональное назначение подвесных rоловок
центрифуr?
8. Что такое фактор разделения?
9. Что такое утфель?
10. Что называется пробел кой?
11. Чем отличается зеленая патока от белой?
12. Из каких составляющих складывается мощность привода
центрифуrи?
Порядок офор.l1.1еиuя отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой приводятся теоретические
основы процесса фуrовки утфеля, краткая характеристика ero oc
новных стадий и классификация центрифуr;
82
83
84
N
ro
::!"
:>:
::;
\о
ro
f---
):>:
:>:
:r:
ro
ro
м
А
:r:
..Q
>.
\::1:
:>:
Q:I
:>:
\::1:
:r:
:>:
А
f--
:r:
ro
:>:
а...
ro
о:)
N -&(;)
::;: , 1.0
'-- t:::; 1'-- ..а r-- о r-- Q'\
о:: ("", а ) о ("", О
:.:: on , са N N ,J О
:;:: -.о с5'
D.. N -.о 'r-- r-- о
'" D.. t"": u ("", ("",
f-< , ("1 I
:I: :r: u :.:: (,) t:: (,) ::: :J
(1) t:: :.:: са
Э c3 е
о
N, ("" 't Ir "l "!- """, 't ("", ("" N. N, """,
r.6 0 r-- r-- r-- r-- r-- 1'-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r--
r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r--
о: '--
<=: :.:: ::::> ::::> о о о ::::> с о о ::::> о
(1) . о с5' 1.0 r-- :х; 0\ 0'1 00 r::: 1.0 Ir, r::: ::о 0\ 00
-& , . х r--
f-< CJ '<t ("", ("", ("", ("", ("", ("1 ("", ("", ("", ("", ("", ("1 ("", ("1 ("1 r')
>-.
'"
:.::
::;: '.D 't
f-< ;>., ""l '<t """, ("1 N, "l tr, 1.0 r--, r-: '.D "!- "l lrJ
U \Q N N N N N N N N N N N N N N N N N
::;: t::1
D.. 0\ 0\ Q'\ 0\ Q'\ Q'\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0'1
(1)
f-<
:.::
'" &- о N 00 r-: о <"! '<t '<t ("1 0\
D.. N N N N N N 0\
о:: N N N N N N
>< 0\ 0\ 0'1 0\ 0'1 Q'\ 0\ 0'1 0\ 0\ Q'\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 00
О 00 "!- 't 't "!- "!- 00 ::о N ("1 ("1 N
'-- N N N N N
с:5 :.:: N N N N
......
, 00 0\ r-- 1.0 r--
::r::..... :;; , , , , , , , , I , , , ("1 ("", ("1 ("1 ("":
о с с о о
:;; q О, О, О, о:- 0\, О О,
:;; '<t '<1" '<t '<t '<1" '<t '<t '<1" '<t ("", ("". ("": ..,f '<t '<t '<t ..,f
::::> о о :=? о о о
о о о о о о о о
:I: О ::::> о lrJ О С О ("",
::;: on О О ::; lrJ lrJ v) О О О ::о '.D on r-- 0\ О
0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\ 0\
:;;
0\ 00 lrJ 00 r-- 00 00 0\ ::о r-- '.D r-- 00 r-- ос 0\ 0'1
:;; '<t '<1" r-- '<t """. '<t """, '<t '<t '<t '<t '<t '<t '<t '<t '<t '<t
О О о о о о о о о о с о о о о о о
о о lrJ О lrJ О О О О О О О О О О О
Q :;; N, О. 0\ 0\ О, ...... N, с5' 0\ 0\ О. О, о.
о . о . . , о о о' ,
о::
D.. f-<
(1) :I: О N ("". '<t lrJ '.D r--
:;; '" N ("", '<t lrJ 1.0 r-- 00 0\
О ::;: '
:r: D.. I
о::
'1:1
N
::;
\о
f--
Q)
:>:
:r:
ro
:r
:r:
о
:.:
О
N
::;: о r') ,
'-- 1.0 О r:::; r--
о:: >-. 00 '<1"
-& I I on
:.:: :::G 0'1 '.D
D.. ::;: '<t 0'1 N 1.0
'" D..
, «) , ("1
f-< t::
:I: :J :r: u
(1) t::
:r: е
о о ос 00 00
;,q r-- r-- r-- '.D '.D ..о lJ:5
r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r--
о: с....
<=: :.:. о о о о v) lrJ lrJ
.... ;..-. о о N ("1 о 0'1
""'" '<t '<t '<t '<t '<t '<t '<t ("",
f-< CJ
>-.
'"
:.::
::;:
f-< &' '<t ("" N ("1 N ("1 lrJ
u N N N N N
::;: N N N
D.. . 0\ 0'1 0'1 0\ 0'1 0\ 0\ 0'1
(1)
!;;
о:: о:- r-- r--, "l """. ("", N -.о
D.. oi 0\ 0\ 0\
'" 0\ 0'1 0'1 0\
>< ::о 00 00 00 00 00 00 00
о о 00 r-: r-: 00.
с.... N N N
с:5 :.:: ...... ......
......
, 00 о 00 о 00 r-- 1.0
::t;..... :;; ("", '<t ("1 '<t '<t ("1 ("1 ("1
о с о о о о о о
:;; о о:- 00 0\ о:- О
:;; '<t '<t ("1 ("1 ("", ("1 ("", ..,f
О О О О О О О О
:I: '.D 0\ N '<t 00 О
::;: с о о о о о 00 0\
:;; 0'1 0\
00 r-- 0\ о 00 1.0 r-- 00
:;; '<t '<t '<t lrJ '<t '<t '<t '<t
О О о о о о о о
о о о о о о о о
Q :;; N. N, N, о, О. о.
, ,
......
'"
D.. r-
(1) :I:
:;; о:: 00 \9: о N ("1 '<t lrJ
О ::;: N N N N N N
:r: о..
'"
'1:1
85
I ШН:)J';I:)l[( ОJонdОКШЕ
РПР К!! 2. РАСЧЕТ СЕПАРАТОРА
i OJ 8'I10
aJ';l :)и мчи J
Теоретнческая часть ШН:)J';I:)l[( ОJонdОКШЕ
в ОJОНЖН ОU W:)ИН
:)ЖОI{ои:>t? wинжин J
IQ
Сепараторы Moryт быть классифицированы по следующим t I ШН:)J';I:)I{( ОJонdОКШЕ
1!} ОJОНЖН ОU W
признакам: технолоrическое назначение; конструкция барабана; \о :.: :}ЖОI{ои мrnx:}& J
способ выrрузки осадка (шлама); принцип и характер выrрузки 2 c.g
осадка; конструкция устройства для выrрузки осадка; способ под t!:J' :)IЧНН1Ш1Ш)I
вода исходной rетероrенной системы и отвода продуктов сепариро ШН:)J';I:)l[( OJOHdO
I ОJ&у:ЖИ8'I10U w;жн
вания; область применения (отрасль промышленности); вид приво ;>. :)И: :)и мчнчrnmU'e J
да сепаратора (рис. 2.4). g ШН:)J';I:)l[( ОJонdОКШЕ
i ОJОНЖНfОU W:ЖН
ПО технолоrическому назначению сепараторы делятся на три e ЖОI{ОU:)П wннжин J
'1:1
основных класса: ШН:)J';I I{( ОJонdокшt о
Q:I о..
1) сепараторы разделители для разделения смеси жидкостей, О . ОJОНЖИ ОU W о
:)ЖОl[оu:>t? WИНX:)& J 1;;
не растворимых одна в друrой, и для концентрирования суспензий о..
и эмульсий; :)IЧНН1Ш1?IC)I t::
Q)
u
2) сепараторы осветлители для выделения твердых частиц из о::
::
жидкости; :Q ::r
со :.:
3) комбинированные сепараторы для выполнения двух или I =:
Ei: -е-
более операций переработки жидкой смеси. =:
:.: u
u
Комбинированные сепараторы называют универсальными, v c.g
U ШН:)W:)I{( ОJонdО\IШЕ <::
что подчеркивает их MHorocTopoHHee назначение. К ним относят t!:r ОJ&у: жиmtоu W ИНf! :::z:::
;}J';I :)и мчнчnиU'e J "'1:
сепараторы, в которых процесс разделения совмещается с каким ШН:)W:)l[( ОJонdО\IШЕ N
либо друrим процессом. Так, известны сепараторы экстракторы, . ОJОНЖН Оll W ИН u
;>. ::
:)ЖOIrou:>п vmнжин J а...
сепараторы реакторы .
К классу сепараторов осветлителей можно отнести сепарато g ШН:)J';I ШС ОJонdОШПЕ
e ОJОНЖИ ОU W
ры кларификаторы для дальнейшеrо дисперrирования (roMore ;}ЖОI{ОU::>П WИНX:)& J
низации) дисперсной фазы эмульсий и ИХ очистки от примесей (их IЧНН1ШIШ)l
относят К комбинированным) и сепараторы для удаления из жидко I
Jaomnrn
стной системы микроорrанизмов, скапливаемых в шламовом про aodOlO IrnН Ш И:>О)l
XlЧННОI!)I XI? 0)1 Пl{
странстве вместе с друrими механическими примесями [45]. == CI) 'ИМШIlО:>:) IЧ&ОICUОJ
r::
По конструкции сепараторы разделяют на тарельчатые и Ka (CdOlod ииd иd:)u r
мерные. Ротор тарельчатых сепараторов укомплектован пакетом имЧJDI:) О ои:>с
'иJ';lСICUО:):> :)IЧ&ОICU<>J
конических вставок (тарелок), которые делят поток обрабатывае
мой жидкости на параллельно тонкие слои; ротор камерных сепа о.. Е--< :.:
раторов имеет реберную вставку (при одной камере) или комплект :r c.g
:r
86 х7
концентричных цилиндрических вставок, разделяющих ero объем
на кольцевые камеры, по которым обрабатываемая жидкость про
текает последовательно.
Тарельчатые сепараторы, независимо от отрасли их примене
ния и назначения, можно подразделить на два основных типа. Пер
вый тип сепараторов имеет тарелки, обеспечивающие подачу жид
кости в межтарелочные пространства через отверстия, имеющиеся
в самих тарелках. Такие сепараторы часто называют сепараторами с
центральной подачей жидкости на тарелки. К этому типу относятся
и сепараторы, в которых жидкость на вершину тарелок поступает
из прорезей в тарелкодержателях. Второй тип сепараторов xapaKTe
ризуется тем, что жидкость в межтарелочные пространства посту
пает с периферии и движется к центру барабана. Тарелки в этих ce
параторах в большинстве своем отверстий не имеют [36].
По способу подвода исходной rетероrенной системы и отвода
продуктов сепарирования различают сепараторы трех типов: OT
крытые, полузакрытые и rерметические.
В открытых сепараторах подача в ротор жидкой смеси и OT
вод полученных жидких фракций осуществляются открытым пото
ком. Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха.
В полузакрытых сепараторах жидкость подается в ротор OT
крытым или закрытым потоком, а отвод одной или обеих жидких
фракций происходит под давлением по закрытым трубопроводам.
Процесс сепарирования не изолирован от доступа воздуха. Роторы
полузакрытоrо типа отличаются от роторов OTKpbIToro типа нали
чием устройства для вывода продуктов сепарирования под давлени
ем.
В rерметических сепараторах подача в ротор исходной жид
кости и отвод жидких фракций происходят под давлением по за
крытым трубопроводам, rерметически соединенным с выпускными
патрубками, процесс сепарирования в них изолирован от доступа
воздуха. Роторы rерметических сепараторов отличаются от роторов
открытых и полузакрытых сепараторов конструкцией подводящих
и отводящих устройств.
По виду привода сепараторы подразделяют на три rруппы: с
ручным, комбинированным и электромеханическим приводом.
Основные элементы сепараторов: барабан, приводной Mexa
низм, станина, коммуникация для подвода и отвода продуктов ce
парирования. Рабочим opraHoM сепаратора, в котором происходит
процесс разделения, является барабан (рис. 2.5).
Принцип действия сепаратора разделителя (рис. 2.5, а) заклю
чается в следующем. Исходная rетероrенная система по централь
ной трубке поступает в тарелкодержатель, откуда по каналам, обра
зованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх и растекается
между тарелками. Под действием центробежной силы леrкая фрак
ция оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По
этой поверхности леrкая фракция движется к центру барабана, дa
лее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем подни
мается вверх барабана и отводится из сепаратора [36].
а
б
Рис. 2.5. Схема процесса разделения (а) и осветления (б) в барабанах Ta
рельчаТblХ сепараторов:
f----« исходный продукт; f----< леrкая фракция; 0000 осадок;
f---- тяжелая фракция; f----O частицы, образующие осадок
Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве опесняется
к нижней поверхности тарелки, фракция движется по этой поверх
ности к периферии тарелки, и далее по зазору между разделитель
ной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана и
отводится из сепаратора.
88
89
Сущность процесса осветления (рис. 2.5, б) заключается в
следующем. Продукт, подверrаемый очистке, по центральной труб
ке поступает в тарелкодержатель, из KOToporo направляется в шла
мовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой.
Жидкая фаза поступает в межтарелочные пространства. По межта
релочным зазорам она поднимается вверх и через прорезь выходит
из барабана.
Саморазrружающиеся сепараторы разделяются на две OCHOB
ные rруппы: с непрерывным и пульсирующим отводом осадка. В
сепараторах с непрерывным отводом осадка последний удаляется
вместе с частью жидкой фазы через сопла в виде концентрирован
ной тяжелой фракции.
В сепараторах с пульсирующим отводом осадка последний
выбрасывается из барабана при перемещении Подвижноrо элемен
та, открывающеrо разrрузочные щели на периферии барабана.
При полной разrрузке периодически прекращается поступле
ние продукта на сепарирование, разrрузочные щели барабана OT
крываются, и все ero содержимое, то есть выделенный осадок и
жидкая фаза, выбрасывается в приемник.
Основные конструктивные факторы, которые оказывают cy
щественное влияние на эффективность процесса сепарирования:
частота вращения барабана, размеры барабана и тарелок, расстоя
ния между тарелками.
Сепаратор сливкоотделитель (рис. 2.6) состоит из станины 17
с приводным механизмом, приемно отводящеrо устройства 12, rид
роузла, чаши станины с приемником осадка 7 и rлушителя, а также
из пульта управления [36].
Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке при
емно отводящеrо устройства во вращающееся сепарирующее YCT
ройство. В это время поршень сепарирующеrо устройства закрыт. В
полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора про
исходит незначительное ее вытекание из сепарирующеrо устройст
ва и патрубка станины при подпитке. Для rерметизации системы
поршень поджимается к про кладке силой rидростатическоrо давле
ния. Молоко пода.ется в сепарирующее устройство, проходит через
отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, pac
пределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки,
90
Рис. 2.6. Сепара
тор сливкоотдели
тель с пульсир
щей выrрузкой
осадка:
1 пробка спуска
масла; 2 указа
тель уровня масла;
3 rоризонталь
ный вал; 4 Taxo
метр; 5 пробка
залива масла; 6
трубка подвода
воды в сепари
р щее устройст
во; 7 приемник
осадка; 8 зажим;
9 rайка; 10 ce
парирующее YCT
ройство; 11
крышка; 12 при
емно отводящее
устройство; 13, 14
напорные диски;
15 центральная
трубка; 16 шту
цер подвода воды;
17 станина; 18
вертикальный вал
91
отrесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое
к периферии сепарирующеrо устройства. Сливки и обезжиренное
молоко выводятся через камеры напорных дисков.
Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из MO
лока, поступают в периферийный объем сепарирующеrо устройст
ва, rде происходит их накопление и уплотнение. Во избежание по
терь молока применяют только частичную выrрузку осадка при OT
крытии каналов.
Разrрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа.
При одноэтапной разrрузке осадок выrружается без перекрытия
устройства для подачи исходноrо продукта. Однако во избежание
потерь продукта в период раскрытия сепарирующеrо устройства
выrружается не весь осадок, а лишь ero часть. При двухэтапной
разrрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходноrо
продукта и удаляется жидкость из межтарелочноrо пространства, а
затем уже открываются щели для выrрузки, в результате чеrо oca
док выбрасывается из сепарирующеrо устройства в приемник под
действием центробежной силы.
Расчетная часть
rде fЗ поправочный коэффициент, учитывающий разницу между
теоретическим и реальным процессом ({3 = 0,2...0,5); z = (130...150)
шт число тарелок; а уrол наклона образующей конуса тарелки
(а = 45...600 ); d эквивалентный диаметр частицы леrкой фракции
(размер жировых шариков), м; РО и Р плотность сливок и молока,
кr/M' (ро =' 960...1000 Kr/M'; р =' 1000...1030 Kr/M'); J1 динамическая
вязкость продукта, Па.с; РСlU6 =(1,5...5,6).1 о., Па.с; J1пay=1,7'10" Па.с;
J1\fOJ = (0,6...1,3)-1 о" Па.с.
Размер жировых шариков d, мм,
d = ( т / 0,04) + 0,5, (2.37)
[де т массовая доля жира в обезжиренном молоке (т = 0,01 %).
Давление жидкости, выходящей из сепаратора р, Па,
р = (Рпах /50000)( RJ r; ), (2.38)
[ д е Р . плотность обезжи р енноrо молока (пахты), Kr/M' (Рпах =
па:>:
=' 1030 Kr/M'); r,. внутренний радиус кольца жидкости, м
(", =' 0,015 м).
Время непрерывной работы сепаратора между разrрузка
ми r, ч,
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
сепарирования; знакомство с классификацией сепараторов, их KOH
струкциями И принципом работы; выполнение расчета сепаратора.
3 а д а н и е: выполнить расчет сепаратора если заданы:
(J) уrловая скорость вращения барабана, рад/с; R б и R" внешний и
внутренний радиусы тарелок, м; Rr) максимальный диаметр диска,
м; V объем шламовоrо пространства, м 3 ; т б масса барабана, Kr;
с расстояние от BepXHero подшипника до центра тяжести, м; 1
расстояние между верхним и нижним подшипником, м; G масса
вращающихся частей сепаратора с сепарируемой жидкостью, Kr.
т = 0,1 . v , (2.39)
Л.а
[де а объемная концентрация взвешенных частиц в сепарируемом
продукте, % (а = 0,3 %).
Критическая частота вращения вала щ..р, т. е. скорость, при
I
которой происходит разрушение вала , с ,
(J)KP = .J K / I1lб ' (2.40)
l c
[де К сила, вызывающая проrиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с
жестко зацепленным (без амортизатора) верхним радиальным под
шипником;
м.етодиl<.а расчета
Производительность сепаратора Л, м 3 /ч,
Л = ZO....fJ {3 .л. (J)2 . z.tga.( R R;t ).d 2 [( P Ро)/ 4рмолl
(2.36)
к = ЗЕl , (2.41)
c 2 (c+l)
2 2 IJ Н/ 2
rде Е модуль упруrости материала вала, Н/м (Е = .10 м для
4
сталей); 1 момент инерции сечения вертикальноrо вала, м ,
1 = 0,05d: ' (2.42)
93
92
здесь d " диаметр вала, м (d " =о 0,040...0,045 м).
Мощность электродвиrателя сепаратора N, работающеrо в yc
тановившемся режиме, кВт,
N = 1,2 N] + N 2 + N з
1] пр
rде 1]пp КПД привода (1]пр = 0,92...0,95); N J мощность, затрачивае
мая для сообщения выбрасываемой из сепаратора жидкости избы
точноrо давления, кВт,
(2.43)
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
зсновы процесса сепарирования молока, классификация сепарато
ров и краткая характеристика двух стадий процесс а сепарирования;
расчетную часть, в которой при водится расчет сепаратора
по предлаrаемому варианту (табл. 2.2), описание конструкции и
принципа действия сепаратора, указанноrо в индивидуальном зада
нии;
П.р
N] =, (2.44)
1]н.д .]000
здесь р давление жидкости на выходе, Па; р = (2,0...2,5).105 Па;
1]110 КПД напорноrо диска (1]нд "" 0,3); N:2 мощность, необходимая
для преодоления сил трения барабана о воздух, кВт,
N 2 = 1,8. JO 6 . Рв . F . V , (2.45)
здесь Рв плотность воздуха, кr/M' (Рв =01,23 Kr/M'); F общая пло
щадь поверхности трения барабана, м 2 ,
тr(R 2 R2)
F "" б .Н +04. JO з R . z (2.46)
cos а ' О'
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
сепаратора и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
vб=тr.п.RбIЗО, (2.47)
rде N з мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в под
шипниках, кВт,
N з = JO з . J-l. G . g . V ц ' (2.48)
здесь J-l коэффициент трения (J-l =о 0,03 для шарикоподшипников);
V Ij линейная скорость вращения вала, м/с,
1. В каких отраслях пищевой промышленности используются
сепараторы?
2. Какова классификация сепараторов?
3. В чем заключается сущность процесса разделения и OCBeT
ления?
4. Каковы основные конструктивные факторы, влияющие
на эффективность процесса сепарирования?
5. За счет чеrо осуществляется отвод осадка, получаемоrо
в процессе сепарирования?
6. Каково устройство и принцип работы сепаратора?
7. Что такое критическая частота вращения вертикальноrо
вала сепаратора?
8. Каковы конструктивные отличия сепаратора сливкоотде
лителя от сепаратора молокоочистителя?
9. Из каких составляющих складывается мощность привода
сепаратора?
здесь V U окружная скорость барабана, м/с,
V ц = тrпd в 160,
(2.49)
rде d e диаметр вала, м.
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
94
95
96
с'!
N
::r
:s:
r=:
1.0
f--1
о..
о
:t: f-<
o..
0= о..
Q)
u
CJ
........ ::;:
':s:
:s:
:I:
<::(
0=
М
Х
:а
:I:
..Q
;;...
<::(
:s:
'1:1
:s:
<::(
:I:
:s:
:а
f-<
:I:
:s:
о..
0=
се
(..) ::;:
ь
о I
О :s:
:t: u
..Q
:s: о:;
о:; >-,
u t:
,
о.. u
О ..Q
f-< о:;
0= <l)
o..f-<
:s:
t: о:;
<l) Q)
U t:::t
:s:
, u
О ..Q
:t: r=:
о ;;...
о:; t:
u
0....Q
О 5
1;; f-<
о.. :s:
t
t: :s:
l) о
':S:
:)
:.: .
м 00
>-,00
о.. .
'- u
:Е
':s:
Q)
3"
2
>-,
о..
':S:
о
;:;0'
>,00
о.. .
'- u
:а
'1:1
':s:
Q)
3"
2
>-,
о..
-.6
0=0
:t: 1.0
t:::t u
G :s:
о о..
..o
rr. lO
o
:.:1.0
t:::t .
u
O'IooO'O N '<t '<t'<t NN
OOO
1'--ооО'о ОO'lооООО'О N СО
1rJ I.OI.O IrJ I.OI.OI.O
00000000000000000
OO '<tN("1'<t OON MN
MM MMMMMMMM MMMM
00000000000000000
::;:oo
.
I
::. 00 0', О О, 0', 00 1'--, ос 0'1, О N N, N '"'"с
'<t'<t '<t'<t'<t '<t IrJ IrJIrJIrJIrJ
:::.:: ::;:
1rJ 1rJ 1rJ1rJ000000000
r--r--r--r-- r--r--r--oooooooooooooooooo
OOO 000000000000
о .::5......,0000000000 '00
, о о о о о о о о lrJ lrJ V) V', V', lrJ lrJ lrJ lrJ
::;: r-- r-- 13 1.0 1.0 1.0 1.0
ct:: о о о о о о 3 о о о о о о о о о
......, о о о о о о о о о о о о о о
, ос QC r-- r-- 00 r-- 00 ос ,..... О О О 00 0'1
Ct:: ::;: N N N N
о ::5 о о о о о о о о о о о о о о о
8--:
u
gc g
1rJ1rJV)V)V)IrJIrJIrJIrJ I.OI.O 1.O
0..,
Q) :s: 0=
::;:о.. N '<tIrJI.O ооО'° N '<t r--
i .....
с"'!
N
r=:
1.0
f--
CI)
::
:с
:r
:с
о
:.::
О
I
:s:
-е-
:s: '
0= 0..1.0
о..
0= О о:;
:.: Е-- :t: U
o.. I
0= о.. о..
0= О lrJ
t: f-< ......,
Q) r;
u о.. 0..1rJ
О
t: f-< U
(1) :s:
U :<: о..
, с.... О О 0"\ 0'1 00 00 О' С
CJ :t: ...... О О О О О
. с 0'1 0'1 0"\ 00 О N
........ ::;: 1.0 lrJ lrJ lrJ v"l 1.0 1.0
О О о о о о о о
N N ("1 ("1 '<t '<t lrJ lrJ
(..) ::;: ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 r')
о о о о о о о о
,
'" ::;: 1.0 r-- lrJ '<t ("1 ("1 rr.
Е:: 00 00 00 00 00 00 00 00
.
.
I
a . N С'"1. , "l "":. """, r-'l N,
....... ::;: lrJ lrJ lrJ lrJ v") lrJ lrJ
, lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
'" ::;: 00 00 00 00 00 00 00 00
ct:: о о о с о о о о
о о о о о о о о
. v) lrJ v) lrJ lrJ О О О
::;: r-- r-- r-- r-- r-- r-- r-- r--
:::.::' о о о о о о, о с
о о о о о о о о
. 0'1 0'1 1'-- r-- 0'1 0"\ О О
'" ::;: N N,
ct:: О о о о о о о о
8--: о о о о о 8 о с
м N ("1 0'1 00
u 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 lrJ lrJ
о.. :s:
(1)
::;: о.. f-< 00 О' О ...... N ("1 '<t lrJ
О 0= :t: N N N N N N
:r: 0=
97
Измельчение осуществляется под действием внешних сил,
преодолевающих силы взаимноrо сцепления частиц материала. При
дроблении куски твердоrо материала сначала подверrаются объем
ной деформации, а затем разрушаются по ослабленным дефектами
(MaKpo и микротрещинами) сечениям с образованием новых по
верхностей.
Работа, полезно затрачиваемая на дробление, расходуется
на объемную дефор ацию разрушаемых кусков и на образование
новых поверхностей [16].
Полная работа А, Дж, внешних сил при дроблении выразится
уравнением Ребиндера:
РПР Х!! 3. РАСЧЕТ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ
Теоретическая часть
Процессы измельчения (рис. 2.7) условно подразделяют
на дробление (крупное, среДНее и мелкое) и измельчение (тонкое и
сверхтонкое ).
jP /Р
/Р
Р 8
iI
".: ..1,..,
а б в
r
cy 2 v
А=К+ тv+kRДSа, (2.51)
2Е -
rде K энерrия, расходуемая на процессы деформации и образова
ния продуктов износа рабочих opraHoB измельчающей машины,
Дж; СУ Р разрушающее напряжение измельчаемоrо материала,
н/м 2 ; V объем измельчаемоrо материала, м 3 ; Е модуль упруrости
1
измельчаемоrо материала, Н/M ; ту число циклов деформаций час
тиц измельчаемоrо материала; k R энерrия, расходуемая на образо
вание 1 м 2 новой поверхности для данноrо материала, Дж; t1S =
= 5k 5" вновь образованная поверхность (Sk, S" соответственно
общая поверхность материала до и после измельчения), м 2 ; а без
размерный коэффициент, характеризующий процесс образования
новой поверхности,
а = ( S k / S н )Il , (2.52)
здесь 11 показатель степени, зависящий от условий измельчения.
По своему назначению измельчающие машины условно дe
лятся на дробилки крупноrо, среднеrо и мелкоrо дробления и мель
НИЦЫ TOHKoro и cBepxToHKoro измельчения.
По основному способу механическоrо воздействия на MaTe
риал измельчающие машины МОжно разделить на раскалывающие,
раздавливающие, истирающе раздавливающие, ударные, yдapHO
истирающие и коллоидные измельчители.
В зависимости от конструкции различают щековые, KOНYC
Ные, валковые и молотковые дробилки, дезинтеrраторы и дисмем
Рис. 2.7. Способы измельчения материалов:
а раздавливание; б раскалывание; в истирание; r удар
в большинстве случаев эти виды воздействия на материал
используют комбинированно; при этом обычно основное значение
имеет .?дин из них, что обусловлено конструкцией машины, приме
няемои для измеЛl?чения. Так, дробление твердых и хрупких MaTe
риалов про изводят раздавливанием, раскалыванием и ударом, TBep
дых и вязких раздавливанием и истиранием [35].
Результат измельчения характеризуется степенью измельче
ния, равной отношению среднеrо xapaKTepHoro размера D куска
материала до измельчения к среднему характерному размеру d KYC
ка после измельчения:
i = D/d .
98
(2.50)
99
браторы, барабанные, кольцевые (ролико маятниковые), шаровые,
вибрационные и струйные мельницы.
На пищевых предприятиях большое распространение полу
чили молотковые дробилки машины ударноrо действия, исполь
зуемые для получения высокодисперсной смеси измельченных час
тиц (рис. 2.8). Они эффективны при разрушении хрупких материа
лов (сахара песка, соли, зерна и др.) и менее эффективны при из
мельчении влажных продуктов с высоким содержанием жира. В
таких машинах разрушение продукта происходит в результате yдa
ров по нему стальных молотков, у даров частиц продукта о кожух
дробилки и истирания их о штампованное сито, являющееся OCHOB
ной частью корпуса дробилки.
Молотковая дробилка (рис. 2.8) для получения высокодис
персной смеси измельченных частиц устроена следующим образом.
В корпусе 1 смонтированы ротор 1 О с молотками и на одном
валу с ним вентиляторное колесо 4; сменное сито 11 инеподвижная
дека 5. Вентиляторное колесо вращается в камере 3 корпуса дpo
билки. На корпусе расположен приемный бункер 8, а в бункере
задвижка для реryлирования поступающеrо продукта [35].
Для очистки исходноrо продукта от металлопримесей в ла
тунной коробке 6 установлены постоянные маrниты 7. В передней
стенке корпуса предусмотрены щели 13 для добавочной подачи
воздуха в дробилку. Величина этих щелей реrулируется специаль
ной планкой 12. Ротор 10 дробилки приводится во вращение от
электродвиrателя через клиноременную передачу и шкив 2. Нали
чие крышки 9 в корпусе и консольное расположение ротора позво
ляют леrко заменять молотки и сита при износе.
....
@
@)
Рис. 2.8. Молотковая
дробилка:
1 корпус; 2 шкив; 3
камера ДЛЯ вентилятор
Horo колеса; 4 вентиля
торное колесо; 5 непод
вижная дека; 6 коробка
для маrнитов; 7 посто
янные маrниты; 8 при
емный бункер; 9 КрЫll1
ка; 1 О ротор; 11 сито;
12 планка; 13 щель
подачи воздуха
Расчетная часть
.1
500
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
измельчения твердых материалов; знакомство с классификацией
дробилок, их конструкциями и принципом работы; выполнение
расчета молотковой дробилки.
3 а д а н и е: вьшолнить расчет молотковой дробилки, если
заданы: D диаметр ротора дробилки, м; v минимальная окружная
скорость молотков, м/с; конструктивные размеры молотка прямо
уrольной формы с одним отверстием (рис. 2.9): а длина, м; Ь
ширина, м; 8 высота, м; с расстояние от центра тяжести молотка
до оси подвеса, м; 1 расстояние от оси подвеса до конца молотка,
м; 1 1, П Il, ш ш сечения молотка.
101
100
Методика расчета
1, == с + 0,5а. (2.57)
Проверка обеспечения безударной работы молотка
r/ == с .1,. (2.58)
Конструктивное назначение расстояния от оси подвеса MO
лотка до оси ротора (во избежание нарушения устойчивой работы
молотковой дробилки это расстояние должно быть больше расстоя
ния от конца молотка До ero оси подвеса)
10>1, или lо=IJ+(З...6).JO 3.
Радиус наиболее удаленной от оси ротора точки молотка R"
Чтобы на вал и подшипники не передавались импульсы от
молотков, квадрат радиуса инерции молотка rc относительно точки
ero подвеса к диску должен быть равен расстоянию с от центра тя
жести молотка до оси подвеса, умноженному на расстояние 1 от той
же оси подвеса до конца молотка, Т.е.
r 2 = с .1 , (2.53)
с
rде с расстояние от центра тяжести молотка до оси подвеса, м;
1 расстояние от оси подвеса до конца молотка, м.
Для соблюдения этоrо условия координаты точки подвеса
пластинчатоro молотка прямоуrольной формы с одним отверстием
(рис. 2.9) определяем по уравнению
с==( а 2 +ь 2 )/6а, (2.54)
[де а и Ь соответственно длина и ширина молотка, м (рис. 2.9).
м,
111
11
Рис. 2.9. Молоток прямо
уrолъной формы с одним
отверстием
RJ=IO+IJ. (2.59)
]
Частота вращения ротора со, с ,
(j) v / R]. (2.60)
Центробежная сила инерции молотков F, Н,
F = С. II . {j)2 . Rc. (2.61)
[де С. Н = V. H Р.и масса молотка, Kr; V. H объем молотка, м 3 ; Р.\/ =
= 7800 Kr/M 3 плотность стали; Rc = 10 + с радиус окружности
расположения центров тяжести молотков, м.
Диаметр оси подвеса молот ка d, м,
d = 1,36 }j F. Ы[ (J ]и' (2.62)
[де [с; ]" == 108 Па допускаемое напряжение при изrибе.
Толщина ротора Н, 1\1,
Б
а
1
2 2 2
ro =r ц . m +с .
Расстояние от конца молотка до ero оси подвеса, м,
(2.56)
н F (2.63)
d[ (J ]"11
rде [с; ]с.\/ = 8.107 Па допускаемое напряжение при смяТии.
Минимальный размер перемычки между отверстиями под оси
подвеса и наружной кромкой диска 11 m i", м,
h mill 8 'О;S;;Сд ' (2.64)
rде [с; ]сд == 175.106 Па допускаемое напряжение на СДВиr.
Наружный радиус диска R d , м,
R'J = [о + O,5d + h тi ". (2.65)
Диаметр вала в опасном сечении у шкива d o , м,
l
Квадрат радиуса инерции молотка относительно ero центра
тяжести, м 2 ,
2 2 2
r ц . m =( а + Ь )/12. (2.55)
Квадрат радиуса инерции молотка относительно ero оси ПОk
?
веса, M ,
102
103
d o ==0,052 }JN /00 . (2.66)
Производительность молотковой дробилки Q, Kr/c,
Q == к J pn D2 Loo, (2.67)
rде KJ эмпирический коэффициент, который зависит от типа и
размеров ячеек ситовой поверхности, физико механических свойств
сырья (вид, прочность крупность И др.); KJ== (1,3...1,7).10-4 для СИТ
С размером отверстий до 3 мм; KJ == (2,2...5,2).10-4 для чешуйчатых
сит с размером отверстий от 3 до 10 мм (меньшие размеры KJ при
нимают для сит с меньшими размерами отверстий); Рl1 плотность
измельчаемоrо продукта, Kr/M'; L длина ротора дробилки, м; L ==
(0,32...0,64)D.
Мощность электродвиrателя молотковой дробилки N, кВт,
N=KJK2PnD2LOO, (2.68)
rде К 2 == (6,4...10,5) эмпирический коэффициент, учитывающий
степень измельчения продукта (меньшее значение К 2 принимают
при rрубом измельчении, а большее при тонком).
Определим напряжения, возникающие в молотке от цeнтpo
бежной силы. Напряжение при одноосном растяжении, возникаю
щее в сечении 1 1 (см. рис. 2.9), Па,
Расчетные значения напряжений на растяжение, сдвиr и смя
тие сравнивают с предельно допустимыми значениями напряжений
для стали зоrхс.
Порядок оформл.еиuя отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса измельчения и дробления материалов, классифи
кация дробилок;
расчетную часть, в которой дается расчет молотковой дpo
билки по предлаrаемому варианту (табл. 2.3), описание KOHCTPYK
цИИ и принципа действия дробилки, марка которой указана в вари
анте;
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
дробилки и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
Напряжение смятия ас.", Па, возникающее в молотке,
F
а см == 8 d .
(2.72)
1. Какие способы измельчения материалов вы знаете?
2. Какова классификация видов дробления материалов в за
висимости от степени измельчения?
3. Что называется степенью измельчения?
4. Под действием каких сил осуществляется измельчение?
5. На что затрачивается работа, расходуемая на дробление
материала?
6. Как классифицируются измельчающие машины? Какова
краткая характеристика каждоrо типа машины?
7. В каких отраслях пищевой промышленности используются
дробилки?
8. Какие виды напряжений возникают в молотке дробилки
в процессе измельчения?
9. Каково основное условие, устраняющее передачу ударных
импульсов от молотков на вал и подшипники дробилки?
10. Как в молотковых дробилках реrулируется степень из
мельчения материала?
F
CJ н = (Ь d )8 . (2.69)
Допускаемое напряжение при этом определяется по формуле
[а] = бт , (2.70)
п
rде п запас прочности (п == 5 для молотка), б т = 950.106 Па.
Напряжение сдвиrа 7", Па, в сечениях II II и IП ПI (см.
рис. 2.9),
F
7"=
8( а с d )
(2.71)
104
105
РПР Х!! 4. РАСЧЕТ rомоrЕНИЗАТОРА
т а б л и Ц а 2.3
Варианты индивидуальных заданий
Теоретическая часть
Номер D, Ь, а, v, 8, Марка
варианта м м м м/с м дробилки
1 0,031 0,035 0,080 78 0,008 Al KДO
2 0,032 0,035 0,080 78 0,008 [24, с. 89 91]
3 0,033 0,035 0,080 79 0,008
4 0,034 0,035 0,080 79 0,008
5 0,035 0,035 0,081 80 0,008
6 0,035 0,036 0,081 80 0,008
7 0,034 0,036 0,081 81 0,008 ДДК [39, с. 272]
8 0,034 0,036 0,081 81 0,009
9 0,033 0,036 0,081 82 0,009
10 0,033 0,036 0,082 82 0,009
11 0,032 0,036 0,082 83 0,009
12 0,032 0,037 0,082 83 0,009
13 0,031 0,037 0,082 84 0,009 Аl КДП
14 0,031 0,037 0,082 84 0.009 [23, с. 91 92]
15 0,031 0,037 0,083 83 0,009
16 0,032 0,037 0,083 83 0,009
17 0,032 0,037 0,083 82 0,008
18 0,032 0,038 0,083 82 0,008
19 0,033 0,038 0,083 81 0,008 ДДМ
20 0,033 0,038 0,084 81 0,008 [39, с. 268]
21 0,034 0,038 0,084 80 0,008
22 0,034 0,038 0,084 80 0,008
23 0,035 0,039 0,085 79 0,009
24 0,035 0,039 0,085 79 0,009
25 0,036 0,039 0,085 78 0,009
То.НО2енuзацuей называется процесс измельчения жидких и
пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания под боль
шим давлением с высокой скоростью через узкие кольцевые щели.
В результате воздействия на продукт различных rидродинамиче
ских факторов происходит дробление твердых частиц продуктов и
их интенсивная механическая обработка [3]. rомоrенизация не
только изменяет дисперсность белковых компонентов продукта, но
и влияет на физико химические свойства продукта (плотность, вяз
кость И др.) [37].
rомоrенизаторы подразделяются на клапанные, дисковые или
центро ежные и ультразвуковые. Основным фактором, опреде
ляющим конструкцию rомоrенизаторов, является количество плун
жеров. По этому признаку выпускаемые rомоrенизаторы можно
подразделить на OДHO , тpex и пятиплунжерные.
Наибольшее распространение получили клапанные rомоrени
заторы, основными узлами которых являются насос высокоrо дaB
ления и rомоrенизирующая rоловка.
rомоrенизатор (рис. 2.1 О) включает в себя станину, корпус,
привод, кривошипно шатунный механизм, плунжерный блок, ДBYX
ступенчатую rомоrенизирующую rоловку, манометрическое YCT
ройство, предохранительный клапан системы смазки и охлаждения
[3].
Внутри станины установлен электродвиrатель на плите, KOТO
рая меняет свое положение за счет поворота относительно оси, за
крепленной с одной стороны плиты. Станина имеет четыре реryли
руемые ножки с подкладками. Сверху на ней укреплен корпус, в
котором помещаются кривошипно шатунный механизм, система
охлаждения, фильтр системы смазки. Корпус выполнен в виде pe
зервуара с наклонным дном для стекания масла. Уровень масла в
нем должен находиться на такой высоте, чтобы кривошипно
шатунный механизм своей большой rоловкой Mor доставать ero при
вращении коленчатоrо вала и разбрызrивать в направлении ползун
ной rруппы.
106
107
:t
""
I
I
I
I
I
I
с>;'=::
I
O,g,
108
'"
:s;
:z:
(1)
'"
о
:g
(1)
... :Е
u м
:s; ::
u :z:
lrJ
(1)
:Е
'::
о ;2;
а :Z:
L.
!;
s 3
.. 52 Ь
о.>,х
о о. t::
:s; ::
3
:r :r о
е е
о о о.
:Е :Е :.:
о О I
L.oo
I
О '<t '=i
.. о
N 5
g.
о.. ':: I
А1'--
:r ..
0.::
(1) :.:
:Е а
6
2
,
м f-<
.. u
U ::
>,с,)
с:: ,
g-I.O
:.:
Кривошипно шатунный механизм преобразует вращательное
движение, переданное клиноременной передачей от электродвиrа
теля, в возвратно поступательное движение плунжеров. На колен
чатом валу кривошипно шатунноrо механизма установлены Beдo
мый шкив и шатуны. Вал вращается в конических упорных под
шипниках, наружные кольца которых поджимаются крышками.
Система охлаждения состоит из патрубков для подвода и OT
вода воды, трубчатоrо змеевика, уложенноrо по дну корпуса, и
трубки с отверстиями, установленной над плунжерами. Воду под
водят через входные патрубки и подают к плунжерам. Часть воды
проходит в змеевике, охлаждает масло и затем отводится из rOMO
rенизатора.
Про изводит ель н ость rомоrенизатора реryлируется частотой
вращения электродвиrателя и коленчатоro вала с различным экс
центриситетом кривошипа.
Основными рабочими орrанами rомоrенизирующей rоловки
являются седло и клапан, от конструкции которых зависит степень
дисперсности частиц при rомоrенизации. Клапанная щель может
быть rладкой и волнообразной с постоянным или переменным ce
чением. я преодоления сопротивления при прохождении через
узкую щель продукт подается под большим давлением (до 20 МПа).
Сила, прилаrаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и меж
ду ним и седлом образуется узкий канал высотой, через который
протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем co
стоянии, и вследствие изменения rидродинамических условий BЫ
сота канала постоянно меняется.
Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается часто
пружиной, в некоторых конструкциях маслом под давлением, и
может реrулироваться. Она определяется давлением, с которым
осуществляется подача продукта.
Тонкость измельчения зависит от давления, конструкции ro
моrенизирующей rоловки, равномерности подачи, состояния и
предварительной обработки продукта. По типу rомоrенизирующей
rоловки rомоrенизаторы можно подразделить на OДHO , ДBYX и
мноrоступенчатые. rомоrенизирующая rоловка является узлом ro
моrенизатора, rде непосредственно происходит дисперrирование
обрабатываемой среды.
N
<i
:Z:
::
:r
'"
f-<
u
109
тем перемещения накидной rайки 5 со штурвалом, которая вместе с
пружиной, штоком 7 и стаканом 8 образуют нажимное устройство
4. Жидкость, наrнетаемая насосом под тарелку клапана, давит на
тарелку и отодвиrает клапан от седла, преодолевая сопротивление
пружины. В образующуюся между клапаном и седлом ль BЫCO
ТОЙ от 0,05 до 2,50 мм проходит с большой скоростью жидкость,
rомоrенизируясь при этом.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
rомоrенизации, знакомство с классификацией rомоrенизаторов,
изучение устройства и принципа действия плунжерноrо rомоrени
затора и приобретение практических навыков по расчету плунжер
ных rО 1Оrенизаторов.
3 а д а н и е: выполнить расчет roмоrенизатора, если заданы:
D диаметр плунжера, м; S ход плунжера, м; т уrловая скорость
вращения коленчатоrо вала, рад/с; z число плунжеров, шт.; р
давление rомоrенизации, Па.
А1еJподuка расчеJпа
Рис. 2.11. rомоrенизирующая roловка:
1 первая ступень; II - вторая ступень; 1 седло клапана;
2 клапан; 3 - корпус; 4 нажимное устройство; 5 накидная rайка;
6 пружина; 7 шток; 8 стакан
:\
Производительность плунжерноrо rомоrенизатора С, м-/с,
G=O,25.D 2 .S,w'Z'1JH' (2.73)
rде D и S диаметр и ход плунжера, м; w уrловая скорость враще-
ния коленчатоrо вала, рад/с; z - число плунжеров, шт.; 1J1I КПД Ha
сос а (1J1I = 0,80...0,90).
Мощность электродвиrателя rомоrенизатора N, кВт,
N = 3 ' (2.74)
[де р давление rомоrенизации, Па; 1J КПД rомоrенизатора
(1J = 0,75...0,85).
Толщина тарелки клапана h"" м,
h кл = 0,43 d1(,7.JP7[al , (2.75)
[де р давление rомоrенизации, Па; [а] = 24-107 Па допускаемое
напряжение для материала клапана; d,,-, диаметр клапана, м,
Двухступенчатая rоловка (рис. 2.11) состоит из корпуса 3 и
клапанноrо устройства, основными частями KOToporo являются
седло клапана 1 и клапан 2. Клапан связан со штоком, на выступ
KOToporo давит пружина 6. Сила сжатия пружины реryлируется пу-
110
111
d кл = 1,27( дF + G/6VдZ)' (2.76)
здесь G производительность rомоrенизатора, м 3 /с; Vд допускае
мая скорость жидкости в седле, м/с (для всасывающеrо клапана 2
м/с, а для наrнетательноrо 5...8 м/с); дF площадь сечения XBOCTO
2
вика, м ,
2
дF = 7rr K ' (2.77)
здесь r" радиус хвостовика, м; r" = (4...5) 10'3 м.
Пружину наrнетателыюrо клапана рассчитывают, исходя из
необходимоrо усилия Р пр при закрытом клапане
G.OJ.M.( l+л)
Р пр = 2 (2.78)
14d 1V7 .z
rде G производительность rомоrенизатора, м 3 /с; (I) уrловая CKO
рость вращения коленчатоrо вала, рад/с; М масса клапана, Kr
(М== 0,4 Kr); л отношение радиуса кривошипа к длине шатуна
(Л= 0,15...0,20); d k :1 диаметр клапана, м; z число плунжеров, шт.
Сила сжатия пружины при рабочей деформации Р д, Н,
Р д =1,5Рnp' (2.79)
Жесткость пружины Ж, Н/м,
ж=( Р д Р пр )/ h, (2.80)
rде h высота пружины, м (h = 0,10...0, 14 м).
При rомоrенизации часть механической энерrии превращает
ся в теплоту, вследствие чеrо происходит повышение температуры
rомоrенизируемоrо продукта &, К,
дt= , (2.81)
с.р
rде р давление rомоrенизации, Па; с == 3880 Дж/(кr.К) удельная
теплоемкость молока; р == 1033 Kr/M 3 плотность молока, Kr/M 3 .
Средний диаметр жировых шариков, м, в диапазоне измене
ния давления от 2,0 до 20,0 МПа определяется по формуле Н.В. Ба
paHoBcKoro
d cp = 3,8.106 /.fP. (2.82)
[де р давление rомоrенизации, МПа.
Расчет предохранительных клапанов можно свести к опреде
лению проходноro сечения седла клапана с учетом вязкости обра
батываемой жидкости. Для маловязких жидкостей (молоко, соки)
диаметр, м, проходноrо сечения седла определяется по формуле
D .JG
с 1j ( р Р в )jд в
6 .
rде Рв давление всасывания, МПа (Рв = 0,2.10 МПа); д в отноше
ние массы перекачиваемой жидкости к массе воды (для молока
(2.83)
д в = 1,03).
Порядок ОфОР.WlеIlUЯ отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeтCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса rомоrенизации, классификация rомоrенизаторов и
rомоrенизирующих rоловок;
расчетную часть, в которой приводится расчет rомоrениза
тора по предлаrаемому варианту (табл. 2.4), описание конструкции
и принципа действия roмоrенизатора, марка KOToporo указана в Ba
рианте;
rрафическую часть, в которой дается чертеж rомоrенизатора
и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. Что называется rомоrенизацией?
2. Назовите классификацию rомоrенизаторов.
3. Какие виды rомоrенизирующих rоловок используются в
rомоrенизаторах?
4. Как устроен и работает rомоrенизатор?
5. Какие типы rомоrенизаторов используются в промышлен
ности?
6. От каких факторов зависит степень rомоrенизации?
7. Как реryлируется производительность rомоrенизатора?
112
113
114
N
'"
::f
:s:
t:;
Е--<
'::
:s:
:I:
м
::о
:с
..о
>.
q:
:s:
Q:I
:s:
q:
:I:
:s:
::о
f-<
:I:
'"
:s:
Q.
'"
с:а
cis :;о '" :;о '"
м с') \о '"': 1.0
:: u u
:r: о u u
(1) :s: :: о :: ::
'-- о.. о.. о- о-
о I ,
<J::: . L.. <J::: , L..
::?; r-- r--
о о..L.. 1.0 О Q\ L.. 1.0 О Q\
'-- g о I , , о , , ,
, о . I О 1.0
:Е lrJ 1.0 <J::: lrJ 1.0 <J::: 0'1
Q) ::.:: u u ::.:: u u
f-<
о.. ..о -D
Q) ("1 с<".
::r
.
'" "l С'"". 00 t;. 0'1 "<t. ("1 0'1. '<t ос lrJ ("1 r-- 0'1. 0'1
'1::
I:). lrJ О lrJ lrJ oi lrJ О lrJ О on о lrJ О \l5 о '<t О
N N N N N N N N N N N N N N N N
N lrJ ("1 lrJ ("1 lrJ ("1 lrJ ("1 lrJ ("1 lrJ lrJ ("1
3 ("1 lrJ ("1 lrJ ("1
U N N с'") r-'l "<t '<!;. lrJ "l '-':. '-':. r-- r-- ос.
S'"t::t 00 0'1 0'>.
-D 00 ..о 00 -D 00 ..о 00 -D 00 1.0 00 ..о 00 -D 00 -D 00
("1 ("1 ("1 ("1 с'") ("1 ("1 ("1 ("1 с'") ("1 ("1 ("1 С'"", ("1 ("1 ("1 С'"".
с,5' ::?; о о о о о о о о о о о о о о о о о
::?; 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 ...... 1.0 1.0 \о
Q ::?; or. lrJ О О N N '<t '<t ("1 ("1 lrJ lrJ О О N N
::?; N ("1 N ("1 N ("1 N С'"". N ("1 N ("1 N С'"", N ("1 N С'"".
'"
O-f-<
(1) :r:
::?; N ("1 "<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 О N ("1 '<t lrJ \о r-- 00
о :: ......
:r: о-
'"
'1:1
"<t
N
t:;
fo-
CI)
:s:
:I:
'"
:r
:I:
о
:<:
О
I
м
:: о
:r:
Q) . о 00
'-- ':;:r "7 1.0
О '" r-- ,
::?; о- '1:1 Q\ r--
о о (1) 1.0
'-- f-< :::G u u
:Е С'"". ::
(1) о..
f-<
о-
(1)
::r
'" о '<t r-- 0'1 1.0 1': с'")
-1:: ..о о ..о о -D
I:).
N N N N N N N
N f-< on ("1 lrJ ("1 lrJ
3 lrJ ("1
N N. «) ("1 "<t
S'"7u ..о 00 \l5 00 \l5 00 ..о
("1 ("1 ("1 ("1 «) ("1 ("1
с,5' ::?; о о о о о о о
::?; 1.0 \о 1.0
Q ::?; lrJ on О О N N О
::?; N ("1 N ("1 N ("1 N
'"
o..f-<
(1) :r:
::?; '" 0'1 О ..... N «) '<t lrJ
О :: N N N N N N
:r:
'1:1
115
РПР Х!! 5. РАСЧЕТ ПРОТИРОЧНОЙ МАШИНЫ
Теоретическая часть
Протирочные машины используются в производстве пюреоб
разных продуктов, соков, концентрированных томатопродуктов и
друrих растительных полуфабрикатов [37]. Они служат для разде
лени я растительноrо сырья на две фракции: жидкую с мякотью, из
которой изrотавливаются консервированные продукты, и твердую,
представляющую собой отходы (кожица, семена, косточки, плодо
ножки и т. п.).
Протирание это процесс отделения массы плодоовощноrо
сырья от косточек, семян, кожуры путем продавливания на ситах
через отверстия с диаметром 0,7...5,0 мм.
Финиширование это дополнительное, более тонкое измель
чение протертой массы путем про пускания через сито с диаметром
отверстий менее 0,4 мм [37].
В процессе протирания или финиширования перерабатывае
мая масса попадает на поверхность движущеrося бича. Под дейст
вием центробежной силы она прижимается к рабочему ситу. Полу
фабрикат через отверстия проходит в сборник, а отходы под дейст
вием силы, обусловленной уrлом опережения бичей, продвиrается
к выходу рабочеrо сита.
Протирочные машины классифицируются по следующим
признакам: по числу барабанов одинарные, сдвоенные и CTpoeH
ные; по принципу действия бичевые и безбичевые; по форме ба
рабанов с цилиндрическим или коническим барабаном; по назна
чению для семечковых плодов, для косточковых плодов и универ
сальные; по способу реrулирования производительности с изме
няющимся уrлом опережения бичей, изменяющимся зазором между
бичами и барабаном, изменяющейся частотой вращения ротора
(рис. 2.12).
Основными рабочими орrанами протирочных машин являют
ся ситчатый барабан, бичевое устройство, устройства заrрузки
сырья на бичи и удаления отходов из барабана.
r
д
е
Рис. 2.12. Основные конструктивные схемы протирочных машин:
а с коническим ситчатым барабаном; б с цилиндрическим ситчатым ба
рабаном; в с вращающимся вертикальным ситчатым барабаном при Ha
ружной подаче сырья; r с наклонным вращающимся ситчатым барабаном
и внутренней подачей сырья; Д двухбарабанная безбичевая протирочная
машина; е трехбарабанная безбичевая протирочная машина
Протирочная машина (рис. 2.13), предназначенная для OTдe
ления косточек плодов (яблок, слив и т.д.) от мякоти, состоит из
корпуса 2, станины 1, петельноrо вала 4, заrрузочноrо бункера 5,
сборника 7 и привода. Внутри корпуса машины на двух подшипни
ках скольжения вращается петельный вал с четырьмя рядами пе
тель 6 и установлена сетка 3 с отверстиями диаметром 5 мм, укреп
ленная для жесткости в каркасе. Вал приводится во вращение от
электродвиrателя через редуктор.
Плоды поступают в машину через заrрузочный бункер. Попав
116
117
Жидкая фаза плодов и мякоть проходит сквозь сито в полость
между ситом и корпусом, откуда стекают в сборник. Косточки про
двиrаются к выходному лотку и по нему сходят в тару.
Протирочные машины должны обеспечивать качественное
разделение протираемой массы на полуфабрикат и OTXOДЫ BЫCO
кую удельную производительность, минимальное количество oтxo
дов, низкий удельный расход энерrии, однородный и достаточно
тонкий дисперсный состав протертоrо полуфабриката, максималь
ную степень измельчения. К недостаткам протирочных машин сле
дует отнести невысокую эксплуатационную надежность, обуслов
ленную неравномерным износом и быстрым выходом из строя ce
ток; неравномерные наrрузки на ротор вследствие неодинаковоrо
зазора между бичом и сеткой цилиндра; низкую удельную проти
рочную способность.' Перспективными конструкциями протироч
ных машин являются машины с вращающимся ситчатым барабаном
и неподвижными бичами.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
разделения методом протирания, знакомство с классификацией
протирочных машин, их устройством и принципом действия, при
обретение практических навыков по расчету протирочных машин.
3 а д а н и е: выполнить расчет протирочной машины, если
заданы: производительность машины Q, Kr/c; вид перерабатываемо
ro сырья; диаметр отверстий в сите d o мм; радиус бичей R, м; число
бичей z, шт.; шаr отверстий каркаса Оотв, м; содержание мякоти
в продукте е, %.
Методика расчета
Рис. 2,13. Протирочная машина:
1 станина; 2 - корпус; 3 сетка; 4 петельный вал; 5 - заrрузочный
бункер; 6 петли; 7 - сборник
в полость, образуемую ситом, плоды разбиваются петельным валом
и отбрасываются на сетку.
Диаметр трубопровода для подвода обрабатываемой массы
в машину d з , м,
d 3 = 4Q / тrpV пp ' (2.84)
rде Q производительность машины, Kr/c; р плотность перераба
тываемой массы, Kr/M 3 (табл. 2.5); v пp скорость массы в заrрузоч
Ной трубе машины, м/с (рекомендуется V пp = 0,5...1,0 м/с).
118
119
Т а б л и ц а 2.5
Параметры перерабатываемоrо сырья
При протирании яблочной или друrой перерабатываемой
массЫ длину ЗОНЫ активноrо отделения жидкой фазы увеличивают
на 30 %.
Длина ЗОНЫ центробежноrо отжима 1], м,
.12 == O,l1R.
Длина ситчатоrо барабана 1, м,
1=11+12'
пребывания продукта в протирочной
(2.89)
у rловая скорость вращен ия биче воro вала ro, рад/с,
OJ = Frg / R , (2.85)
rде Fr фактор разделения (Fr == 200...300); g = 9,81 м/с 2 ускорение
свободноrо паденИя; радиус бичей, м.
(2.90)
Плотность пе Массовая доля Энерrия, затрачи
Продукт рерабатывае мякоти в про ваемая на образова
мой массы р, дукте в, % ,
ние 1 M поверхно
Kr/M 3 сти, W, дж/м 2
Яблоки 1070 25:..40 15,0...18,5
Томаты 1090 20...30 8,0...12,0
Морковь 1130 27...46 19,8...22,4
rруши 1060 27...45 19,0...21,8
Сливы 1040 18...28 12,0...15,0
Виноrpад 1030 17...26 9,0...12,0
Продолжительность
машине 1", с,
1" = L/v 1 ' (2.91)
rде L длина бича, м (в расчете принимается L == 1); v/ скорость
перемещения продукта вдоль бича, м/с,
v 1 = 2ROJtga , (2.92)
здесь R радиус бичей, м; OJ уrловая скорость бичевоrо вала, рад/с;
а уrcrл опережения бича, rрад, (а = 1,5...6,0\
Мощность привода протирочной машины, Вт, складывается
из следующих величин:
мощности, затрачиваемой на сообщение продукту скорости,
N j =O,5QOJ 2 R2; (2.93)
мощности, затрачиваемой на трение массы о сито,
N 2 =zтOJ 3 R 2 f, (2.94)
rдеj коэффициент трения массы о сито (j== 0,2...0,9); т масса cы
рья вращающеrося совместно с бичом, Kr,
т = yplR 2 , (2.95)
здесь r эмпирический коэффициент (у == 0,05); 1 длина барабана,
м;
Живое сечение каркаса ситчатоrо барабана при круrлых OT
верстиях в каркасе
2 2
СРб = d ome / а отв , (2.86)
rде d oтG диаметр отверстий каркаса, м; d OтG == (8...12).} 0'3 м; а отв
шаr отверстий каркаса, м.
Живое сечение сит СРе ориентировочно определяется в зави
симости от диаметра отверстий в сите:
диаметр отверстий в сите, мм
живое сечение сит, <Ре
0,4
0,134
0,8 1,2
0,165 0,196
2,8
0,305
мощности, затрачиваемой на измельчение сырья,
N 3 = QWF j , .. (2.96)
rде W энерrия, затрачиваемая на образование 1 м 2 новой поверх
ности, Дж/м 2 (табл. 2.5); F/ площадь вновь образованной поверх
ности при пере работке 1 Kr сырья, M 2 /Kr,
F j = (2 / pd 2 2 / pdj)8 .10 2, (2.97)
здесь d/ средниЙ размер частиц до обработки; d J == (1,0...1,5) 10'3 м;
Безразмерная производительность q,
q = O,0905Q /( СРБСРс pR 2 .JRi ). (2.87)
Длина зоны активноrо отделения жидкой фазы при протира
нии томатов 11, м,
11 = R. 30, 4q O,29 . Fr ,53 . zO,31 ,
rде z число бичей, шт.
120
(2.88)
121
d 2 средний размер частиц после обработки (при обработке массы
на сите с отверстиями диаметром d c принимают d 2 = 0,3 d c м); е
массовая доля мякоти в продукте, % (см. табл. 2.5).
Общая мощность привода, Вт,
N=k(N j +N 2 +N з )I17.11' (2.98)
rде k = 1,5 коэффициент запаса мощности; 17" механический КПД
привода (1]" = 0,85...0,90).
ПорядО1< оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические oc
новы процесса разделения методом протирания растительноrо cы
рья, классификация протирочных машин, описание конструкции и
принципа действия протирочной машины;
расчетную часть, в которой приводится расчет Протирочной
машины по предлаrаемому варианту (табл. 2.6);
rрафическую часть, в которой дается чертеж протирочной Ma
шины и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. Какой процесс называется протиранием?
2. Как классифицируются Протирочные машины?
3. В чем заключается отличие финишеров от протирочных
машин?
4. Какие виды бичевых устроЙств известны?
5. Какие требования предъявляются к протирочным маши
нам?
6. Каково устройство и принцип действия протирочной Ma
шины?
7. Какие недостатки свойственны современным протироч
ным машинам?
122
N
6 ,=>: :ii
g- :I:=?::
'" ::- =>: ;;» u
:.:: о :3 t::
о.. о.. '" ... \l5
'" =>: ::; .....
f-<
f--o
:s:
:.,)
0'1 .
N
'<t
;;»1rJ
N'<t
t::
::.::: u
,
E=
'"
::f
:s:
ro:
lO
ro
Е--
м
t:: :.,)
..o
,
о.. '" ::;::
1б :.:: ::;::
f-<
О:.:: =
):: J
'" =>: "
:3 f-<
U
::: :!
о N
5 NNNNNN'<t '<t'<t'<t1.01.01.01.01.01.000
:s: =>: ::- '"
:s: ::r =>:
Z lO
ro
'1:1::;::
х g.' ::;;
:3 f-< : '<t '<t '<t '<t '<t "!, 1.0. 1.0. 1.0. 1.0. 1.0. 00. 00. 00. с::.
oooooooooooooooooo
ro: =>:
5:
о u
:s:
Q:I .
:s: u о:::
) О Nr--IrJОN ("1I.ОNоо IrJ IrJ 1.01.O
= N
:S: ::-::;::OOOOOOOOOOOOOCOOOOO
:30...6
f-<
Z
ro
ro
00
, о
'" <... ..<:> t:::t
О <>: =>: ..<:> '1:1 =>: :ii '"
5g 8
t:: е: :Е ф g.o. <::; :I: lO
1ЗU"'f--o '--U '"
t:Q
t:::t
:Е =>: :Е ;:;: =>:
f-< о :3 са t:" i3
'" ;;: =>: о
::;:: '='.0 :I: Ф
oo'--u=>:.....
f--o ro'"
..<:> t:::t
..<:> !>: =>: :ii ;:;: =>:
:3 '1:1 t:" i3
::; ;;; ;;: =>: о <::;
о ё.О <::; :I: Ф
f--o '--U '"
:!:tS
t:::t ..<:>
Of-<UО......N("1'<tIrJО N '<tIrJI.Or--IrJO'IО("1
'I:IU ("1("1("1 ("1 r-'lr-'l r-'l
ooooooooooooooooooo
о ..<:>
0..<::;
t:
'"
o..f-<
Q) :I:
::; '"
о =>:
:r: g.
са
N OO
N IrJI.Or--ооO'l
123
124
1.0
N
t:;
\о
('j
f--
Q)
:s:
:I:
('j
::r
:I:
о
:.:
О
6,= -:: f---< r:::'
o..O N'<t
i:::t:t.....
('j :r х..... .
:.: О 3 u
0..0..0:: ' .
=::;:;::'"
f-< '"::'
РПР К!! 6. РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СВЕКЛОРЕЗКИ
Теоретическая часть
6..
<l) ::;:
5. ::;:
O G'<t::::::::
<... Е
,=
:3 t::!
U
Для извлечения сахара из свеклы путем диффузии требуется
измельчить свеклу в стружку. Процесс получения стружки из CBeK
ловичноrо корня осуществляется в свеклорезальных машинах при
помощи диффузионных ножей, которые установлены в специаль
ных рамах [5].
Производительность диффузионной установки и содержание
сахара в обессахаренной свекловичной стружке в большой степени
обусловлены ее качеством. Свекловичная стружка, получаемая в
свеклорезальных машинах может иметь желобчатую или пластин
чатую форму. Толщина нормальной стружки равна 0,5...1,0 мм. По
верхнасть ее должна быть rладкой, без трещин. Слишком тонкая
стружка нежелательна, т. к. она деформируется, сбивается в комки
и ухудшает циркуляцию сока в диффузионных установках. Качест
во свекловичной стружки принято определять ее длиной, мм, в Ha
веске массой 100 [. Мезry и брак отбирают и взвешивают отдельно.
Нормальная длина 100 r стружки в зависимости от размера деления
ножа составляет от 1 О до 25 м. Чем длиннее стружка, тем меньше ее
ТО:Iщина и больше поверхность.
Поверхность стружки должна быть возможно большей, т. к. С
ее увеличением ускоряется процесс диффузии. Однако при этом
стружка должна быть упруrой, иметь определенную механическую
прочность. Хорошим показателем качества стружки может являться
проницаемость ее слоя при определенных температуре и давлении
на слой.
Более предпочтительна желобчатая стружка, т. к. при этой
форме повышается ее упруrость. Кроме Toro, желобчатая стружка
при той же толщине имеет большую поверхность.
Действие свеклорезок основано на взаимоотносительном дви
жении свеклы и ножей, которое может осуществляться различно. В
некоторых конструкциях свеклорезок, например в резках с rоризон
тальным диском, движутся ножи, закрепленные во вращающемся
диске, свекла же неподвижна; такие свеклорезки называются дис
ковыми.
О N
G 'а:; ..: :ос :ос 00 00 00 о
=:r3
::r6
'1:1 ::;:
g.' ::;:
t G с'! с'! с'! с'!
о.. (1)
= (1) f-o
t:::( '1:1 =
Ь u
U
5:' ,=
t:::t <l) ::;:
:r
с.. =
lO
1'--1rJ'<t("1'<t0о
060606
, О
8..5 ..Q t:::t
(1) = 2
1БQ.<"<1 3CQt:"о
i:: '1:1 ::а ::;: . g
U L...U
CC
tS
q ..Q
t
м О <...
= :t :.:
О ..Q
0..<:;
t:: <l)
f-<
'<t 00 N О <'".
("1 ("1 ("1 ("1 С") С")
060600
o..f-<
(1) :t
::;:
О =
:I:
'1:1
O NC")'<t1rJ
NNNNNN
125
в друrих конструкциях ножи закреплены неподвижно на
стенках вертикальноrо цилиндра, свекла движется по внутренней
поверхности цилиндра, прижимаясь к ножам действием цeHTpo
бежной силы. Такие резки называются центробежными. В послед
нее время получили распространение барабанные резки, в коrорых
ножи закреплены на стенках вращающеrося rоризонтальноrо бара
бана, а свекла находится внутри барабана и удерживается от Bpa
щения особым приспособлением.
Для получения качественной свекловичной стружки на цeH
тробежных или дисковых свеклорезках необходимо, чтобы свекла
в процесс е изрезывания с достаточным усилием прижималась к по
верхности ножей и внутренней поверхности барабана или диска
свеклорезки. Для центробежных свеклорезок с диаметром барабана
1200 мм и скорости резания 8,2 м/с давление на внутреннюю по
верхность ножевоrо корпуса составляет около 40 кПа, а для диско
вых свеклорезок при высоте слоя свеклы в бункере 3 м 30 кПа, а в
барабанной свеклорезке давление от действия центробежной силы
достиrает 80 кПа.
В настоящее время наиболее распространенными в сахарной
промышленности являются центробежные свеклорезки [5].
Классификацию машин для изрезывания свеклы (рис. 2.14)
можно дать, исходя из взаимноrо относительноrо движения свеклы
и режущих устройств, а также из конфиryрации узла, в котором yc
тановлены режущие устройства. В центробежных свеклорезках pa
мы с ножами закреплены в вырезах вертикально установленноrо
корпуса, свекла, поступающая в свеклорезку, перемещается относи
тельно ножей при помощи ротора и прижимается к ножам при по
мощи центробежной силы и заклинивающеrо действия лопастей
улитки.
В дисковых свеклорезках ножи с рамами устанавливаются в
вырезах rоризонтально вращающеrося диска, свекла же находится в
неподвижном состоянии и прижимается к ножам под действием
собственной массы и при помощи специальных прижимов. В бара
банных свеклорезках ножи с рамами закреплены в вырезах стенки
rоризонтально вращающеrося барабана, свекла находится внутри
с неподвижным
режущим ус1рОЙС1ВОМ
Сrюдвижным
режущим ус"IpОЙС1ВОМ
« ;
C'I C'I \о
...... t:::t:
, I О
\..-.. р..0
(1)
u g. C:;g.
u u u
\,
РIIС. 2.14. КлаССllфикация свеклоре'юк
барабана, удерживается от вращения вместе с барабаном и прижи
мается к ножам специальными устройствами.
На центробежных свеклорезках при нормальных условиях
эксплуатации получают стружку наилучшеrо качества, при этом
расходуется наименьшее количество ножей при изрезывании 100 т
свеклы по сравнению с друrими конструкциями свеклорезок. Ножи
в свеклорезке можно менять на ходу, производительность свеклоре
зок реrулируется изменением частоты вращения ротора или коли
чеством работающих ножей.
Дисковые свеклорезки потребляют меньше энерrии, чем цeH
тробежные и барабанные, на них получают хорошую 6векловичную
стружку, но расход ножей на изрезывание 100 т свеклы больше по
сравнению с друrими типами свеклорезок. Для замены ножей CBeK
лоре3I<У необходимо останавливать.
Барабанные свеклорезки просты по устройству, но.в процессе
эксплуатации потребляют большое количество ножей и энерrии,
СТружка получается низкоrо качества, смена ножей осуществляется
только при остановке.
126
127
К свеклорезкам предъявляются следующие требования: BЫ
сокая производительность, высокое качество свекловичной струж
ки, простота и удобство обслуживания и ремонта, надежная и эко
номичная работа.
Центробежная свеклорезка (рис. 2.15) состоит из цилиндри
ческоrо корпуса, трехлопастной улитки, коническоrо редуктора,
при вода, BepxHero и нижнеrо кожухов, заrрузочноrо бункера, ноже
вых рам, лебедки и пальчатоrо rидравлическоrо шибера. Принцип
действия свеклорезки заключается в следующем. Заrрузка свеклы в
свеклорезку про изводится через заrрузочный бункер. В корпусе
свеклорезки свекла увлекается вращающейся улиткой и под дейст
вием центробежной силы прижимается к режущей кромке ножей,
скользя по которым постепенно изрезывается в свекловичную
стружку.
Свекловичная стружка через проемы ножевых рам выпадает в
пространство между корпусом свеклорезки и кожухом и затем, че
. рез отверстие нижнеrо корпуса поступает на дальнейшую перера
ботку.
Ножевые рамы с набором ножей устанавливаются в rнезда
корпуса свеклорезки плотно, без шатания. Для Toro чтобы рамы
составляли с корпусом свеклорезки внутреннюю поверхность OДHO
ro радиуса, после установки их протачивают вместе с корпусом.
Корпус свеклорезки имеет ремонтные накладки, которые позволя
ют неоднократно протачивать ero. Обычно запасные и рабочие pa
мы вместе с корпусом свеклорезки протачиваются один раз в сезон
сахароварения.
Для замены ножей в рабочем состоянии свеклорезка снабже
на реечным механизмом, поднимающим ножевую раму из cBoero
rнезда, а на ее место входит rлухая рама, которая отличается от pa
бочей отсутствием отверстий для установки ножей. Реечный Mexa
низм можно перемещать по верхнему краю корпуса свеклорезки и
устанавливать над любой ножевой рамой.
При попадании тяжелых примесей в свеклорезку и в случае
необходимости прекращения подачи свеклы включается штыревой
128
I
%1
I
I
I7/J9r
."
"
"
,
t:::t
с>
'1:1
:s:
о.
t::
::::
u
>.<:>0
с: ..
0.'"
О :.:
:.: t:::t
,:s: Q)
:s:\o
х: Q)
u r:;
QJ ,
:rr--
:s: ..
0.'"
t:::t ::;:
:r '"
:s: о.
:;:j' са
, Q)
N :Е
o.
(1) ,
.ю
>. ..
\O
':s: :Е
::;s о
:r :.:
:r ,:s:
с> :s:
'" :r
>.;..:
Е:о..
(\1 (1)
'" <I\
. ,
v)
<ci ;..:
:.: >.
:Е
0.0
с> :.:
r2 ':s:
u :Е
с.: :s:
(\1 :r
:r ,
"<:t
<ci'
0.:':
f-< f--
:r :S:
QJ
::fc.:
.n
f--
N
u t::
:s: с>
с..
Q)
о.
f-<
м
129
шибер, перекрывающей доступ свеклы в корпус свеклорезки.
Диффузионные ножи при переработке волокнистой свеклы
часто забиваются волокнами и получить стружку хорошеrо качест
ва невозможно. Для их очистки применяется продувка их паром или
сжатым воздухом с избыточным давлением 0,7 МПа, при этом пар и
воздух к ножам необходимо подводить так, чтобы они сдували BO
локН-а с ножей, а не прижимали их к режущей кромке [12].
Для изрезывания свеклы в сахарной промышленности приме
няются свеклорезные ножи, фрезерованные из уrлеродистой и ин
струментальных сталей (ножи Чиже ка и кениrсфельдские), и ножи
rоллера, штампованные из листовой высокоуrлеродистой стали.
Стандарт предусматривает изrотовление ножей двух типов:
безреберные (тип 1) и ребристые (тип 2) в трех исполнениях: А
левый; В правый; О обезличенный. Ножи типа 1 имеют шаr 6,7,
8,9,10, 12 мм, атипа2 шаr5и6мм.
На отечественных сахарных заводах наибольшее распростра
нение получили диффузионные ножи Чижека, которые изrотавли
ваются для центробежных и дисковых свеклорезок (табл. П 2.1).
Ножи закрепляются в рамах, конструкции которых зависят от
типа свеклорезки и конструкции ножей: существуют ножевые рамы
для центробежных свеклорезок и рамы для дисковых свеклорезок.
rде L общая длина режущей кромки ножей, м; а высота подъема
ножей в свеклорезке, м; принимается условно как толщина струж
ки; ' скорость резания, м/с; р насыпная плотность свеклы в KOp
, / ' К
пусе свеклорезки, Kr/M' (р == 550...600 Kr м'); л' конструктивныи
к;эффициеwт учитывает степень использования ножей в свеклорез .
ке (табл. 2.7); К, эксплуатационный коэффициент, равен отноще
нию продолжительности работы свеклорезки без остановок за cy
тки в часах к общему времени в сутках (табл. 2.7).
L = ')'т'п, (2.100)
rде [) длина режущей кромки одноrо ножа, м; /1l число ножевых
рам в свеклорезке; п количество ножей в одной ножевой раме,
11 = 2;
v==п.D в 'll с I60,
(2.101)
Расчетная часть
rде D rJ диаметр корпуса свеклорезки, м; пе частота вращения
.1
улитки свеклорезки, мин .
Мощность N, потребная на привод свеклорезки, затрачивает
ся на изрезывание свеклы N), на преодоление сил трения свеклы о
ножи и ножевые рамы N 2 , на разrон свеклы до скорости изрезыва
ния N з и на преодоление сил трения между корнями подвижноrо и
неподвижноrо слоев при поступлении в центробежную свеклорезку
N 4 , кВт;
N = N) + N 2 + N; + N 4 , (2.102)
Мощность, потребная на изрезывание свеклы, N), кВт;
N) == MJ'oYlOOO, (2.103)
rде М } . момент при резании свеклы относительно оси вращения,
Н,м; OJ уrловая скорость вращения улитки, рад/с;
OJ =: п 'l1с , (2.104)
ЗО
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
изрезывания свеклы; знакомство с классификацией свеклорезок,
их конструкцией и принципом работы, выполнение расчета свекло
резки.
3 а д а н и е: выполнить расчет центробежной свеклорезки,
если заданы: D, внутренний диаметр корпуса, м; Не частота Bpa
щения улитки, мин' 1 ; т количество ножевых рам; ' ] длина режу
щей кромки ОДноrо ножа, м; а толщина желобчатой стружки, м;
[lOO длина 100 r стружки, м.
Производительность свеклорезки, т/сут [28],
G =: 24 .60 . 60 . L. а . v . р . к J{ . к э I 1000 ,
(2.99)
.)
rде n, частота вращения улитки, мин ; .
М) = F-R, (2.105)
rде F общее усилие резания, Н; R радиус резания, м; R = D/2;
дЛЯ дисковых свеклорезок принимают радиус, проходящий через
середину режущей кромки ножей,
F = 100j-2I J .m'1701ll,,'К, (2.106)
[де f удельное усилие резания, Н/м (табл. 2.8); 170111" безразмерная
величина, учитывающая воздушные промежутки между свеклович
ными корнями (170т" = 0,55...0,60),
Методш<.ll расчета
131
130
1"--
N
('::
::r
:s:
t:;
\о
r--
132
:.::
о
м
CI)
о-
о
t:;
:.:
CI)
Q:I
U
C:J
о
t::
:s:
!;
:а
:t
::r
:s:
t:;
м
('::
о-
tI::
:t
:s:
:т
:s:
t:;
CI)
C:J
Х
:а
:t
C:J
О
:t
u
О
tI::
:s:
:t
(1)
:т
'"
:t
М
,
:<:
::.:: Q)
са
u
f-< ,:: ::
:х: о :<:
(1) :х: м v") О О
:: са 00 00 00
:::f 0..0.. О О о
2 о
м t:;
(1)
"" о..
о м
:<:
,:: \о
:Е
:х:
:х:
о >::
:: о
:::f :х: :<:
(':: са м
f-< o.. О О О
Q) о..
м О 0\ 0'1 0'1
t:; (1) t:; с о о
t:: 0..:<:
u :: 1б
:<:
o..u
t::
. ,
са ::
::..e-::,t
1;;..е- v") о
>-. "" f-<
о.. О :х: 00 lrJ
f-< :<: о о о
'= s
о ..Q
::.::: :Е;
.
с>: '1:1 ::;:
t<! U""--.
:I: ..Q L...
t:: f-< :<:0 О О
:Е Q: о lrJ lrJ
u 1.0 lrJ lrJ
(':: :х:
::r: f-< :Е
о t:;
t:;
t::
..Q ;:;- or.
f-< 1.0.
u с>:
О :: u 0'1 О. """".
о.. :х:""--' , 00 r--
о (':: ::;:
:<: м r--
U .,о
о..
:: с>:
:<:
м ('::
:х: с>:
t:: о.. ;Е
:: о t<!
с>: :х:
f--o t:; ф t<! :х:
:<: S. са t<!
О Ф
са f-< :<:
u :х: u
:: t<!
:::.r ...о
00
N :i
:.::
:::f ;о:
>.
:: о-
t:; ...
u
Ф ,::
('::. о
r-- :t
:т
::
Q:I
о
Q)
Q:I
U
':>:
о
...
('::
::r
:t
:: ::;:
... :i
u
(':: :.:
t:; ;о:
t::
:: >.
о..
,:: ...
о u
... "-
('::0
:ТО
tg
t:; Q)
CI) :t
;о: ::
t:;
::
:: ::
:t
CI) о-
:т t::
>. ::;:
t:;......
g:r:
::
о-
t::
tI::
::
:t
('::
м
<1)
о-
CI)
::
t:;
:s:
u
>.
CI)
о
:t
..с
t:;
(1)
>-
'<t
'"" '<t
, 00
00 r--
N
r--
N N
I 00
N 00
N
О
N
("1 00
r-- N 0'1
1.0 О О
("1 00
'<t ("1 О
("1 о
N ,
'<t
......
о :=J
r--
: v") ,
0\
00 о
r-- ,
r-- r--
=:
:<:
о::
с>: '"
f-< t<! !:;
U f-< :r
t<! t<! :t
:r
\о ::
о f-<
О U
Э t:; t<!
Q) t:;
t::
1']ОЛl"=Р/Рп,, (2.107)
здесь Р = 550...600 Kr/M 3 насыпная плотность свеклы, Kr/M 3 ; РIII
плотность свекловичной мякоти, Рт = 1000 Kr/M 3 .
Мощность, потребная на преодоление сил трения свеклы о
ножи и ножевые рамы N 2 , кВт,
N 2 = М 2 . (J) / 1000 , (2.108)
rде М 2 крутящий момент, необходимый для преодоления сил Tpe
ния свеклы о ножи и ножевые рамы, Н'м.
Крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения
М 2 ,Н'м,
М 2 = F I1 'j.l.R, (2.109)
rде р коэффициент трения скольжения свеклы о сталь (р = 0,175...
0,225).
Полное усилие прижатия свеклы к ножам и рамам F I1 , Н,
FII =J;.2trR2I j -R.. = 4, 18Р'Ш-R 3 .l j К., (2.110)
у дельное давление на внутреннюю стенку корпуса цeHTpo
6ежной свеклорезки/;, н/м 2 ,
!у=Р(J)2 R 2/ з . (2.111)
Для дисковой свеклорезки мощность N 2 определяется из yc
ловия, что высота слоя свеклы в бункере над диском свеклорезки
равна 1,5 м и коэффициент р = 0,2.
Момент для преодоления сил трения свеклы о диск, Н'М,
М 2 = 2JTR"2I j Hp.g.p-R-R,,, (2.112)
rде RfI средний радиус режущей кромки ножей, М (в расчете при
мите RfI= R); Н высота слоя свеклы в бункере, М (Н= 1,1...1,6 м);
)
g ускорение свободноrо падения, М/С-.
Мощность, необходимая для разrона свеклы до скорости из
резывания N з , кВт,
Со./ R 2
N з = 2.1000 (2.113)
rде G производительность свеклорезки, Kr/c.
Мощность N 4 , потребная для преодоления сил трения между
корнями подвижноrо и неподвижноrо слоев при поступлении CBeK
ль! в центробежную свеклорезку, определяется в зависимости от
производительности свеклорезки:
133
производительность, тыс.т/сут
мощность N 4 , кВт
1,0
8,0
1,1...2,0
7,0
2,1...3,0 3,1...4,0
6,0 5,0
5. Какие основные устройства используются в свеклорезках
для изрезывания свеклы?
6. Каково устройство и принцип действия центробежной
свеклорезки?
7. Какой формы бывает свекло ичная стружка?
8. Каковы конструктивные отличия различных типов свекло
резок, их достоинства и недостатки?
Для дисковой свеклорезки общая суммарная мощность на
привод свеклорезки N, кВт,
N=N/+N 2 . (2.114)
К общей мощности, потребной для привода свеклорезок, He
обходимо добавить мощность, потребную на механические потери
в свеклорезке и редукторе. Приращение мощности на преодоление
сил от механических трений составляет примерно 3 % от CYMMap
ной мощности N.
Порядок офор.н.1енuя отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса изрезывания свеклы в стружку, классификация
свеклорезок и краткая характеристика отдельных стадий процессов
изрезывания свеклы;
расчетную часть, в которой приводится расчет свеклорезки
по предлаrаемому варианту (табл. 2.9), описание конструкции и
принципа действия свеклорезки, указанной в индивидуальном зада
нии;
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
свеклорезки и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. С какой целью осуществляется изрезывание свеклы?
2. Какова классификация свеклорезок?
3. Какие конструктивные факторы влияют на эффективность
процесса резки свеклы?
4. В чем заключается сущность процесса изрезывания свеклы
в стружку?
134
135
136
о;
N
('j
;:j"
;:
t:;
\о
:=N'
с>: , ,
"""
б
!-- .,.. Ф ('j о..
it g 8.:;:; r--
:Т f-<(I)r--
'1:1 :I: о.. .
u О U
::J:2<n
(1) .......
""
u
::Е
с>: ::
('j о:! :.::
:I: :.:: u ::;::
:Е м (1) о
(1) (1) :r ::Е
ф о.. :: Q)
о о t::; ,.с
0..<=;""'"
f-< ;.:: '" ....
:I: (1) о.. О
Q) "" t:::t t::
::J u с
u
,
'<t
:: u
:.:: ::
f-< о..
:: ,
t::;
>-.00
u
2::;::oq qq q qq qq
OOO := := C
,;:
;:
:I:
('j
с"
Х
:Е
:I:
..Q
>.
:;:
Q:I
:;:
:I:
::s::
:Е
f-<
:I:
('j
:;:
с...
00
IrJr--ОN<nОООNОNООI.ONОr--1rJ
00 NNNN oo
::;::8888888888888888
0000000000000000
1rJ01rJ01rJ01rJ01rJ01rJ01rJ01rJ0
0000000000000000
Е:
N1.007N1.00'<tN1.007N1.007
NN NN NN NN
OI.O°OOOOOo COOOOO
0'I0'1 = 0'I0'1 =
o::;::
о:!
o..f-<
:I:
::Е о:!
о
:r:
""
N("1'<tIrJI.Or--ООO'l = :::: :=
о'
N
t:;
lO
о:!
f-o
<l)
:;:
:J:
о:!
:r
:J:
О
:.:
О
.......,
с>: <n
::;:: I
:: о:! о:! '<t
:.:: :I: :.:: :: ::Е
:Е '" :Е '" :.:: u
u о
(1) (1) о.. (1) u ::
f-< о lO О >-. о..
о :: 5,м
o.. о.. t::;
;.:: :.:: :I:
:r' Q) f-< О 000
'1:1 :I: '1:1 :.:: :.:: u
u u
::J u
<о О. О О О, О О О О О
-3 ::;:: о c"i '<t 00 О N ..,f ..о
00 ...... N N N N
lrJ r-- О N lrJ 00 О N '<t
О О N N N
.::;; О О О О О О О О О
О О О О О О О О О
О о о о о о о о о
lrJ О lrJ О lrJ О lrJ О lrJ
::;:: «) '<t 7 lrJ lrJ 1.0 1.0 r-- 1.0
.....
о с о о о о о о о
Е: N 1.0 О '<t N 1.0 О "'" N
N N N N
"7 О О О О О О О
:I: N ("1 '<t lrJ О 1.0 О N
.. :: 0'1 о'
::;:
::Е с'{ О, 00 "!, О N
Q N
о:!
о.. !--
:I:
:;: о:! !::: 00 0'1 О N «) '<t lrJ
О N N N N N N
:r: о:!
CQ
137
си =т
rЛАВА2. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ
И ПОЛУФАБРИКАТОВ СОЕДИНЕНИЕМ
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ТЕСТОМЕСИЛЪНОЙ МАШИНЫ
Теоретическая часть
Для замеса теста применяют различные типы тестомесильных
машин, которые в зависимости от вида муки, рецептурноrо состава
и особенностей ассортимента, оказывают различное механическое
воздействие на тесто [18].
Тестомесильные машины разделяют на машины периодиче
cKoro и непрерывноrо действия. Машины периодическоrо действия
(рис. 2.16) бывают с месильными емкостями (дежами) стационар
ными и сменными (подкатными), а дежи неподвижными, со CBO
бодным И принудительным вращением.
По интенсивности воздействия рабочеrо opraHa на тесто Tec
томесильные машины разделяются на три rруппы:
обычные тихоходные (рабочий прОЦе{;С не сопровождается Ha
rpeBoM теста);
быстроходные (рабочий процесс сопровождается HarpeBoM Tec
та на 5...7 ОС);
супербыстроходные (замес сопровождается HarpeBoM теста на
10...20 ос и требуется специальное водяное охлаждение корпуса
камеры).
По характеру движения месильноrо opraHa различают маши
ны с KpyroBbIM, вращательным, планетарным и сложным плоским и
пространственным движением месильноrо opraHa.
Тестомесильные машины непрерывноrо действия (рис. 2.17)
обычно имеют стационарную месильную емкость и расположенные
в ней вращающиеся или совершающие KpyroBoe движение месиль
ные opraHbl. Интенсивность замеса в них может быть повышена за
счет применения тормозных лопастей или выступов на стенках Me
сильной камеры.
Эти машины разделяют на следующие rруппы:
однокамерные с rоризонтальным валом и Т образными Me
а
в
а
r
Рис. 2.16. Схемы тестомесильных машин периодическоrо действия
со стационарными дежами:
а машины с rоризонтальными и наклонными цилиндрическими месиль
ными валами; б машины со спаренными Z образными лопастями, Bpa
щающимися в разные стороны BOKpyr rоризонтальной оси; в машины с
шарнирной Z образной месильной лопастью; r машины с MHoro
уrольным ротором и витком шнека на дне емкости
сильными лопастями, например, машина Х 12 (рис. 2.17, а);
одновальные с rоризонтальным валом, на котором в начале
месильной емкости размещены трапецеидальные плоские лопасти,
а в конце винтовой шнек, заключенный в цилиндрический корпус,
например, тестомесильная машина системы Хренова (рис. 2.17, б);
одновальные с rоризонтальным валом, на котором в начале
размещен смесительный шнек, а затем радиальные цилиндрические
.lопатки, например, тестомесильная машина ФТК 1 000 (рис. 2.17,B);
138
139
) ) (.
а I б
)
(WfJJA
( (
! е ж
o.
двухвальные с rоризонтальными валами, вращающимися в
разные стороны и закрепленными на них ленточными лопастями,
например, тестомесильная машина "Топос" (рис. 2.] 7, ж);
двухкамерные двухвальные, на валах которых закреплены
винтообразные лопасти, образующие зоны смешения и замеса, а
зона пластификации оборудована двумя четырехуrольными звез
дочками, например, тестомесильные машины РЗ ХТО (рис. 2.17, з);
двухкамерные двухвальные, у которых имеется отдельная
смесильная камера с приводом, а месильная камера с реryлируемым
приводом включает две зоны замеса: месильную, снабженную шне
ками, и зону пластификации, рабочим opraHoM которой являются
кулаки (рис. 2.17, и);
с трехлопастным ротором, например, тестомесильная маши
на системы Прокопенко (рис. 2.17, к);
с. вертикальным цилиндрическим ротором, например, TeCTO
месильная машина РЗ ХТНIl (рис. 2.17, л);
с дисковым ротором, на котором размещены кольцевые BЫ
ступы, а в щели между ними входят с небольшим зазором кольце
вые выступы корпуса (рис. 2.17, м).
Режим замеса теста зависит от свойств муки, рецептуры, Tex
нолоrических особенностей ассортимента и конструкции TeCTOMe
сильной машины. При замесе происходит насыщение теста возду
хом. При этом белки муки интенсивно поrлощают влаry, их Hepac
творимые в воде фракции rлютенин и rлиадин образуют клейко
вину. При образовании клейковинноrо скелета теста возникают по
перечные связи между смежными цепями белков. Эти связи упроч
няют структуру теста и снижают ero ЛИПкость [4].
Различают три стадии замеса:
смешивание сухих и жидких компонентов теста должно про
водиться как можно быстрее;
замес сопровождается диффузией влаrи мучнистых частиц,
набуханием белков. Водорастворимые фракции муки переходят в
раствор. При набухании большую часть влаrи забирают белковые
вещества: rлютенин и rлиадин. Набухшие белки образуют rель. На
скорость замеса оказывают влияние свойства муки, степень измель
чения крахмальных зерен, температура и рецептурные добавки.
При поrлощении влаrи белки сильно увеличиваются в объеме, соз
давая клейко винный скелет. Замес требует значительных энерrоза
д
э
I л
Ф
м
Рис. 2.17. Схемы тестомесильных машин непрерывноrо действия
одновальные с rоризонтальным валом, в начале KOToporo за
креплен шнек и затем дисковая диафраrма и четырехлопастный
пластификатор (рис. 2.17, [);
одновальные с rоризонтальной осью вращения, на которой в
цилиндрической камере смешения размещен шнековый барабан с
независимым приводом, в конической камере на валу закреплены
месильные ПРЯl\lоуrольные лопатки, а на ее стенках неподвижные
лопатки (рис. 2.17, д);
двухвальные с rоризонтальными валами, на которых закре
плены т образные месильные лопасти (рис. 2.17, е);
140
141
трат на привод тестомесильной машины вследствие возрастания
усилия сдвиrа теста и может протекать при невысоких скоростях
перемешивания;
пластификация сопровождается структурными изменениями
крахмальных зерен и образо.ванием клейковинной решетки, смазы
вающей крахмальные зерна. При этом крахмальные зерна частично
измельчаются и обволакиваются белковыми пленками. Спирале
видные молекулы полипептидов раскалываются и разрыхляют
структуру белков, при этом возникают клейковинные пленки. Эти
соединения образуются у полипептидов за счет водородных и rид
рофобных связей. ПЛастификация требует усиленноrо механиче
cKoro воздействия, т. к. происходит разрушение молекул клейко
вины, а также выравнивание структуры теста и ее измельчение.
A/elпoди«a расчеlпа
Производительность тестомесильных машин периодическоrо
действия П, Kr/c,
П=},.Урl(ТзО+'Св) (2.115)
rде А коэффициент использования объема дежи (А= 0,45...0,65);
r . время для совершения вспомоrательных операций, с ('Св = 120...
150 с).
Производительность тестомесильных машин непрерывноrо
действия П, Kr/c,
Расчетная часть
тс( D 2 d2 )
П = z ., в S п Р k k k ( 2.116 )
240 ] 2 з,
rде k] коэффициент подачи, зависящий от формы лопаток и их
располо ения на валу (k] = 0,2...0,5); k 2 отношение суммарной
площади лопастей к винтовой поверхности Toro же диаметра и шаrа
(k 2 = 0,15...0,20); kЗ коэффициент, учитывающий площадь сече
ния, образуемую пересечением траекторий движения лопастей (для
одновальной машины z = 1, k з ==1, для двухвальной машины z::::: 2,
k3::::: 0,55...0,70).
Для тестомесильных машин непрерывноrо действия произво
дительностью до 30 т/ч можно принять следующие данные:
D, == (0,25...0,30) м; d B == (0,04...0,05) м; s::::: (1,1...1,2) D,.
Вместимость месильной камеры для машин непрерывноrо
V 3
деиствия 11, м ,
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
замеса теста; знакомство с классификацией тестомесильных машин,
устройством и принципом их работы; выполнение расчета TeCTOMe
сильной машины.
3 а Д а н и е: выполнить расчет тестомесильной машины, если
заданы: V вместимость месильной камеры, м 3 ; р == 1 100 кr/M3
плотность теста; 'с 3 время, необходимое для замеса теста, с ('с 3 =
== 3...20 мин); 'Св время для совершения вспомоrательных опера
ций, с; А коэффициент использования объема дежи (А= 0,45...
0,65); z количество валов, шт.; п, наружный диаметр лопастей,
м (Ц, = 0,25...0,30 м); d B диаметр вала, м (d в == 0,04...0,05 м); S
шаr лопастей, м; S = (1,1...1,2) D,; п частота вращения вала, мин,!;
1] КПД привода; С д масса дежи, Kr; С т масса теста в деже, Kr;
'4 радиус цапфы, м; OJ 2 уrловая скорость дежи, рад/с; т число
лопастей, шт.; а ширина лопатки, м; в высота лопатки, м; а
уrол наклона лопасти к оси вращения, rpaд; R радиус вращения
центра лопасти, м; В ширина корыта, м; Н высота корыта, м.
Vн=П'Сз/(рkj), (2.117)
rде k; коэффициент заполнения месильной камеры (k;::::: 0,6...0,7).
Мощность электродвиrателя привода тестомесильных машин
периодическоrо действия N oB , кВт,
N дв =( N] +N 2 )/1]. (2.118)
rде N] мощность, необходимая для вращения месильноrо opraHa
при замесе теста, кВт; N 2 мощность, необходимая для вращения
дежи, кВт; 1] КПД привода;
Nl=4.10 AVpROJlg, (2.119)
[де OJ] уrловая скорость меСильноrо opraHa, рад/с;
142
143
N 2 == 10 З g( С д + С т )/ r4W2,
здесь / коэффициент трения вала дежи в опорах
g == 9,81 м/с 2 ускорение свободноrо падения.
Мощность, необходимая для вращения месильноrо opraHa
. при замесе теста в тестомесильных машинах непрерьп!ноrо дейст
вия N, кВт,
(2.120)
(f == 0,2...0,3);
Порядок офор.'Нленuя отчета
( РО V о + Р р V р )
N == 10001] m, (2.121)
[де РО и Р р соответственно осевая и радиальная составляющая
равнодействующей сил сопротивления, действующих на лопасть,
Н; V o и V р соответственно осевая и окружная скорость движения
точки приложения равнодействующей сил сопротивления, дейст
вующих на лопасть, м/с; т число лопастей в тестомесильной Ma
шине, шт.; 1] КПД привода (1] = 0,83 0,92);
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20), и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса замеса теста и классификация тестомесильныx
машин;
расчетную часть, в которой приводятся расчеты TeCTOMe
сильной машины по предлаrаемому варианту (табл. 2.1 О и 2.11),
описание конструкции и принципа действия тестомесильной маши
ны, марка которой указана в варианте;
rрафическую часть, в которой дается чертеж тестомесиль
ной машины и спецификация к ней.
Контрольные вопросы
РО == Р[ Rp t g2 ( 45 + )+ 2с. t g ( 45 + )}siпa р cosa), (2.122)
V o == V Р cosa sina,
V р == wR .
ПЛощадь поперечноrо сечения корыта Ф, м 2 ,
Ф == л: в 2 /2 + (н в / 2}
Длина корыта L, м,
(2.124)
(2.125)
1. Каковы основные стадии замеса теста? Их краткая xapaK
теристика.
2. Какова классификация тестомесильных машин?
3. От каких параметров зависит производительность TeCTO
месильной машины?
4. Какие факторы влияют на режим замеса теста?
5. Каковы основные составляющие мощности привода Tec
томесильных машин периодическоrо действия?
6. Какова продолжительность процесс а замеса теста в TeCTO
месильных машинах?
7. В каких тестомесильных машинах требуется принудитель
ное водяное охлаждение корпуса месильной камеры?
8. Какой характер движения может совершать месильный op
raH в тестомесильных машинах периодическоrо действия?
rде F == а . Ь площадь лопасти, поrруженной в тесто, м 2 ; е удель
ное сопротивление теста с материалом лопасти, Па (е == 5000 Па);
r уrол BнyrpeHHero трения теста (у == 400); Р коэффициент Tpe
ния теста о лопасть ( J1 == 1),
Р р == Р[ Rp t g2 ( 45 + )+ 2с. t g ( 45 + )}cosa p sina), (2.123)
(2.126)
L == V / Ф.
(2.127)
144
145
о
c"'i
:s:
'=f Q:I
f-<
:s: u
':;:
t:; Q)
tO q:
о
"-
Е-- о
:r
Q:I
::ё
а.
CI)
а.
с:::
Q)
:r
:I:
:s:
:3
::2
х
::ё
:r
..Q
t:;
:s:
u
CI)
::2
о
....
u
Q)
....
....
CI)
:r
u
а.
':;:
:s:
:I:
ro
м
::ё
:I:
..Q
>-..
q:
:s:
Q:I
:s:
:I:
:s:
::ё
....
:r
ro
:s:
а.
O:J
146
):: со
о 1.0 1.0 с;;;
:r '<t '<:t '<:t '<:t '<t 00 00
IF) IF) , , IF), I , '<t ,. '<t IF) IF)
А '<t '<t '<t '<t О О ",,"1F) IF) IF) I , '<t '<t
t:; I , I , ,. '<t , '<t '<t '<t 1.0 1.0 , ,
:: о о '<t '<t '<t '<t '<t ,. '<t '<t
u ::;:; '<t '<:t '<t '<t u u '<t U U u '<t '<t
<u u u u
::< :r е,) е,) е,) е,) х х е,) ос :JC 00 е,) u
о :: ..... :JC 00 00 00
f-< 3 :JC 00 :JC 00 00 ....... 00
u о о ...... о о о
<u .......
f-< ::< о о <1: о о о О О О
i::[ i::[ <1: <r: о о о о о f-- f-- f-- <1: <1:
N N 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
:.:: N N I I N , , I >< >< >< N N
о- >< >< >< >< :::G :::G Х f-- f-- f-- , , , , ,
'" f-- f-- со со се ("Ij м м >< ><
е е :::G :::G :::G о... о... о...
::t ::< \о 6 \о '<t '<t '<t \о \о '<t '<t 00 00 00 1.0
О с5 о о о о о о о о о о с
сх5 ::< q о. N. 0'1 00 а- 0'\ О. "" """.
. . о о о с5 .
......
00 о rr; \о О О 00 О '<t 1.0 N ,. 00 '<t N
ct:: ::< N ('<', N <") ('<', N ("1 ("1 ("1 ('<', <") ("1 ("1
о с5 о о о о о о с5 о о о о о о
о '<t \о О '<t \о О '<t \о О '<t 1.0 '<t '<t '<t
'" ::< N N N N N N N N N N N N N N N
О О о о о о о о о о о о о о о
о N '<t О N '<t О N '<t О N '<t N N N
ci' ::<
о с5 о о о с о о о с с5 о о о о
..: '<t \о '<:t \о '<t 00 '<t 1.0 '<t 1.0 1.0 '<t '<t \о '<t
3
"7
:r 00 О 00 '<t \о 00 '<t \о О 00 '<t \о 00 r-- lrJ
:: V', \о '<t '<t '<:t ,. '<t '<t lrJ '<t '<t ,. '<t '<t '<t
::<
N ..: N N N N N N N N
:3
:r О '<:t О
.:: N r. '<t N ("1 '<t 1'-- 00 0'1 О 00
::< ...... N
'"
о- f-<
<u :r
::< N r. '<t lrJ \о r-- 00 0'1 О N ('<', '<t <n
О ::
::r: о..
'1:1
......
......
N
CII IQ
::f t;
:s: ,:s:
\о 8
CII
Е--<
::s::
е-
t::
=:
::s::
::;;
:а
=:
,.Q
.
::s::
v
CI)
::s
:r
р..
&
)::S::
::s::
t
:а
:I:
,.Q
Q:I
::s::
::s::
::s::
р..
CII
....... ';;:;-
t::' It::' N N .,.., ....... 100" '00"
,= 1"'\ ("1 t:" Ir:: 00
N N 1"'\ 1"'\ I . о' ....
I I N N I . 1"'\ ('f) ("1 t"I ("1 О
.,.., v\ . . ..... ..... м ("1 I I I
I I 1.0 1.0 1.0 t"I ("1
N N r-- r-- t"I ("1 и \о \о ("1 1"'\ ("1 I I
N N и ("1 t"I 0'1 0'1
I и и и и u и 00. 00' и и и и и N N
00 00 оё 00' 00 оё ' 00. 00. оё 00 и и
g :::. 1:::' :::. =. 00 :::. ..... =. 00 00
..... .... ь 8 .... .... 1.......
: : ...... .... О О О ....... I =. .....
« « ::а ::s t"I 1"'\ ......
::i! 00 00 .... ....
N N ...... ...... t; t; .,.., .,..,
I J о о t"I ("1 I
..... ...... CI)
I I I ::i!
...... .... ..... .....
u f-< f-< tI) tI)
"' "' Iд Щ
"'
€ '7о 00 О N '<t 1.0 00 ...... ("1 I I . .
.;- .,..,' v\ or) or) or) v\ v\ . I
'<t
.:; 's О ..... N 1"'\ .,.., 1.0 1'-- 00 0'1 О 0'1 00 r-- 1.0
t:: o:t' '<t o:t' o:t' o:t' o:t' o:t' o:t' o:t' o:t' 1() o:t' o:t'
О ..... N ("1 N ..... О 0'1 О .... N ..... ("1 11"\
c:i::i! o:t' o:t' '<t o:t' o:t' o:t' 1"'\ o:t' '<t o:t' o:t' '<t "!.
о о о. о 6 о о о о о' о о о о о
о ..... N ("1 o:t' ("1 N N ("1 t"I N ...... ...... N o:t'
.! ::;; ...... ...... ..... ...... .... ..... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... .... ......
о 6 о о о о о о о о' о о. о о. о'
'" 12 ...... N ("1 o:t' 1() 1.0 r-- 00 0'1 О 0'1 00 r-- 1.0 1()
00 00 00 00 00 00 00 00 00 0'1 00 00 00 00 00
h 12 о о о о о о о о о о о о о о о
о ..... N 1"'\ '<t' .,.., 1.0 1'-- 00 0'1 00 1'-- 1.0 .,.., o:t'
("1 1"'\ t"I 1"'\ t"I 1"'\ 1"'\ ("1 ("1 ("1 t"I ('f) 1"'\ 1"'\ 1"'\
О ..... N 1"'\ '<t' .,.., 1.0 r-- 00 0'1 О 0'1 00 r-- 1.0
2 r:. r:. 1'-- 1'-- 1'-- r-- 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- 00 r-- r-- r-- r--
о о о о' о о о о о. о о о о о. о.
J !5 о lrJ О 11"\ О 1() О ""'. q 1() о ('f) N .,.., ......
::i! N N N' N N N N N N N' N N N N
S !5 о N o:t' 1.0 00 О 00 1.0 1.0 '<t' N t"I ... N ......
1..:' ::i! .... ..... ..... ...... .... N ..... ..... .... ..... ..... ..... ..... .... ......
; ...... N ("1 '<t' 1() 1.0 1'-- 00 0'1. О ... N t"I '<t' 11"\
.... ... ..... .... .... ......
1-+7
РПР Х! 2. РАСЧЕТ ЛОПАСТНОЙ МЕШАЛКИ
::>
'"
2
Теоретическая часть
в разЛ\fЧНЫХ отраслях пищевой промышленности возникает
необходимость в перемешивании жидких продуктов: для смешива
ния двух или нескольких жидкостей, сохранения определенноrо
технолоrическоrо состояния эмульсий и суспензий, растворения
или paBHoMepHoro распределения твердых продуктов в жидкости,
интенсификации тепловых процессов или химических реакций, по
лучения или поддержания определенной температуры или конси
стенции жидкостей и т. д.
Перемешивающие аппараты классифицируются:
по назначению: для смешивания, растворения, темперирова
ния и т. д.;
по расположению аппарата: вертикальные, rоризонталь
ные, наклонные, специальные;
по характеру обработки рабочей среды: смешивание OДHO
временно во всем объеме, в части объема и пленочное смешивание;
по характеру движения жидкости в аппарате: радиальное,
осевое, танrенциальное и смешанное;
по принципу действия: механические, пневматические,
эжекторные, циркуляционные и специальные;
по отношению к тепловым процессфw: со стеночной по
верхностью теплообмена, с поrружной поверхностью теплообмена
и без использования тепловых процессов.
Механические перемешивающие аппараты получили наи
большее распространение в промышленности. По конструктивным
признакам их можно разделить на лопастные, рамные, планетар
ные, пропеллерные, турбинные и тарельчатые.
Наиболее распространенным видом механических перемеши
вающих аппаратов является реактор МЗС 316 (рис. 2.18).
Перемешивание продукта осуществляется мешалкой, состоя
щей из вертикальноrо вала с укрепленными на нем лопастями. В
нижней части корпуса имеются два патрубка для спуска конденсата
и выrрузки rOToBoro продукта.
3
4
5
...
..,
....
I
t
I
I
I
I I
\LI I I
r!:= = =-
! е
;.. ;..
е- [
с
Рис. 2.18. Реактор МЗС 316:
I электродвиrатель; 2 редуктор; 3 крышка; 4 мешалка; 5 корпус
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
перемешивания жидких пищевых продуктов; знакомство с класси
фикацией мешалок, их конструкциями и принципом работы; BЫ
полнение расчета лопастной мешалки.
3 а д а н и е: выполнить расчет лопастной мешалки, если за
даны: V объем жидкости, м 3 ; D aп диаметр аппарата, м; Н , и r. 1
соответственно радиусы вращения наружноrо и BнyтpeHHero краев
148
149
eph (О ,-
М== д paO (R4 r4), (2.136)
4 д л
rде е коэффициент сопротивления, величина KOToporo зависит от
формы и скорости тела, вязкости жидкости и т. п. (е == 20...180);
Р плотность перемешиваемой жидкости, Kr/M 3 (в расчетах прини
мается р == 1100...1350 Kr/M 3 ); h, высота лопасти, м; R, и r, COOT
ветственно радиусы вращения наружноrо и BHYTpeHHero краев ло
пасти, м (рис. 2.19).
Мощность потребная на вращение лопасти N, кВт,
N==М(Ораб' (2.137)
Следует учесть, что найденная по формуле (2.137) мощность
потребна только на вращение одной лопасти. Для Toro чтобы опре
делить мощность привода вала лопастной мешалки, следует учесть
общий КПД привода 1]I1Р, количество лопастей z и принять HeKOTO
рый запас мощности. Поэтому мощность электродвиrателя привода
вала лопастной мешалки N" кВт, равна
лопасти, 1\1 (рис. 2.19); z число лопастей на валу, шт.; h, высота
лопасти, м.
ш
Методика расчета
У р овень жидкости в спокойном состоянии h м
, ,
h == V / пR;т ' (2.128)
rде V объем жидкости, м 3 ; Ral1 радиус аппарата, м (R al1 == D ш ,l2).
Предельная уrловая скорость вращения лопасти OJ/I"' раД/с,
при которой жидкость в емкости размерами Ral1 и Н, м, налитая до
уровня h, не выплеснулась через край емкости (условие невыпле
скивания жидкости из аппарата) буд ет равна
(Он.в < g( Н h),
R aп
Предельная уrловая скорость вращения лопасти OJ"." рад/с,
которую она может иметь для Toro, чтобы ее верхний край не OKa
зался выше уровня перемешиваемой жидкости (условие необнаже
ния лопасти мешалки),
(Он..1 < : g( н h) ,
ап
Предельная уrловая скорость вращения лопасти OJ о , рад/с, при
которой будет выполнено условие необнажения дна аппарата,
(00 == Jh. (2.131)
R aп
Зная (0"6' Щ" и OJ о , выбираем (Ораб, рад/с.
Максимальная высота жидкости в аппарате h пшх , м (рис. 2.19)
2 2
(О раб Ral1
h тax == h +
(2.129)
an
Рис. 2.1.9. Схема к расчету скорости ло
пастной мешалки
валу лопасти М, Н'М,
(2.130)
(2.132)
4g
Тоrда высота аппарата Н, м,
Н == h тax + К , (2.133)
rде К некоторый запас высоты, м (принимается К= 0,5...1,2 м).
N э == N . z . k з /1] пр ,
150
Минимальная высота
жидкости в аппарате h тi ,,, М,
при которой процесс будет
протекать нормально, равна
2 2
OJраБRап
11 m in == h .(2.134)
4g
Для Toro чтобы Bepx
ний край лопасти не OKa
зался выше уровня воронки
вращающейся жидкости,
нижний уровень h тil1 BOpOH
КИ В центре должен быть
выше плоскости BepxHero
. края лопасти h j (рис. 2.19)
11 m in >111, (2.135)
Крутящий момент на
(2.138)
151
rде z количество лопастей на валу, шт.; 17пр общий КПД привода
(1]пр = 0,82...0,94); k з коэффициент запаса мощности (k з = 1,5...1,8).
Порядок офор.иления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
ВИи с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса перемешивания жидких ПИщевых продуктов,
классификация основных видов мешалок;
расчетную часть, в которой дается расчет лопастной мешал
ки по предлаrаемому варианту (табл. 2.12), описание конструкции и
принципа действия лопастной мешалки, марка которой указана в
варианте;
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
мешалки и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. В каких отраслях пищевой промышленности используются
мешал ки?
2. Каково устройство и принцип действия лопастной мешал
ки?
3. Какова классификация перемешивающих машин?
4. От каких параметров зависит производительность лопаст
ных мешалок?
5. Какие факторы влияют на режим перемешивания
продукта?
6. Как размеры и форма лопастей влияют на мощность при
вода лопастных мешалок?
7. Из каких соображений выбирается рабочая частота враще
ния лопастноrо вала?
152
N
N
ro
::J"
:;:
r:;
lO
('j
r--
):;:
:;:
:t
('j
('j
м
:о
:t
..о
>.
"1:
:;:
a:J
:;:
"1:
:t
:;:
:о
Е--
:t
('j
:;:
а.
CI:I
CCI
('1
,
о;: 00 о t:: 00 о
о;: f-- '<t м N О '<t N '<t
N N м '<t м N
0..0;: U , N ;.:: U , u
('j t: U U :s: u
t: М М U :s: м
r--
о;: :r: cr,
ro
.
lrJ \о r-- 00 0\ О N ("1 on \о r-- ос 0\ О N cr, О
::< '<t '<t '<t '<t '<t lrJ lrJ lrJ 11', '<t '<t '<t ""<t '<t lrJ lrJ on lrJ on
...:::: О о о о о о о о о о о о о о о о о о о
N ..: N ("1 '<t \о N ("1 '<t \о N cr, '<t \о N ("1 '<t 1.0 N ("1 '<t
:3
о о N О cr, N ("1 '<t '<t on ""<t lrJ \о lrJ 1'-- 00 r--
'1" '1" ""<t ""<t '<t """. ""<t ""<t ""<t ""<t '<t '<t ""<t ""<t ""<t '<t '<t '<t '1"
"- О о о о о о о о о о о о о о о о о о о
'<t on on 1.0 \о 1.0 r-- r-- ос 00 0'1 0'1 О О N N ("1
::< ""<t '1" '<t ""<t '<t '<t '<t ""<t '1" '<t '<t '<t lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
Q::: О О о cs о о о о о cs cs о о о о cs о а о
о N ("1 ""<t lrJ \о с-- 00 0'1 О N м '1" on \о 1'-- 00
Q ::< 0\ 0'1 0'1 0'1 0'\ 0\ 0\ 0'1 0'1 0'1 О с:. с:. q с:. q с:. о с:.
о о о cs о о о о о о ......
о '<t 00 О N 1.0 00 О ("1 lrJ r-- О О N \о 00 О ("1 lrJ
::: '::< on lrJ lrJ 1.0 \о 1.0 ":. r-- r-- r-- r-- 00 \о \о 1.0 \о r-- 1'-- r--.
О О о о о о о о о о о о о о о о о о о
о;:
o..f-<
<u :r 1.0
::< ('j N ("1 ""<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 О N cr, '<t on r-- 00 0'1
О ...... I""" I
:r: '"
'1:1
153
154
('4
N
r ЛАВА 3. ТЕхнолоrИЧЕt:КUt..: Ubur у ДUDf\.lll'.LL
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ
И ПОЛУФАБРИКАТОВ ФОРМОВАНИЕМ
ro О
ro f-< N '<t
5. (';1 N
roroU u
t:M ,с
РПР .N'!! 1. РАСЧЕТ MAKAPOHHOrO ПРЕССА
:::
:r:
:';1
:r
:r:
о
:.:
О
Теоретическая часть
N С". '<t lrJ N
...:::::;:;:<nIrJ<nIrJIrJOn
оо"осоо
в тестомесителе MaKapoHHoro шнековоrо пресса лишь пред
варительно смешиваются инrредиенты теста до образования крош
кообразной массы. Поэтому для приrотовления MaKapoHHoro теста
используется пшеничная мука BblcoKoro качества, которая должна
удовлетворять повышенным требованиям в отношении количества
и качества белковых веществ, консистенции и цвета эндосперма и
по ряду друrих показателей [22].
Макаронное тесто должно быть вязким и плотным, хорошо
сопротивляться разрыву и в то же время леrко поддаваться формо
изменению под действием наrрузки, но не сжиматься и не слипать
ся в процесс е разделки и сушки.
В высушенном виде макаронные изделия должны обладать
высокой прочностью и не деформироваться, иметь стекловидный
излом и привлекательный вид. Эти свойства обусловливаются KO
личеством и качеством содержащеrося в эндосперме белка.
Белковые вещества зерна пшеницы весьма rидрофильны и
способны при смешивании с водой образовывать клейковину, KOTO
рая связывает более чем двукратное количество воды по отноше
нию к массе сухих веществ.
Клейковинные нити и пленки, будучи равномерно распреде
лены в массе теста среди крахмальных зерен, склеивают их и обра
зуют упруrо пластичный скелет пшеничноrо теста, придавая ему
эластичность и вязкость. В сухом виде эти пленки и нити становят
ся твердыми, прочным и телами, передают эти свойства изделию в
целом, сообщают ему монолитность, прочную структуру, способ
ную сопротивляться значительным наrрузкам, возникающим при
перевозках и хранении.
Замес MaKapoHHoro теста и ero последующее формование
осуществляются в шнековых макаронных прессах непрерывноrо
wgNC".'t"\DN't"
:>OX;0'I0'10
:.;' ::о: 7 7 '<t '<t lrJ on
'000600
rri..q-..q-V)\.rj\,Q
:;:;:<nIrJOnIrJIrJIrJ
Q:::' 060660
O\O N("1'<t
t""'\ :;:;: О. """": . ---: ---: .
...........................................
.,.. о ("1 \D 00 О N
::.. :;:;: 00. 00. 0\. 0\.
000000
'"
a..f-<
(1) :I:
:;:;:roO N("171rJ
O NNNNNN
:r.: ro
а:
J55
действия. В тестомесительное корыто мука подается из дозаТора
тонким слоем непрерывно. Здесь поток муки в падении встречается
с водой, поступающей из друrоrо дозатора в виде мельчайших
струек или брызr. С первоrо момента соприкосновения этих компо
нентов начинается процесс связывания воды коллоидами муки.и
набухание последних.
В отечественных шнековых прессах приrотовление MaKapOH
Horo теста происходит в два этапа.
На первом этапе мука, вода и обоrатительные добавки (если
последние предусмотрены рецептурой) смешиваются в тестомеси
теле, входящем в конструкцию пресса. Процесс смешивания муки и
воды в этих машинах непрерывный. Для этоrо тестомеситель снаб
жен мучным и жидкостным дозаторами. ОНИ должны очень точно
дозировать муку и особенно воду, т. к. даже незначительное откло
нение дозировки воды в любую сторону изменит свойства теста.
В смесителях шнековых прессов получают порошкообразное
тесто в виде мелких крошек и небольших крупинок. Такое тесто
неприrодно для непосредственноrо прессования. Поэтому TeCTOMe
сители шнековых прессов нельзя называть тестомесительными Ma
шинами, т. к. они не вымешивают тесто, а лишь равномерно увлаж
няют муку разбрызrиваемой водой.
Второй этап осуществляется в канале шнековой камеры прес
са, rде крошкообразная масса теста под воздействием шнековой
лопасти постепенно уплотняется и пластифицируется, приобретая
структуру и свойства, необходимые для последующеrо формова
ния.
Таким образом, происходит заключительная стадия форми
рования структуры MaKapoHHoro теста, резко отличающаяся от
структуры хлебноrо теста.
Количество воды, потребное для замеса MaKapoHHoro теста,
зависит от количества и качества клейковины и влажности муки.
Влажность теста в зависимости от вида изделий должна быть в пре
делах 28,0...32,5 % (табл. 2.13).
На структурно механические и реолоrические свойства теста
orpoMHoe влияние оказывает температура, значительно определяя
ход и результат прессования сырых изделий.
Таблица 2.13
Начальная влажность теста для различных макаронных изделий
Вид изделий
Влажность, %
31,0...32,5
30,0...30,5
шка)
30,0...31,5
30,0...31,5
28,5...29,0
31,5...32,0
Температура теста зависит не только от температуры ero
компонентов, но и изменяется при ero приrотовлении в тестомеси
теле и в шнековой камере, rде механическая энерrия работы рабо
чих opraHoB тестомесителя и пресса почти целиком переходит в Te
пловую энерrию, за счет которой тесто .l10полнительно проrревает
ся. Кроме Toro, шнековая камера может иметь rреющие или охлаж
дающие устройства, также корректирующие температуру теста. По
этому в настоящее время в тестомесителях шнековоrо типа чаще
Bcero используют два типа замесов: холодный и теплый (табл. 2.14).
Таблица 2.14
Основные характеристики замесов MaKapoHHoro теста
у словия замеса и формования Холодный замес Теплый замес
теста
Температура воды, идущей на 18...28 58...70
замес, ос
Температура теста в конце 30...31 38...40
замеса, ос
Консистенция теста в конце Крошкообразная Мелко комковатая
замеса
Заполнение тестомесителя по 1/2 с понижением 3/4 с понижением
объему к питаюшему к питаюшему
отверстию отверстию
Температура сырых изделий 42...46 45...50
после прессования, ОС
Влажность теста, % 28,6...29,6 28,2...29,5
Установлено, что качество rOToBbIx изделий, полученных при
теПJIОМ замесе, значительно лучше. Следовательно, температура
TeC Ta к моменту окончания вымешивания в смесителе зависит от
156
157
температуры муки и воды, соотношения муки и воды в тесте (на
100 Kr муки в среднем 23 Kr воды), влажности муки, теплоты rидра
тации муки и т. д.
Для расчета температуры воды {,;, ос, по заданной температу
ре теста, температуры MaKapoHHoro. теста {/ll, ос, и необходимой
температуры муки (", ос, по заданной температуре воды и теста
Пользуются формулами (2.139) (2.141) и соответствующими дaH
ными (табл. 2.15).
Расход муки на 1 т rOToBbIx изделий и количество воды, необ
ХОДИl\10е для получения теста, требуемой влажности, определяются
по формулам (2.142), (2.143).
В тестомесителе MaKapoHHoro пресса приrотовляется весьма
неоднородная масса, крошковато рыхлая по структуре, неприrод
ная для непосредственноrо прессования.
t = Tt]c] Mt.\lc\1 TM
G в '
(2.139)
8сlажность, Удельная теплоемкость С, Теплота rидратаuии
кДж/( Kr. К) r,
о/с муки MaKapOHHoro теста кДж/( Kr. К)
10,0 16,70
10,5 14,60
11,0 1,93 12,90
11,5 1,95 11,70
12,0 1,96 9,04
12,5 1,97 8,79
13,0 1,98 7,53
13,5 2,00 6,27
14,0 2,01 5,44
14,5 2,02 4,60
14,0 2,03 3,76
15,5 2,05 2,93
28,0 2,36
28,5 2,37
29,0 2,40
29,5 2,40
20,0 2,41
30,5 2,42
31,0 2,44
31,S 2,45
32,0 2,46
32,5 I 2,47
t = Mt. lI C l1 + Bt G + ТМ
т
тс т
Ttmc m Bt G ТА!
t =
.11 ,(
Л'lС н
,де т масса полученноrо теста, Kr; С т удельная теплоемкость Tec
та, кДжl(кr.К); М масса муки на замес теста, Kr; С" удельная теп
лоемкость муки, кДж/(кrХ); Т теплота rидратации 1 к! муки, из
расходованной на замес теста, кДж/(кr.К); В масса воды на замес
теста, Kr.
(2.140)
(2.141)
100 w
м = 1000 11 + М
100 W п'
.\1
в = М(\У т W. H )
z 00 \У l71 '
rде W", W", \У/II соответственно влажность rOToBbIX изделий, муки,
теста, %; м" механические потери муки, Kr/T, м" = (0,36...0,60).
(2.142)
Перед прессованием тесто должно пройти основательную Me
ханическую обработку с целью придания ему упруrих, пластично
вязких свойств. Затем из смесителя тесто поступает в шнековую
камеру, rде под действием вращающеrося шнека постепенно уп
лотняется и перемещается в предматричную камеру, из которой
пластифицированное под большим давлением формуется через
специальные матрицы [44].
В современных конструкциях прессов макаронное тесто пе
ред поступлением в шнековую камеру подверrается вакуумирова
Нию, т. е. из Hero удаляется воздух. Это позволяет, Во первых, по
лучить макаронное тесто более плотной структуры, повысить Mexa
ническую прочность высушенных изделИЙ, и BO BTOpЫX, снизить
скорость реакции окисления кислородом воздуха пиrментных
159
(2.143)
Таблица 2.15
Теплофизические характеристики муки и MaKapoHHoro теста
158
веществ rруппы каротиноидов, придающих изделиям приятный
желто кремовый цвет.
Цель формования придать макаронному тесту форму, xapaK
терную для данноrо вида изделий (трубчатые; нитеобразные; лен
точные и фиryрные), которая сохранял ась бы на последующих CTa
диях производства.
Шнековые макаронные прессы непрерывноrо действия преk
назначены для приrотовления теста и формования из Hero сырых
макаронных изделий. Основными узлами современных прессов яв
ляются дозировочное устройство для муки и воды, тестомеситель,
прессующий корпус, прессующая rоловка и матрица. Каждый пресс
оборудован системой вакуумирования [43].
Макаронные прессы (рис. 2.20) различаются конструкцией
дозаторов, числом камер тестомесителя и их расположением, коли
чеством прессующих шнеков, конструкцией прессующих rоловок,
формой матриц и местом вакуумирования. Обычно макаронные
прессы этих типов устанавливаются в комплексно механизирован
ных линиях для производства длинных и коротких макаронных из
дел ий.
Шнековый макаронный пресс (рис. 2.21) состоит из привода,
дозирующеrо устройства, тестомесителя, прессующей rоловки, об
дувочноrо устройства, системы трубопроводов и прессующеrо KOp
пуса, установленных на общей станине.
Пресс комплектуется механизмом резки, набором круrлых
матриц и вакуумной системой.
Матрица является основным рабочим opraHoM пресса и пред
ставляет собой металлический диск (круrлая матрица) или прямо
уrольную пластину (тубусная матрица) со сквозными отверстиями,
профиль которых определяет форму изделий (рис. 2.22).
Шнековый макаронный пресс работает следующим образом.
Мука самотеком непрерывно из бункера поступает в дозатор, из KO
illнeковый Муки J::I
о
...,
Роroрный Q.)
Воды ......" <3
Леmoчный
Однокамерный --1
ЛоnaС1ный ('")
<3
двухвальный Двухкамерный i!:
('")
ЛоnaС1Нblй Трехкамерный Я
::о:
одновальный о
че1ырхкамерныый t7' 1::11
е::
i!:
Q.)
rоловка Одношнековый ('") ::о:
('") .g
дла круrлых '<
::5 о
мачнщ Двухшнековый Е
Тубусдля S,
прямоуrоль- ::о: .g
че1ырхшнековыый о
ных ма1рИЦ
('")
()
() е::
1::11
t:II
Прессующий q
'< з:
корпус J!:
.е
('")
о <3
1::11
t:II
Тесroмесиreль !
Рис. 2.20. Классификация макаронных прессов
Toporo вращающимся шнеком подается в тестомеситель. OДHOBpe
менно подоrретая вода с температурой 40...60 ос из дозатора по
трубе поступает в тестомеситель. В зависимости от влажности муки
расход воды составляет 80...90 кr/ч. Расход воды на охлаждение
прессующеrо корпуса 11 О кr/ч. При нормальной работе пресса Tec
то должно заполнять 2/3 объема корыта и иметь небольшой уклон
по направлению к выходному отверстию.
Необходимый уровень заполнения корыта тестом достиrается
реrулированием плоскости концов лопаток к оси вала, которые OT
брасывают определенную часть комочков теста в направлении от
выходноrо отверстия к дозаторам. Отбрасывание теста в обратном
161
160
2
l Ма1рицы
t:>
c\i
"
'"
"
<.J
..
".
'"
1t
'"
'"
::::r
;<.JI
:;;
!
ii
о. '"
8
" <.J
t$ Б
о.
.... <.J
J
I
J.
T T"I
p 5
Рис. 2.22. Классификация матриц
{З
канал удаляются воздух и пары воды. Остаточное давление воздуха
в прессующем корпусе составляет 1 О кПа. Из перепускноrо канала
тесто проходит сквозь решетку в прессующий корпус, захватывает
ся витками шнека, наrнетается в rоловку и затем продавливается
через формующие отверстия матрицы при давлении 6,5...7,0 МПа.
Выходящие из матрицы макаронные изделия проходят обду
вочное устройство, при этом они имеют температуру, равную TeM
пературе прессованноrо теста, которая составляет 45...50 ос [44].
В прессовом отделении значительно меньшая температура
окружающеrо воздуха, в результате для изделий, выходящих из
матрицы, создается температурный перепад, величина KOToporo
зависит от разности температур прессования и окружающей среды.
Чем больше эта разность, тем выше температурный перепад и, сле
довательно, более интенсивное испарение влаrи с поверхности из
Делия. Этот процесс происходит до тех пор, пока температура изде
лия и окружающей среды не выравняются, после чеrо на поверхно
сти изделия возникает' защитная корочка, которая препятствует
слипанию изделий в процессе дальнейшей раскладки и сушки.
Рис. 2.21. Шнековый макаронный пресс:
1 редуктор привода; 2 дозировочное устройство; 3 тестомеситеш.;
4 прессующая rоловка; 5 обдувочное устройство; 6 механизм резки;
7 станина; 8 прессующий корпус
направлении в оптимальных размерах необходимо для обеспечения
нормальной циркуляции теста, что удлиняет время ero нахождения
в корыте до 1 О мин и способствует набуханию клейковины и луч
шей проработке теста лопатками и пальцами.
Замешенная в виде КОмочков и крупинок тестообразная масса
из корыта смесителя через отверстие в нижней части направляется в
прессующий корпус. При этом, реrулируя заслонкой размер BЫXOД
Horo отверстия, можно изменять количество теста, подаваемоrо в
прессующий корпус, и тем самым изменять производительность
пресса.
В прессующем корпусе тесто, продвиrаясь, обтекает шайбу
на шнеке и поступает в перепускной канал, rде из Hero через BaKY
YM
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
прессования макаронных и делий; ознакомление с классификацией
162
163
eTOДHKa расчета
(табл. 2.16); /( коэффициент заполнения корыта тестом (/( = 0,5...
0,75).
Qu = Q'пr100 WUJд)/(1О0 W m ), (2.148)
rде Q , производительность пресса по сухим изделиям, кr/ч;
W uзr ) влажность сухих изделий, % (W шд = 13 %); W m влажность
теста, %.
Общая длина месильных корыт L, м,
L = V/5/11, (2.149)
[де 5/11 площадь поперечноrо сечения корыта, м 2 ,
5 т = 1[(//2 + (h в/2), (2.150)
здесь в ширина корыта, м (в == 0,38...0,42 м); h высота корыта, м
(/1 == 0,40...0,54 м).
Производительность тестомесителя Qm, кr/ч,
макаронных прессов, их конструкциями и принципом работы; при
обретение практических навыков расчета MaKapoHHoro пресса.
3 а д а н и е: 5 шаr шнека, м; ! длина шнека дозатора муки,
м; ,, продолжительность замеса теста, ч; Q производительность
MaKapoHHoro пресса по rOToBbIM изделиям, кr/ч; 11", частота враще
.\
ния месильноrо opraHa, мин ; I1 l1l максимальная частота вращения
-\ М
шнека, мин ; р давление прессования, Па; W m начальная влаж
ность MaKapoHHoro теста, %; 110 число формующих отверстий в
матрице, шт.; вид MaKapoHHoro изделия.
Расчет дозuрующе20 устройства. Производительность шне
KOBoro дозатора муки Q,,, кr/ч [27],
60п- (D 2 d 2 )
Q.H 4 5. 11' Р." . qJ , (2.144)
[де D наружный диаметр спирали шнека, м (D == 0,18...0,20 м); d
диаметр вала шнека, м (d = D/2); 5 шаr шнека, м; 11 частота Bpa
щения шнека, мин'\ (п == 20...24 мин'\); р" насыпная плотность MY
ки, Kr/M 3 (р" == 600 Kr/ м 3 ); qJ коэффициент заполнения (ср = 0,8).
Производительность дозатора воды Qe, м'/ч,
Q. = v'n g '1\; (2.145)
rде v вместимость одноrо кармана, 11.13 (v = (0,2...0,3).10'3 м 3 );
n g количество отмериваемых доз в час (l1д = 1000...1100 доз/ч); /(
коэффициент заполнения кармана водой (IC= 0,4...0,5).
Потребляемая дозаторами мощность N, кВт,
N = Q,,'!'/(/'IC/1000'1], (2.146)
rде ! длина пути перемещения муки, м; /(/ коэффициент сопро
тивления перемещению муки в корпусе дозатора (/(/ = 1,2); /(2 KO
эффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках
(/(2 = 1,1...1,2); 1] КПД привода (1] = 0,8...0,9).
Расчет тестомесuтеля. Суммарная вместимость месильных
корыт для заданной производительности пресса V, м 3 ,
Qm = [( 100 W m )/(100 Wшд))'VРII'-к/Т, (2.151)
[де РII "'" 719 кr/M 3 насыпная плотность теста (см. табл. 2.16).
Потребная мощность на замес теста N/11, кВт,
N m = О,45'V' IC зр т -R,шg/1000,
(2.152)
rде V вместимость месильных корыт, м 3 ; /(3 коэффициент запол
нения корыт тестом (/(, = 0,8); Рт плотность теста, Kr/ м 3 (табл.
2.16); R . максимальный радиус месильноrо opraHa, м; QJ уrловая
скорость вращения месильноrо opraHa, рад/с; g == 9,81 м/с 2 YCKope
ние свободноrо падения.
Расчет прессующе20 устроЙства. Фактическая производи
тельность MaKapoHHoro пресса по сырым изделиям должна быть
равна производительности тестомесителя.
V = QI1.r/Pm'IC, (2.147)
[де Qu производительность пресса по сырым изделиям, кr/ч;
т . продолжительность замеса, ч; Р/11 плотность теста, Kr/M 3
.,
165
164
1.0
N
«:!
:;j"
:: ,::
t:; ::
t:;
ю CI)'
«:! \::1:
м
::
JS
::I:
::I:
О
о-
«:!
:.:
«:!
::;;
::
Q:I
о
t;
:.:
::
о-
\о
«:!
-&
;>.,
t:;
о
1::
':i
;>.,
::;;
..Q
Е--
u
О
::I:
Е--
О
t:;
1::
со:
«:!
::I:
1::
JS
u
«:!
::I:
::
..Q
Е--
u
О
::I:
Е--
О
t:;
t::
166
""::Е ,::
t::: о о о
:<: :<: О О
u о; о; 0'1 r-- 1.0 N ос ос ("", N
cl Р. 00 , N r-- r-- lrJ 1.0 О ("", N
О lrJ r-- r-- r-- 1.0 1.0 '<t ("1 '7 '7 '7
..Q r-- N
... r-- r--
u u
О
:I:
f-<
О
о::; :::
t: :<:
со: u
р. r-- О 0'1 r-- N 1.0 lrJ 1.0 N 0'1
:I: r-- о I ("". 00 о '7 lrJ 00
t: 1.0 1.0 r-- 1.0 1.0 lrJ lrJ '7 ("1 ("1 ("1 ("1
::а
u м
v
:I: lO
""::Е
t:::
:<: r--
о: '<t
О О О '7 О О О О О О О О О
..Q 1.0 1.0 lrJ : N 00 00 or; ("1 N О О lrJ
f-< '<t '7 N N ("1 N N N ("", ("1 ("1 ("1 N
U ......
о 0'1
:I: ("",
f-<
О
о::;
t::
:i
f-<
:<: r--. О О. ос lrJ N 1.0. r--. ("1
>.
t::1: '<t ("1 ("1 о о\' 0\ ("1 с<1 ("1 ("",
о ("" t') ("1 с'! N '7. 00
cl. : : 0'1 О
t: -.D N о о. q 00 00 N 00 О ."f 00
..Q N' N' о\' 00 r-- 00 00 N N' о N'
f-<
U N N N N N
о
:I:
;Е
'"
о::;
са
(1)
о::;
<!.) (1)
... о
::ё ::: :I: '"
f-< u :I: (1) :<: (1) :<:
:<: :::f <!.) ::ё ::ё ::Е с>:: ::а ::Е
>. ::: ::Е '1:1 lO О ::: lO о
f-<
t::1: :I: о '" о о::; о::; о о::;
о (1)
(1) u :<: u о t::1: u О
о.. 3 о u u , О U о u
(1) В. ..Q М ..Q
t:: t: U f-< ::а :а о::; ::: :а Jj о::;
м О р:) t: lO :I: :I: (1) (1) :I: :I: <!.) :::
::: ... '" u i 3 ::а 3 :<:
(1) о о ::: ::: р:) ::: '"
'" 3 :<: 3
:<: f-< f-< '" о '" '"
>. u о u u о::; :<: :<: ;Е f-< :<: :.:: t: :.:
Jj u (1) (1) о '" (1) g о '" (1)
р:) Е--< Е--< t:: ::Е ::Е р:) L... ::Е ::Е '1:1
Производительность наrнетающеrо шнека Qф, кr/ч,
Qф ==о,25т'Рт' m(Ri Rl у 5 ш 82 +81 } Ш '/(н '/(п' /(с' (2.153)
\ 2 cosa
rде т/ число заходов шнека (т/ == 1 для вермишели, т/ == 3 для
, 3
лапши и макарон), Рт плотность спрессованноrо теста, Kr/M
(Pnт== 1430 Kr/M"); т количество прессующих шнеков, (т == 1 или 2);
R 2 И R J соответственно наружный и внутренний радиус шнека, м
(R 2 == 0,060 м, RJ == 0,027 м); 5 ш шаr витков винтовой линии шнека,
м, 5/11 == т5 0 ,' 50 расстояние между смежными витками, (50 == =0,1
м); 82 ширина винтовой лопасти шнека в нормальном сечении по
наружному радиусу, м (82 == 25.10'3 м); 8] ширина винтовой лопа
сти шнека в нормальном сечении по внутреннему радиусу, м (8]
== 5.10'3 м); а уrол подъема винтовой лопасти по среднему диамет
ру шн ка, rрад,
tga = 5j21!R cp , (2.154)
здесь К р средний радиус шнека, м, Rcp == (R J + R 2 )/2; n Ш макси
мальная частота вращения шнека, мин'\; /(" коэффициент наполне
ния полости шнека тестом (рис. 2.23); 1(" коэффициент прессова
ния теста, учитывает степень уменьшения ero объема в шнековом
канале при переходе ero из крошкообразноrо состояния в спрессо
ванное; к"с коэффициент, характеризующий подачу теста шнеком,
т. е. качество прессования (К"с == 0,9...0,95).
Коэффициент прессования теста
/( == Рн == Рн (2.155)
п Рт [l2,9 1;:7 )- JO 3 р + 1,373
rде р" плотность теста, Kr/M 3 (Р" == 719 Kr/M\ Рт плотность спре
cOBaHHoro теста, Kr/M 3 (Рт == 1430 Kr/M 3 ); W m начальная влажность
теста, %; Р давление прессования, МПа.
Мощность привода прессующеrо шнека N lI " кВт,
N ш ==215pnll,tga( 2 R3J)'
(2.156)
rде р давление прессования, МПа; n ш частота вращения шнека,
мин'\; R J И R 2 внутренний и наружный радиусы шнеков, м.
167
0,6 <о
:.о: О
0,5 Q t
:I:
5 0,4 3
...
:с СО.....
'(1) 0,2
:с
о
r::: О
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 S/D
I
(1) 0,6
g 50
....
... 62
-& 0,4
-&
8
0,2
О
0,4 0,6 1,0 1,2 S/D
40
::s ,80 ..
со" 100
(1)
(1) 120 :с
:с Е1
8
160 t
со
а ::s
со
200
Расчет ,натриц. Для матрицы выполняют технолоrический
расчет, который заключается в определении ее производительности
и соответствующеrо диаметра.
Производительность матрицы по сухим изделиям П, кr/ч,
100 W m .
П=3600.1J п Ртf ' (2.157)
100 W uзд
rде -д п скорость течения теста по формующим каналам, м/с;
рт плотность спрессованноrо теста, Kr/M 3 ; f площадь живоrо ce
чениЯ матрицы, м 2 ; W m влажность теста, %; W uзд влажность rOTo
вых изделий, % (W uзд = 13 %).
2
ПЛощадь живоrо сечения матриц, м, в зависимости от вида
изделий:
а) для трубчатых изделий (для макарон)
f.\l== ; .пo(dZ d;), (2.158)
rде по число формующих отверстий в матрице, шт. (по == 600 шт.);
d" наружный диаметр формующеrо отверстия, м (d H == 5,5.10'3 м);
d" диаметр вкладыша, м (d в == 2,5.10.3 м);
б) для вермишели:
тr 2
fe == . пod e ,
4
rде по число формующих отверстий в матрице (по ==
диаметр формующеrо отверстия, м (d в == 1,5.10.3 м);
в) для лапши:
(2.159)
1938); d в
!,==пol,a, (2.160)
rде по число формующих отверстий в матрице, ШТ. (по== 1140 шт.);
1 длина формующей щели, м (l == 4,0.10'3 м); а ширина формую
щей щели, м (а == 1.10'3 м).
ПЛощадь матрицы F, м 2 ,
F == f / /(, ' (2.161)
rде "1 коэффициент живоrо сечения матрИцы (табл. 2.17).
Диаметр матрицы D, м,
а) для круrлых матриц
D == .J4F /тr ,
б) длина прямоуrольных матриц L, м,
L== F / В,
(2.162)
Рис. 2.23. HOMorpaMMa ДJ1Я определения коэффициента наполнения
полости шнека тестом
(2.163)
169
168
rде В ширина прямоуrольной матрицы, м (В 0= 0,1 м).
Скорость течения (выпрессовывания) теста по формующим
каналам в зависимости от формы сечения канала д п , м/с:
а) для трубчатых изделий (макарон)
z R"
1Э п = 1Э" +f (/),Р + pmg /lll " J l [ (RI R; )11l .2 R; )lll ] ,(2.164)
J1 l в R r; R"
Рис. 2.24. Схема течения
't:o,) теста в кольцевом канале
rде до скорость скольжения (принимается до = О); J1 динамиче
ская вязкость, зависит от влажности MaKapoHHoro теста Па.с.
4 6 ' ,
(J1 = 0,4.10...0,3.10 Па.с); др перепад давления по длине фор
мующеrо канала, Па.с; др = (2...6).106 Па; g ускорение свободноrо
7
падения, M/C ; 1 длина канала, м; 10= 0,003...0,007 м; R" и R B COOT
ветственно наружный и внутренний радиус отверстия трубки MaKa
рон (рис. 2.24), м; r радиус от оси кольцевоrо канала, м,
RIf R в
r = + R в . (2.165)
2
RH
Таблица 2.17
Коэффициенты живоrо сечения макаронных матриц
некоторых типов
р
б) для вермишели
,1" ,10 + =; (<lp + Р т g 1( 1 ( )'] ,
rде R радиус сечения формующеrо отверстия, м; r = R/2, м;
в) для лапши
д п = до + (дp + pmg ) ( /2 а 2 J ,
4J1 2
rде 1 и а соответственно длина и ширина формующеl'О отверстия,
м.
Подставив в формулу (2.157) рассчитанные величины, полу
ЧИI\1 производительность матрицы по rOToBbIM изделиям.
Расчет на прочность проводят с целью определения допусти
мой наrрузки (давление прессования) на матрицу, и для прямо
уrольных матриц толщина матрицы 8, м,
8=B , (2.168)
rде В ширина матрицы, м; А коэффициент, который, в зависимо
сти от диаметра отверстий и числа продольных рядов в матрице,
составляет 1,40...13,7; Р расчетное давление прессования, Па; [(j]
допустимое напряжение материала матрицы, Па ([ (j] = 140... 160
МПа).
(2.166)
(2.167)
Ассортимент Число отверстий в матрице 1С,.
Макаооны диаметром, мм:
7,0 520 0,203
7,0 520 0,216
5,5 464 0,187
5,5 600 0,137
Рожки диаметром, мм: 462 0,156
5,0 462 0,156
5,5 454 0,149
Вермишель диаметром 1,5 мм 1938 0,15
Вермишель диаметром 2,5 мм 1122 0,062
Лапша размером, мм:
5,0 х 1,0 436 0,02
4,0 х 1,0 1140 0,079
170
171
Порядок офор.; tления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса формования макаронных изделий, классификация
шнековых макаронных Прессов и матриц, кратко характеризуются
все стадии прессования макаронных изделий;
расчетную часть, в которой приводится расчет MaKapoHHoro
пресса по предлаrаемому варианту, описание конструкции и прин
ципа действия MaKapoHHoro пресса, указанноrо в индивидуальном
задании (табл. 2.18);
rрафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
MaKapoHHoro пресса и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. Какова классификация шнековых макаронных прессов и
матриц?
2. В чем сущность этапов приrотовления MaKapoHHoro теста?
3. Что представляет собой макаронное тесто?
4. Как макаронное тесто характеризуется по реолоrическим
свойствам?
5. Чем обусловливается ламинарное течение MaKapoHHoro
теста?
6. Какие виды движения MaKapoHHoro теста имеют место в
шнековой камере пресса?
7. Какие виды макаронных изделий получают прессованием?
8. Что такое вакуумирование теста, как и rде оно осуществля
ется и на что влияет?
9. Чем конструктивно различаются макаронные прессы?
10. Какие основные устройства входят в состав MaKapoHHoro
пресса?
172
м
N
::r
::
r:::
'\о
r--
:Е '"
(1) U
f-< U
Cl.(I)
!U cl.
::r t:
с>::
t:::t :>:
:>: :i3
t:::t
'"
:>:
"':" ,.......,
"-:Noo
N N
U
t::
t::;
. N
:::Е ""'0
t:: '-" ---: cr.
t::; U U
-.о cr.:>:
>..о ;::!.а.
U
м5.
;::!.
I О (1)
'" :i'J :r: ::;:;
:r: :r:
8.
о а1
,
:>: А
::;: о::;
Cl.!U
!U 3
о о о о о :>о lrJ N С ос lrJ N О
..q- о о С'", С'", N N м ("1 N N
1.0 ос N N О 00 N N о'- r-- о о'- r-- о
3 ..q- '"<t lrJ lrJ 1.0 '<t v") lrJ
':>: or о v1 о "l о. "l lrJ О lrJ v1 О vl
:s: ;i 0'1 0'1 О О N N 0'1 о:; О о о о о'-
:I: N N ("1 С'", ("1 ,..., с<", С'", N N С'", м м ("1 ('f) N
о. о qo о
м '" О о. о q q q о о. о
. .с: о. о. -.6 -.6 о oi о 0:;0 oi О
:д Q..,:::E 1.0 r-- r-- r-- \о r-- 0'1
:I:
од
"7 О N ("1 ..q- '<t ("1 \о
;>., :r: о С'", '<t or. N cr.
.: :>: '<t ..q- '<t '<t '<t ..q- '<t '<t N N N N N N N N
:s: ::;:
а1
:s:
"7
:I: :r: О N с<", lrJ 1.0 ос О О N '<t 1.0 00 О N or,
:>: ::: 00 00 00 ос 00 00 ос 0'1 \о 1.0 1.0 1.0 1.0 r-- r-- r--
:д ::;:
f--
:I:
:>:
о.. :::. :т lrJ ,...., or. О lrJ О lrJ О О 1/') О or, О lrJ О 1/')
'6) ] r-- 00 00 о'- 0'1 О r-- 00 о'- 0'1 О О N N
ro cr. м м с<", м '<t ,..., ("1 '<t '"<1" lrJ lrJ or; or; v") lrJ
\о 00 О \о О 00 \о О 00 О N 00 О N ос О
\s N N N N м с<". М 2- N с<",
::r О о о о о о о о о о ,....,
,...., '-" '-"
'-"
о N 1/') 00 С N lrJ О О lrJ N О ос or; N О
::;: '<t '<t '<t '<t lrJ lrJ 1/') \о \о or; or; v1 '<t '<t """. """.
О о о о о о о о' о о о о с' о о о
("1 '<t or; \о r--- '<t 1.0 r-- 1.0 or; '<t С'", 1.0 r--
::;: о о о с о о о о о о о о о о о о
cl. =
!U О N С'", '<t 1/') \о
::;: Cl.:r: N с<", '"<t v") 1.0 r-- 00 0'1
о gs '"
:I:
173
м
N
t::;
ю
CI)
:s:
:I:
=-
:I:
О
:.:
О
;Е
(1) u
f-< U
Cl.(I)
(1) cl.
::r с::
о;
t:::t ::;:
::;:
са t:::t
м
::;:
"
:::: 3
«j
-с::
'"-:Е
" 'х
tE"
'х
::;:
::: ::Е
::r
'ci
\s ::r
::Е
v-j'::Е
:3
g
r::;0
-.b
.,f
cr,
cr,
:.J U
("1 ::;:
;::!.о..
Теоретическая часть
РПРNg2. РАСЧЕТ ЭКСТРУ ДЕРА
3
с::
r::;
Экструдерами называются машины, в которых осуществляет
ся выдавливание жrутов пере раб а тыва ем ой массы через формую
щие отверстия матрицы. Формование экструзией имеет ряд пре
имуществ: непрерывность и высокая скорость процесс а, безотход
ность технолоrии и высокая культура производства [38].
В различных отраслях пищевой промышленности они нашли
широкое применение: в кондитерской для формования корпусов
конфет из пралиновых масс, в мясной при производстве колбас, в
молочной для дозировки и формования сливочноrо масла и TBOpO
[а, в хлебопекарной как основная часть мноrих тесто отделителей.
Конструкция экструдеров разнообразна. Но все они имеют
формующий элемент матрицу, которая формой и размерами OT
верстий опреде;Iяет поперечное сечение экструдируемоrо жrута, и
наrнетатель, который должен создать в экструдируемой массе He
обходимое давление для Toro, чтобы вызвать ее течение через OT
верстия матрицы С желаемой скоростью. В зависимости от формы
поперечноrо сечения отверстия в матрице бывают круrлые, прямо
уrольные, конусные, квадратные, ромбические и сложной конфиrу
рации. Сложные отверстия с вкладышами при меняются при формо
вании полых изделий.
Материал для матриц должен быть коррозионно стойким, об
ладать антиадrезионными свойствами и высокой прочностью. Что
бы снизить прилипаемость формуемоrо продукта, отверстия поли
ру ют и хромируют. Широко применяют в настоящее время матри
ЦЫ, состоящие из металлической обоймы и сменных вставок.
Вставки представляют собой сменные rильзы с формующими OT
верстиями, изrотовляются из пластмасс с сильно выраженными aH
тиадrезионными свойствами.
Форма и размер предматричной камеры зависят от свойств
перерабатываемоrо продукта, типа и размеров наrнетающеrо Mexa
низма и должны способствовать выходу выпрессовываемой массы
через каналы матрицы с возможно более равномерной скоростью, а
также препятствовать образованию застойных зон.
0°1rJ1.001.O °1.O
:!Ncr,O("1 ("1
'<t'<t'<t'<t '"<t
01rJ01rJ001rJ01rJ
oioioo "":06o\
NN("1cr,("1("1("1cr.N
000000000
N N"":N NN
...... ............ ..................
ON'<t\OOOON'<t1.O
1.01.01.0 \О 1.Or--r--r--r--
01rJ08 01rJ
::::::::::::::::::
ooONooONooON
Ncr,("1Ncr,("1Ncr.("1
006060000
OoolrJNOOOIrJNO
\OV")IrJIrJIrJ"<t"<t'<t
060000000
'<t1rJ1.Or--("1IrJI.Or--'<t
000006000
а} , '"
::E5....r--ООO'lО N("1'<tV")
O :I: NNNNNN
:I: '1:1 '"
174
175
В зависимости от конструкции наrнетателя экструдеры клас
сифицируются на шнеКОВые, поршневые, валковые, шестеренные,
винтовые и комбинированные. Поршневые и валковые экструдеры
оказывают щадящее воздействие на перерабатываемый продукт, их
используют для формования продукта с lIежной консистенцией.
Валковые экструдеры применяют в машинах без матриц, шестерен
ные для формования однородных и rOMoreHHbIx материалов в Ma
шинах с матрицами.
Производительность шнековоrо экструдера определяется
взаи модействием наrнетателя и формующей rоловки [16].
Расходно напорная характеристика (РНХ) наrнетателя зави
сим ость создаваемоrо им расхода материала Q от противодавления
ЩJ на ВЫХоде, РНХ формующеrо opraHa (матрицы) это функция
расхода через отверстия матрицы от давления в предматричной Ka
мере. Расходно напорная характеристика шнековоrо наrнетателя
должна представлять собой кривую (прямую) отрицательноrо Ha
клона (рис. 2.25), т. к. при отсутствии противодавления в канале
имеется только вынужденный поток и производительность HarHeTa
теля максимальна.
шины в период пуска и автоматическоrо поддержания постоянной
температуры от 160 до 180 ОС. Во избежание переrрева машины
наружный диаметр корпуса снабжен системой охлаждения 1 О. При
вод экструдера состоит из электродвиrателя 6, вариатора 7 и чер
вячноrо редуктора 8. .
Перед пуском экструдера наrревается рабочая зона корпуса в
течение 20...25 мин до температуры 160...180 Ос. За 25...30 мин до
пуска экструдера rотовится первая порция крупы вл ажностью
20...21 %. Подrотовленная крупа засыпается в заrрузочныи бункер 5
при включенной машине. При работе экструдера сырье через заrру
зочный бункер 5, снабженный задвижкоЙ, поступает в корпус 2 экс
трудера в межвитковую полость шнека. После выхода палочек из
формующей матрицы открывается заслонка и в экструдер поступа
ст крупа влажностью 12...14 % [23].
В момент запуска продукт наrревается за счет теплопередачи,
а в дальнейшем за счет теплоты, образующеЙся в результате Tpe
ния между продуктом и шнеком.
Выпрессованная полужидкая масса вследствие перепада дaB
.1ения при выходе из отверстия формующей матрицы увеличивается
по диаметру от 3 до 8...12 мм.
Расчетная часть
Q,
мЗ/с
Рис. 2.25. Расходно напор
ные характеристики HarHe
тающеrо и формующеrо op
raHoB экструдера
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесс а
экструзии; знакомство с классификацией экструдеров, их KOHCTPYK
циями И ПрИНI ипом работы; выполнение расчета экструдера.
3 а д а н и е: выполнить расчет экструдера, если заданы: р
динамическая вязкость продукта (р = 1,03.10.6 Па.с); R, r радиусы
сечений отверстий в матрице, мм; L j длина канала в матрице, мм;
(J) уr'Ловая скорость вращения шнека, рад/с; S шаr шнека, мм; D,,
диаметр внутренней поверхности корпуса, мм; ер уrол подъема
винтовой линии шнека, rрад; Н высота шнековоrо канала, мм.
,1р, Па
Одношнековый экструдер (рис. 2.26) состоит из станины 1,
привода, заrрузочноrо устройства 5, корпуса 2, шнека 3, HarpeBa
тельно охладительной системы, матрицы 4.
К станине 1 экструдера крепится корпус 2 (рис. 2.27) с заrру
зочным бункером 5. На корпусе экструдера установлены электрона
rреватели 9, которые предназначены для HarpeBa рабочей зоны Ma
176
177
I
.
i
ф
ф
I
i
i
. . t-.
I
i
178
t'-
ф
с>::
:>:
:I:
(1)
t::1:
:Е
о
;:!;
(1)
f-<
U
:>:
u
,
r-- ..Q
:,[
(1)
:I:
3 ....
I
1.0 t:::t
., о
o.. f:-
<l) t::
t:::t cl. (1)
б:
f-< I ,
V)O
с"') .... "'"'""
,:>: i:i
::;; :>: о
1?"t2
;:!; (1)
3'0..
О '<t I
a. ,
о
-о
N\O
N ,:>: '1:1
. ::;; 8-
U :I: ....
t:.g
м о
>'f:-
1:-:.:
(1)
м о::;
. с')
с') I
.. QO
cl.
О
[;
:s::
cl.
'1:1
\Q
1()
t--
"
!f)
N
N
<-d'
:I:
:s:
:I:
f-<
U
/
ctj
:::!
:>:
о..
f-<
'"
;:!;
:i
о::;
(1)
Е--
'"
'1:1
(1)
cl.
....
о
cl.
Е--
t.)
о::;
""
v)
с>::
:>:
:I:
o:.i il
:Е u
t::1: '" >.
б: 5.
f-< о О
'"
"" ;:!; ,
u (1) r--
t;Ctj
о..:>::::!
О u :>:
'o..
. '<t
1i ;:!;
. (1) ,
N:I:I.O
u 3
:>: ,
Cl.C')
i:i
(1)
:I:
>.
\о
,:>:
JS
:I:
::r
о
м
>.
cl.
....
'"
м
N
<-d'
:I:
:>:
:I:
'"
f-<
U
179
Методика расчета
rде В ширина канала, м (В = 0,0] 4 м); У уrол наклона стенки к
осевой плоскости, rрад (у= 4S О); /11, h 2 высота крайних сечений, м.
Для кана,1а произвольноrо постоянноrо по длине сечения
(рис. 2.29)
Расходно напорная характеристика формующей части (ro
ловки) Qф, м 3 /с [26],
k ф
Qф = Дp.l0 9,
f.1
rде k ф коэффициент rеометрии формующеrо opraHa (матрицы).
Для кольцевоrо отверстия k ф , м 3 (рис. 2.28, а),
k (пD + /1 )/13 .10 9
Ф 12Lj (2.]70)
rде D средний диаметр кольцевоrо отверстия D = 2R h; h шири
на кольцевоrо зазора h = R r.
Для коническоrо отверстия, м 3 (рис. 2.28, б),
k = 3пR 3 ,.3 ( R r ). lO 9
Ф 8L j ( R 3 т 3 )
(2.169)
k = (2.173)
Ф 2LP'
1 .
rде F площадь сечения, M ; L длина канала, м; Р периметр сече
ния.М.
ВН 3
k Ф f (2.174)
= 12L '
rде В и Н соответственно максимальный и минимальныЙ размер
сечения, м; f характеристика потока, зависящая от формы и разме
ров сечения (принимается В = R и Н = r).
f
(2.171)
Рис. 2.29. fрафики для опре
деления характеристики по
тока f каналов различных
поперечных сечений: 1
прямоуrольная; 2 KOpЫTO
образная; 3 овальная; 4
эллиптическая
R
....
а
б
L]
Рис. 2.28. Матрицcr с кольцевым (а) и с коническим (б) отверстием
IJ
. Для суживающеrося или расширяющеrося мелкоrо (щелево
ro) канала k ф , м 3 ,
0,2
О 0,2 0,4 0,5 0,6
Н/В
а
2 2
В. h j . h 2 . tgy
k
Ф 3( hf hj )
(2.172)
Скорость продукта вдоль винтовоrо канала V z , м/с,
180
181
др 2 2
v7= (R r ), (2.175)
411L2
rде др перепад давления, создаваемый экструдером, Па, рассчи
тываемый по формуле (2.180); R, r радиусы сечений OTBep
стий в матрице, м; 11 динамическая вязкость продукта, Па.с
(11 =
= 1,03.10.6 Па.с); L 2 длина шнековоrо канала, м.
Расходно напорная характеристика наrнетающей части, м 3 /с,
( kH2 } 9
QH = kн1т рДР О, (2.176)
rде k llJ и k ll2 коэффициенты rеометрии шнековоrо наrнетателя, м 3 ,
k 10 9 ВН
//1 = 7r D K COHp, (2.]77)
2
3
k = lO 9 ВН ( 2.178 )
//2 12 L 2
rде L 2 длина шнековоrо канала,
L 2 =lO 3 s2 +[7r(D K H)J2, (2.179)
здесь В == 14 мм ширина шнековоrо канала.
Перепад давления, создаваемый экструдером, др, Па,
др= k H 1 I1т. (2.180)
k H 1 + kф
Производительность экструдера QJ, м 3 /с,
k н 1. k ф
Qэ = т. (2.181)
k H l + kф
Построить совмещенные расходно напорные характеристики
наrнетающеrо и формующеrо рабочих opraHoB для анализа выбора
пары наrнетатель формующий opraH.
По результатам анализа rрафических зависимостей
Q// = f ( др) и Qф = ер( др) (см. рис. 2.25) определить величину
оптимальноrо перепада давления и соответствующей производи
тельности экструдера.
Порядок офор.Il.1е1lUЯ отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса экструзии, классификация экструдеров;
расчетную часть, в которой приводятся расчеты экструдера
по предлаrаемому варианту (табл. 2.19), описание конструкций и
принципа действия экструдера;
rрафическую часть, в которой дается. чертеж экструдера и
спецификация к нему.
Контрольные вопросы
]. Что называется процессом экструзии?
2. В каких отраслях пищевой промышленности применяются
экструдеры?
3. Какова классификация экструдеров?
4. КаКовы основные конструктивные факторы, влияющие на
эффективность процесса экструзии?
5. Каково устройство и принцип работы экструдера?
6. Какие требования предъявляются к материалу матриц экс
трудера?
7. В че"i заключается сущность анализа расходно напорных
характеристик шнековоrо наrнетателя и матрицы?
182
183
184
о'
N
c\j
::f
::
t:;
ю
r--
'::
::
:r:
'"
'"
х
:1i
:r:
..CJ
>.
q:
::
со
::
q:
:r:
::
:1i
f-<
:r:
'"
::
о-
са
с:: 00
00
c\j С') С'", ,
(1) ::J\ 1::[ о'
t':[ ><
:.) u
С'",
I С'", I
:.: IX> М
'" '-!) с...
::Е If'c "l If', If'c If', lrJ If' lrJ If'. If' If'c lrJ lr} If',
::J:::' :::: N N N N N N N N ("', N or, If', or, lrJ
. . . . . . . . . . . . . "
"<t '<t "<t '<t '<t "<t '<t "<t "<t "<t N N ("'1 N
,"""
,
э.. ["-о ["-о ["-о ["-о r-- ["-о ["-о ["-о ["-о ["-о
N N N N N N N N N N С О О О
о о о о о о
0\ 0\ 0\ ::J\ 0\ 0'1 0\ 0\ 0\ 0\ х 00 х х)
. :::: 00 ос 00 00 ос 00 00 ос ос
х
CJ :::: х ос :ос х) х ос х) ос х х) 0\ 0\ 0\ 0\
v) :::: С'", ("1 ("1 ("1 С'", С'", М С'", ("1 ("1 1.0 -.о \о 1.0
::::
u """. N.
О. с:. ''1 0\ ("1 N. С'"с 0\ С'",
. 6 а .
g
'" о:: о:: о:: о::
о:: '" '"
'" '" :r: '" '" '" :r:
'=: о:: о:: :r: м о:: :r: м
'" '" ..Q о:: U '" о:: ..Q о:: U ro
=: '" '" '" :.: '" <l)
о:] '" t:; <l) о.. '1:1 U t:; :r: о-
::;Е Е-- u сх) О :r: :r <l) сх) о :r ф
<l) ;:! \о ;:! ..а
О-? ::f <l) '"- ..а =: ::f <l) '"- ::: о
:: >-. ;а f-< О ..а :: с:; >-. ;а Е--
О <l) ..а О О
<l) О с:: t:; <l) о с:: f-<
е о:) а :r: ::r о:) Е-- :r: "'""'" ::;; о:) :::
Е-- о ::;; О ::: JS о о ::j О JS
о о:: с:; ::L о:: с:;
::L о- с:; о- ::L о- с:; о-
t:: о r::: (!") о
::L ::L
:::: х ["-о '\о If', 'r, 1.0 r-- 00 0\ ,-.. ос ["-о 1.0 v")
....3" ::;Е N N N N N N N N N С'". N N N N
::Е О. с:. '--' "<!; м N. О. ::J\, О, "!
.: ::Е м м С'". ("1 М ("1 М ("1 ("1 С'", N ("1 с<1 ("1
::Е О If'c С, с:. If', О. lrJ "<!; N с:. N. М.
::Е oi 00 00 r-- 0\ ос х ["-о 00 00 х) 00 00 00
'"
о- f-<
<l) :I: О ("1 '<t
::;Е N '<t lrJ 1.0 (--- 00 0\ N
О С'",
:r: '"
'1:1
о'
N
t:;
Ю
f--
(1)
::
:r:
:r
:r:
о
О
00
'" g 00
о;
u
t) м
.
м
'" с...
:2' "l "l "l "l <r, "l "l "l "l "l
::i lrJ lrJ lrJ lrJ If', If', lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
:2' ......
" " " . " " " " . " "
N N N N N N N N N N N
,
э.. о о о ,-.. о о о о о о о
'--' о с
о с с о с о
00 00 00 00 ос 00 00 00 00 00 00
......
. :2'
0'1 0\ 0'1 0'1 0\ 0'1 0\ 0\ 0\ 0'1
Q :2' 0\
::;Е 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 \D
v) :2'
u О. С'", N, , С'", "<t,
N, С'",
,
...... ......
g
'" о:: '"
ro '" '"
'" :r: :r: о:: о:: :I:
'::: о:: ro '" ..Q о:: U м '" '" '" ..Q
::: '" :.: '" <l) '" о:) '"
'" '" t:; о- u
f-< сх) u '1:1 О :r: :r <l) о:) о
:2' (1) <l) ..а \о <l) <l) '"-
O- ::f <l) '"- ::: ::f ::r"
::r" с:; >-. ;а f-< О ..а t:; >-.
о (1) ..Q ::: <l) о с:: о ::: <l) о
е с:; :I: о:) Е-- :I: ::r :2'
о ::r :2' о ::: JS о о
о ::L о о:: с:; ::L ::L о::
о.. t:; о- о-
с:: о t::
::L
::Е 00 0'1 О О 0\ 00 r-- 1.0 00 О
....3" ::;Е N N С'". ("1 С'". N N N N N ("1
:2' С'", "<t, "l <r, 1.0, ["-О, N ("1 "<!;
.: :::: С'", м ("1 м ("1 С'", С'", ("1 ("1 м
:2' """. "l 1.0, r--. 00 о; О. 0'1. 00 r-: 1.0
Q::: :2' 00 00 00 00 00 00 0\ 00 00 00 00
'"
о- f-<
(1) :I: 0\ О N С'", "<t lrJ
:2' '" or, 1.0 r-- 00
о е. N N N N N N
:r: '" I
о:)
185
РАЗДЕЛ 3
ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО
И МАССООБМЕНА ПРИ ОБРАБОТКЕ
СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ
I
О
ё
t:{
о
"-
;
u
I!!
u
о
I
rЛАВАl. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
РПР.N'!! 1. РАСЧЕТ мноrокоРпУсной ВЫПАРНОЙ
УСТАНОВКИ
I
:>.
:.:
!;Е
Q
"-
Теоретическая часть
i'
]
:= = CI)
со. со. g-
J :а
Для сryщения очищенноrо сока II сатурации с начальной Mac
совой долей сухих веществ от 14...16 до 65...70 % применяют BЫ
парные установки, состоящие из отдельных корпусов выпарных
аппаратов (рис. 3.1).
По состоянию вторичноrо пара в последнем корпусе выпар
ные установки разделяются на работающие при давлении пара BЫ
ше и ниже атмосферноrо (остаточное давление 0,0242...0,0174 и
0,0775...0,0705 МПа); по числу корпусов на тpex и четырехкор
пусные установки с концентратором; четырехкорпусные с О корпу
сом; пятикорпусные [5].
Выпарные установки должны обеспечивать:
выпаривание при максимальном количестве передаваемой
теплоты через поверхность HarpeBa отдельных аппаратов выпарной
установки. Для этоrо необходимо вести выпаривание при допусти
мых значениях полезной разности температур, весовом напряжении
поверхности HarpeBa и термическом сопротивлении;
упаривание (сryщение) раствора в установках до требуемых
концентраций;
поступление раствора в первый корпус выпарной установки
с температурой кипения;
u
CI)::S:
0=><
= _р:: t:{
8-
g8.U
Q.
..
а g c\s
Q. =
i
= i =
g
.
о c\s
= 111
L........... 8.
о Q. 1-<
5 i !2
.. о ' 1
=
186
teJ
ИИldаНЕ:O<1Lхап€
deu
'II. хktИж
InПIШdxОlОНW
ImlU.udХОНП'Q
еdшох ОlОIПlОнtoru Ах
-dиn Eag ImННaSJ.:Y.».:>a
wоdЛi.нох МЧНIIоиПиПЛХ
-dиП ImlПlаSJ. :u.:>а
IrnН'Iп:шШ' Лннdu
edaкux Imяоdeu
IOOIНашЛнg
edaкux Imяоdеu
ImH :)ОНI'lН
аl'lНgлdL-оlU.:)Оxn'И Ж
аl'lНgлchоdeu
InU.:)HO d
InU.ehgAol
.
lmиаП'lПО)l
Imа:охиа::х>w[
ImньапmgAd
nННОIr3l1Щ
IrnН'IП1ШIоmdо J
nнcпnooп.d:)Q
'1:1
О
t;
g.
t::
t::
о:!
:Q
:I:
g.
t::
:Q
'1:1
00:
::s;:
::!
'"
:.:
::s;:
-&
::s;:
u
u
о:!
,....;
....;
u
::s;:
р...
I
187
о
1.0
и"
v
m
N
L l
r L .......
! t
FШt =
м
N
v
N
188
N
,
I О':.:
::s;: (1)
Ф i3
1;;
;>':I:'I:I
, о.. (1)
0о0Е-
..Ф о
:Q U t:::t
t:::t I О
О '<t t::
'1:1 ...... '"
'::;;: .. t::
" О U t::
::g :I: О ;>,
О t:::t Е-
g.0:I:
f-< а '
"'><00..
g. :.: N
:I: ::S;:M'I:I
Q) :I: I
53 о.. '("1
O N
:.:: u ..
u,«fg
::s;:r-- :I:
i:l: g. @ '5
о о о
f-< f-<. U о.. '1:1
:I: (1) (1)
'::;;: g g; .... Е-
о :I: g. , о
s.0(l)Na
",:':::gN t::
t:: ' О . '"
:Q\O 0........ t::
'1:1 ., '" N t::
::s;::QФ .;>,
'о t; , :::: Е-
:: I
S:s1 'I:I
0.."':':: .,е-
cgt::
..Q '1:1 О '
(\) :I: О о..",,"
GN
f-< t:: I О
(I):QI.O....
:r '1:1...... О
'" I О t>
::gon......;>,
I .,
UN g.
r-i«ft;;g
,...; iб :I:
. t:: Q) I
е
а... о о
:I: :.:: ..
(1) ., g
o..t:::t
:.:: ;>, '::;;:
::s;: u о
:I: 8
g.,
Ф..Q ::s;:
:;g.
...... (1)
::;;
надежное удаление из отдельных корпусов выпарной YCTa
новки аммиачных rазов и конденсата пара;
отбор экстрапара из отдельных корпусов, обеспечивающий
подоrpев промежуточных продуктов caxapHoro произnодства до
заданных температур.
К выпарным аппаратам независимо о! их конструкции предЪ
являются следующие требования: максимальная интенсивность Te
плообмена; минимальные температурные потери; минимальный
удельный расход металла на единицу поверхности HarpeBa; просто
та конструкции, удобство эксплуатации и ремонта; возможность
размещения в одном аппарате большей площади поверхности Ha
I'P eBa ; хорошее распределение rpеющеrо пара в межтрубном про
странстве паровой камеры; непрерывное и надежное удаление обра
зующеrося в паровой камере конденсата; надежное улавливание
капель продукта, уносимых вторичным паром; полное удаление
аммиачных rазов, снижающих коэффициент теплопередачи со CTO
роны конденсирующеrося пара; возможность в случае необходимо
сти обеспечить чистку поверхности HarpeBa, не прекращая работы
выпарной установки [5].
Четырехкорпусная выпарная установка с концентратором
(рис. 3.2), работающая при давлении пара ниже атмосферноrо
(0,0775...0,0705 МПа), отличается повышенной эксплуатационной
устойчивостью и высокой тепловой экономичностью блаrодаря
большой кратности использования ее вторичных паров [12].
Сок поступает в 1 корпус, а затем последовательно переходит
в последующие корпуса; из концентратора удаляется сrущенный
сироп.
Свежий пар поступает только в 1 корпус выпарной установки,
II корпус обоrревается соковым паром 1 корпуса, 111 соковым па
ром II корпуса и т. д. Из последнеrо корпуса соковый пар поступает
в конденсатор.
Для MHoroKpaTHoro использования теплоты на выпарной yc
тановке необходимо, чтобы температура кипения сока пони жалась
от 1 корпуса к последнему, что обеспечивается различным давлени
ем в надсоковом пространстве аппаратов. Каждый корпус выпарной
установки представляет собой самостоятельную ступень выпарива
ния.
m
v
LI'I
1.0
....
Число ступеней выпарной установки следует выбирать на oc
новании технико экономическоrо расчета, в котором учитываются
189
составляющие как капитальных затрат, так и эксплуатационных
расходов. Возрастание числа ступеней выпарной установки приво
дит, с одной стороны, к уменьшению расхода rpеющеrо пара, что
влечет за собой снижение эксплуатационных расходов, с друrой
стороны, к увеличению суммарной площади поверхности HarpeBa
выпарных аппаратов, в связи с чем возрастают капитальные затра
ты.
На выбор числа ступеней также существенное влияние оказы
вает температурный режим выпарной установки. Температура ки
пения сока в 1 корпусе выпарной установки (во избежание разложе
ния сахара) должна быть не более 125...126 Ос, а в последнем KOp
пусе не менее 60 ос (обусловливается пределами разрежения в
конденсаторе). Следовательно, общая разность температур COCTaB
ляет 65...66 Ос.
ИЗ выпарных аппаратов в сахарной промышленности нашли
широкое распространение аппараты с трубчатой поверхностью Ha
rpeBa и паровым обоrревом (табл. 3.1), в которых осуществляется
естественная мноrократная циркуляция выпариваемоrо продукта
(аппараты типов ВАС ВНИИСП и ВЦ).
Выпарной аппарат ВНИИСП [5] состоит из rpеющей камеры
12, надсоковorо пространства 4, сепарирующеrо устройства 3,
верхней 2 и нижней 14 крышек (рис. 3.3). [реющая камера имеет
кипятильные трубки 11 длиной 3000 мм и циркуляционную трубу
диаметром 800 мм. Пар подводится в паровую камеру через штуцер
22.
При больших диаметрах паровых камер пар следует подво
дить в двух или трех местах по окружности. Аммиачные rазы yдa
ляются из паровой камеры по разветвленной системе отводящих
трубок 7.
Сок, подлежащий выпариванию, поступает в трубки rpеющей
камеры по трубе 19. Для лучшеrо распределения сока по сечению
нижней трубной решетки применяется распределитель барботер 21.
Чтобы свежий сок и уходящий сироп не смешивались, циркуляци
онная труба поrpужена ниже трубной решетки и установлен pac
пределительный цилиндр 20.
Таблица 3.1
Температурный режим четырехкорпусной выпарной установки
с концентратором
Параметры Корпуса выпщ ной установки KOHцeH
1 11 III IV тратор
Температура rpеющеrо 132,0 124,5 115,0 101,0 84,0
пара (, ос
Давление rpеющеrо пара 0,292 0,233 0,172 0,107 0,057
Pz.п, МПа
Полезная разность темпе 6,0 7,5 10,5 12,0 15,6
ратур Д! , ос
Температура кипения сока 126,0 117,0 104,5 89,0 68,4
(, ос
Температурная депрессия 0,5 1,0 2,5 4,0 8,4
дф, ос
Температура COKOBoro па 125,5 116,0 102,0 84,0 65,0
ра 8 , ос
Давление COKoBoro пара 0,241 0,178 0,111 0,059 0,026
Р е . п , МПа
Потери температуры в 1 1 1 1 1
паропроводе Де' ос
Температура конденсата ( к , 130,0 122,5 113,0 99,0 82,0
ос
У дельная энтальпия пара 2720 2713 2570 2679 2633
i" , кДж/кr
Для улавливания капель, содержащихся во вторичном паре, в
надсоковом пространстве имеется сепаратор 3. При прохождении
пара через сепаратор капли сока отделяются от Hero и по трубе 5
ПОступают в кипящий сок; пар через штуцер 1 направляется для
дальнейшеrо использования [13].
Для наблюдения за процессом выпаривания аппарат снабжен
контрольно измерительными приборами и специальной арматурой.
За уровнем кипящеrо сока в аппарате наблюдают через смотровые
стекла 6. В случае образования пены в надсоковое пространство
190
191
,
z
J
"
5
G
7
8
9
10
11
l!
tJ
'11
(3.2)
выпаривание на 100 кr перерабатываемой свеклы Sc, Kr; массовая
доля сухих веществ в соке Б е , %; массовая доля сухих веществ в
сиропе после выпарки Б еllр , %; длина кипятильных трубок 1, м.
Методика расчета
Расчет ведется на 100 Kr свеклы.
Масса сиропа SCIlP после выпарки на основе материальноrо ба
ланса по сухим веществам Sc
Scup = Sc . Б с I Б сuр ' (3.1)
rде S,. масса отфильтрованноrо сока II сатурации, поступающеrо
на выпаривание на 100 Kr перерабатываемой свеклы, Kr; Б е Macco
вая доля сухих веществ в соке, %; Б еllр массовая доля сухих Be
ществ в сиропе после выпарки, %.
Масса воды, выпарившейся в концентраторе вследствие ca
моиспарения, Kr,
15 /1J
Рис. 3.3. Выпарной аппарат ВНИИСП:
1 штуцер; 2 верхняя крышка; 3 сепаратор; 4 надсоковое пространст
во; 5 труба для отвода капель; 6 смотровое стекло; 7 аммиачные OT
тяжки; 8, 22 трубные решетки; 9 циркуляционная труба; 10 опора;
11 кипятильные трубки; 12 rpеющая камера; 13 штуцер для отвода
конденсата; 14 нижнее днище; 15 штуцер для отвода сиропа; 16 под
вод сока; 17 указ атель уровня сока; 18 манометр; 19 термометр; 20
распределительныи цилиндр; 21 барботер; 23 штуцер для подвода пара
Scup . C cup (t4 t кц )
х= ,
(i 4 i' ) Ccup(t4 tкц )
rде CCllp удельная теплоемкость сиропа с массовой долей сухих Be
ществ 65 %, CCIlP = 2,93 кДж/(кr.К); '4, 'КЦ соответственно темпера
IV О С .n .,
туры кипения сиропа в корпусе и концентраторе, ; ч, 1
удельная энтальпия COKoBoro пара и воды, кипящей под давлением,
равным давлению в концентраторе, кДж/кr (см. табл. 3.1);
i'=С в "КЦ' (3.3)
вводят пеноrасящие вещества через кран масленку. Уровень сока в
кипятильных трубках контролируется при помощи сокоуказателя
17, который присоединен к нижней части аппарата.
rде Cв 4,186 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость воды.
Массовая доля сиропа после IV корпуса выпарки, %,
Расчетная часть
/V Sс.Бс
Б сир =
Scup + х
(3.4)
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
ВЫ. JaРКИ; знакомство с классификацией, устройством и принципом
деиствия выпарных установок; выполнение расчета четырехкор
пусной выпарной установки.
3 а Д а н и е: выполнить расчет выпарной установки, если за
даны: производительность завода по перерабатываемой свекле G,
Kr/c; масса отфильтрованноrо сока II сатурации, поступающеrо на
192
Масса воды, выпариваемой в четырех корпусах выпарки, Kr,
Б /V
W = Sc( 1 с I Б сuр ). (3.5)
Поскольку расчет ведется на 100 кr свеклы, можно записать,
что W, Kr W, %.
193
Е з
18,27
Е4
2,67
Массовая доля сиропа на выходе из каждоrо корпуса, %,
Б 1 = Sc' Б е ;
Sc W/
11 Sc .Б е
Б =
Se WI W2
Б lll = Se . Б е
Sc W/ W2 Wз '
lV Sc .Б е
Б =
Sc WI W2 Wз W4
Средние значения массовой доли сока по корпусам, %,
Б +Б' Б 1 +Б ll
Б 1 = с Б 2 =
2 2-
Б ll + Б lll Б lll + Б IV
Б з = Б4 =
2 2
В зависимости от длины кипятильных трубок и массовой дo
ли сока определяем коэффициенты теплопередачи по корпусам
k/ k4 применительно к рекомендуемому тепловому режиму экстра
полированием данных (табл. 3.2).
П w 2
лощадь поверхностеи теплопередачи по корпусам, м ,
F i =О/JJOз.Qi .G/(ki.Д ti)' (3.1б)
Напряжение поверхности HarpeBa корпусов выпарки, кr/(M 2 .c),
Ui =O/JIW i .G/ F i . (3.17)
значения коэффициента теплопередачи,
Распределение экстрапаров в процентах к массе свеклы исхо
дя из расхода пара по обоrреваемым станциям завода, составляет:
Количество пара, полученноrо в результате самоиспарения
конденсата по корпусам выпарки (% к массе свеклы):
е/ == О,БО %, е2 == 1,б5 %, ез == 1,БО %, е4 == 2,2 %.
Действительный отбор экстрапаров из выпарноrо аппарата с
учетом само испарения конденсата, %,
Щ =Е) ej" = e2" Ffз =Е з ез; & =& щ. (3.6)
Определяем массу воды, выпариваемой по корпусам, % к
массе свеклы:
Е/
20,07
Е 2
14,22
1 корпус
П корпус
Ш корпус
IV корпус
(3.10)
Е5
0,71
(3.11 )
(3.12)
(3.13)
(3.14)
W/ = W/ ,.
W 2 =W/ E:;
W з =W/ E: E ;
W 4 =W/ E: E Ei,.
(3.15)
Bcero
W =4W/ ЗЕ: 2E E.:.
Wj =(W +ЗЕ! +2EJ +Еl )/4. (3.7)
Принимаем количество rpеющеrо пара D равным количеству
испаряющейся в данном корпусе воды. Тоrда D i = W i , [де i номер
корпуса.
Количество теплоты на выпаривание по корпусам, кДж,
Qi = WJ i i i ki ), (3.8)
rде i;i удельная энтальпия пара, rpеющеrо данный корпус, кДж/кr
(см_ табл_ 3.1); i ki удельная энтальпия конденсата, уходящеrо из
rpеющей камеры этоrо корпуса, кДж/кr,
i ki = Св . tki ' (3.9)
[де t ki температура конденсата в i M корпусе, ОС (см. табл. 3.1).
Отсюда
194
Уточненные
квт/(м 2 .к),
ап .a2i
k i =qJi' (3.18)
ап +a2i
rде qJi коэффициент использования площади поверхности HarpeBa
(рис. 3.4);ап, а 2; соответственно коэффициенты теплоотдачи от
конденсирующеrося пара к стенке (рис. 3.5) и от стенки к кипяще
му соку (рис. 3.б), квт/(м 2 .к).
195
и, кr/(м 1 .ч) а, BT/( .I<)
4 39060
5 34800
6
27900
7
8 22320
10 20070
17856
15624
15 13392
11160
20 10044
25
8928
30 7812
35 6696
40
5580
5022
4464
3906
3348
2790
т а б л и ц а 3.2
Зависимость коэффициента теплопередач k, вт/(м 2 .к),
от длины трубок и концентрации сока
Длина Массовая доля сока и сиропа, % ,
трубок
[, м 10 20 30 40 50 60 65
1 корпус
2,0 2846 2858 2491
2,5 2784 2595 2435
3,0 2788 2553 2393
II корпус
2,0 1870 1716 1584
2,5 1863 1709 1570
3,0 1856 1702 1563
IU ту,
2,0 11 79 1047 893
2,5 1765 1033 886
3,0 1151 1026 879
'У кт'у'
2,0 781 656 544
2,5 774 658 544
3,0 774 656 544
Концентратор
2,0 440 356 286
2,5 440 356 279
3,0 432 349 279
q>
0,8
0,6
0,4 IV корпус
О 10
0,3
I.,..o
I.,..o
...
i.oo'''
"" "
"
"".
1.0"
, ........
" .... ....
""" "
J1"'- .i.oo'
, " ....
j,;'" " .".
... ......".
... .... .....
"". ..... .... .".
"". 1.,..0....
"".
" ... ....
" " ... ....
" ...
..... .... ,," "
-...""'- .... "".
.... "
"
0,5
0,8
1,0
1,2
1,5
2,0
2,5
3.0
4,0
5,0
7,0
lтp
70 80 90 100 1 1 О 120 130 140 ("оно, ос
50 U,кrf(м 2 .Ч)
Рис. 3.5. HOMorpaMMa для определения коэффициента теплоотдачи
от конденсирующеrося пара к стенке
Рис. 3.4. Зависимость коэффициента использования поверхности HarpeBa
от величины напряжения корпуса выпарноrо аппарата
196
197
Массовая ДОJIЯ св, % О
20
30
40
Рассчитываем площади поверхностей HarpeBa корпусов, м 2 ,
1 {)3 . Qj . G
Fj == l00.k..д [ ' (3.19)
I
rде дt полезная разность температур, ОС (см. табл. 3.1).
Если результаты BToporo определения F; равны или близки к
первоначальным значениям F;, то их можно считать окончатель
ными, а если сильно отличаются, то необходимо выполнить уточ
ненный расчет F; в третий раз.
Надсоковое пространство должно иметь такие размеры, что
бы вторичный пар полностью отделялся от капель упариваемоrо
сока во избежание потери сока и заrpязнения конденсата после
дующеrо корпуса.
Объем паровоrо пространства i ro корпуса выпарки, м 3 ,
V j == W j . v / Rv, (3.20)
rде W == W; . G масса воды, выпариваемой в корпусе, Kr; v удель
ный объем вторичноrо пара при 125 Ос, M 3 /Kr (v == 0,76 M 3 /Kr); R"
объемное напряжение паровоrо пространства, м 3 /(м 3 ,с), R"o=
== 0,75 м 3 /(м 3 ,с).
Размеры rpеющей камеры определяются исходя из площади
поверхности HarpeBa, диаметра и длины труб. Используются трубки
с наружным диаметром 33 мм и толщиной стенки 1,5 мм.
Площадь поверхности одной трубки, м 2 ,
11 ==7С .d cp .1, (3.21)
[де d cp средний диаметр трубок, м. .
Количество трубок по корпусам, шт.,
п == Fj / fj. (3.22)
При расположении трубок по вершинам paBHoCTopoHHero
треуrольника и шarа между трубками t 0= (l ,23...1 ,28).d", мм (рис.
3.7).
и, кr/(м 1 .ч)
100
90
80 а. Вт/(м 1 . К)
70 10440
60 8120
50 5800
40 4640
35 3480
30
25 2320
1856
20 1392 ,,"
.........
1 044
15 812
580
406
290
208,8
162,4
5
116
'"
/ .J ./
,
J
./ ./ 1/ "
" " " ./ ./
'/ ./ " J ./
, " 17 .
.J
./ ./ .... /' ./ ..J "' "
lZ" .r
" .., ./ ./
, .r " .
""
, , , "
,/ ,/ ./
, " ,
/ / I
/ , I
/ :
1/ I
I
I
I
I I I 1, I I , I
50
60
65
70
50 60 70 80 90 100 110 120 ("UIt, ос
Площадь, занимаемая одной трубкой, м 2 (а 0= 600),
F 2.
тр == t . Sln а .
Площадь, занятая всеми трубками, м 2 ,
Sj == F тр . пj / ku,
Рис. 3.6. HOMorpaMMa для определения коэффициента теплоотдачи
от стенки к кипящей жидкости
198
(3.23)
(3.24)
199
(3.25)
7. С какой целью осуществляется очистка поверхности Ha
rpeBa от накипи?
8. Как возникает естественная циркуляция в выпарном аппа
рате?
л.l1а 1l'j}т) Irубной решетки, м,
]} l' Dj = 4 . Sj / те .
т а б л и ц а 3.3
Варианты индивидуальных заданий
Контрольные вопросы
Номер Про изводи Масса Массовая доля Массовая доля Длина ки
ухих веществ ПЯТИЛЬНblХ
вариан тельность сока с ухих веществ с
G, Kr/c Sc, Kr/c в соке в сиропе трубок 1, м
та Бсuп, %
Б с ,%
1 8,68 146 12,0 65 2,6
2 17,36 144 12,0 70 2,5
3 23,15 142 12,5 65 3,0
4 28,94 140 12,5 70 2,0
5 34,7 138 13,0 65 2,5
6 52,08 136 13,0 70 3,0
7 57,89 134 13,5 65 2,0
8 8,68 132 13,5 70 2,5
9 17,36 130 13,7 65 3,0
10 23,15 127 13,7 70 2,0
11 28,94 138 12,0 65 2,5
12 34,7 136 12,0 70 3,0
13 52,08 134 12,5 65 2,0
14 57,87 132 12,5 70 2,5
15 8,68 130 13,0 65 3,0
16 17,36 127 13,0 70 2,0
17 23,15 136 12,4 65 2,0
18 28,94 133 12,8 70 2,5
19 34,7 130 13,0 65 3,0
20 52,08 127 13,2 70 2,0
21 57,87 125 13,4 65 2,5
22 8,68 123 13,6 70 3,0
23 17,36 120 13,8 65 2,5
24 23,15 118 14,2 70 3,0
25 25,14 136 11,9 65 3,0
Рис. 3.7. Схема расположения труб в трубной решетке
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса выпарки, классификация выпарных установок и
аппаратов, а также требования, предъявляемые к ним;
расчетную часть, в которой приводится расчет MHoroKop
пусной выпарной установки по предлаrаемому варианту (табл. 3.3),
описание конструкции и принципа действия четырехкорпусной BЫ
парной установки с концентратором и выпарноrо аппарата;
rpафическую часть, в которой дается чертеж четырехкор
пусной выпарной установки и выпарноrо аппарата ВНИИСП.
1. Какова классификация выпарных установок и аппаратов?
2. Каковы основные требования, предъявляемые к выпарным
установкам и аппаратам?
3. В чем заключается сущность самоиспарения?
4. Как определяется площадь поверхности HarpeBa выпарноrо
аппарата?
5. Что характеризуют коэффициенты а] и а2 ?
6. Что характеризует коэффициент теплопередачи?
200
201
Процесс теплообмена является сложным физическим Процес
сом, зависящим от мноrих факторов. Интенсивность этоrо процесса
характеризуется коэффициентом теплопередачи
k= I
I 8. l'
+E + '
а] А; а2
(3.26)
тичность В сочетании с разборностью и
надеж ю н с:;в: р :;о: и теплообмена для механической очист
доступность "
КИ сс от заI'рязнеНlШ; й и технолоrичнОСТЬ механизиро
унификация УЗЛО р В а И з н Т: р I:зных поверхностей теплообмена
о изrотовления "
BaHHor бочих температур и давлении.
для различноrо диа азона ра (ис 3 8) состоит из rруппы
Пластинчатыи теплообменник Р . H верхней l'оризонталь
теплообменных пластин 15, подвешенных
ной шrанrе 7 [2].
РПР К!! 2. РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОЙ
ПАСТЕРИЗАЦИОННО ОХЛАДИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Теоретическая часть
"де а! коэффициент теплоотдачи от rорячей среды к стенке,
вт/(м 2 .к); 8 толщина стенки, м; А коэффициент теплопроводно
сти стенки (или слоя осадка), Вт/(м.К); а] коэффициент теплоот
дачи от стенки к холодной среде, вт/(м 2 .к).
На интенсивность и эффективность процесса теплообмена
влияют также форма поверхности теплообмена, эквивалентный
диаметр каналов, шероховатость поверхности, компоновка каналов,
средний температурный напор, наличие турбулизующих элементов
в каналах, оребрение и друrие конструктивные методы [2].
Режимные методы интенсификации процесса теплообмена
связаны с изменением rидродинамических параметров и режима
течения жидкости у поверхности теплообмена. Это подвод колеба
ний к поверхности теплообмена, создание Пульсаций потока, BДYBa
ние rазов в поток либо отсос рабочей среды через пор истую стенку,
наложение электромаrнитных полей на поток, предотвращение OT
ложений заrрязнений на поверхности теплообмена путем турбули
зирующеrо воздействия на поток и т. п. [36].
Для получения оптимальных условий про ведения процесса
теплообмена перечисленные методы целесообразно использовать
совместно.
Одними из перспективных видов теплообменных аппаратов
являются пластинчатые. Основные требования к их конструкциям:
обеспечение BbICoKoro коэффициента теплопередачи при
возможно меньшем rидравлическом сопротивлении;
минимальный расход материалов на единицу производи
тельности аппарата;
J
7
а
Рис 3 8 Схема IlJIaстинчатOl'О аппарата: о" '
. . . " . 4 верхнее УI'ловое отверсше,
1 2 11 12 штуцера; 3 передНЯЯ стоика, . . . 7 шташ'а;
" , а ка' б rраничная llлзсrина,
5 кольцевая резиновая прокл Д :. . 10 ' . 1 3 большая резиновая
. 9' яя стоика, винr,
8 нажимная IlJIИта, задн " 1 5 теплообменная пластина
llрокладка; 14 нижнее уrловое отверсrие,
" Н жней штанr закреплены в передней стой
Концы верхнеи и и ,," 9 П р и помощи Ha
" ) и на заднеи стоике .
ке 3 (неподвижнои плите б анном состоянии сжаты
жимной пЛИТЫ 8 и винта 1 О пластины в c 3 Р и 5 Большая резиновая
в один пакет на резиновых прокладках асти ' не канал для потока
13 Р аничивает на пл
кольцевая прокладка or rлоВЫХ отверстия, через
Р абочей среды и охватывает также два у v ал и сток
ы в межпластинНЫИ кан
которые происходит приток сред
203
202
из Hero. Две малые резиновые про кладки 5 изолируют два осталь
ных отверстия и создают транзитный проход для второй рабочей
среды.
Система уплотнительных прокладок построена так, что после
сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы rcpMe
тичных каналов: одна для rорячей рабочей среды, друrая для xo
лодной. Первая состоит из нечетных каналов между пластинами, а
вторая из четных, блаrодаря чему потоки rорячей и холодной сред
чередуются. Обе системы rеометричных каналов соединяются со
своими коллекторами и штуцерами для входа и выхода рабочих
сред, расположенных на плитах.
От формы, размеров и конструктивных особенностей пластин
зависят интенсивность теплоотдачи, надежность аппарата, техноло
rичность и трудоемкость ero изrотовления и эксплуатационные
данные. Наибольшее распространение в настоящее время получици.
лснточно поточные (рис. 3.9) и сетчато поточные (рис. 3.10) плас
тины.
Ленточно поточные пластины имеют rоризонтальные rофры
треуrольноrо, синусоидальноrо или иноrо профиля. Несмотря на
разнообразие в формах и размерах деталей, для всех них характерно
наличие периодически повторяющихся rофр, ориентированных па
раллельно меньшей стороне пластины, но всеrда поток рабочей
среды омывает поверхность только поперек rофр.
В сетчато поточных пластинах поток жидкости изменяет Ha
правление cBoero движения в двух плоскостях, увеличивая турбу
лентность потока и коэффициенты теплоотдачи. Поток жидкости в
их межпластинном канале можно рассматривать как совокупность
сходящихся и расходящихся струй. В них турбулизирующие эле
менты профиля используются одновременно и для создания paBHO
мерной сетки взаимных опор между пластинами, что повышает же
сткость пакета при более высоких давлениях.
Различают два вида пластин сетчато поточноrо типа: с пре
рывистыми и с нспрерывистыми по ширине пластины турбулизато
рами.
204
'1:1
'--'
""
lrJ
......
I
:z::
о..
о
\о
..Q
'1:1
;<
:s::
\о
'--'
.;;..,
о
-&
'"
g.
F
'"
'--'
"..Q
@
'1:1
'"
,
'"
-&
..Q
:Q
:I:
::s;:
f-<
U
'"
t::
(1)
:а
:I:
:r
о
f-<
О
t::
,
О
:I:
:r
о
f-<
:I:
(1)
t::i
("1
u
::s;:
а..
205
r....
'--'
("1
,
х
Щ
,
'"
:.:
'"
u
r.... ::s;:
:s::
'1:1
'--'
Fп
I
f-<
,:;::
(1)
а
о..
(1)
t::
>-.
,....:;
",Ф
'--'
.
о..
о
Ф
11)
:<i
..Q
'f-<
:I:
u
Ф 11)
:Q
:I:
:s::
f-<
u
'"
t::
(1)
:Q
:I:
:r
о
f-<
О
t::
,
о
t;;
:r
h)
U
о
......
,...;
u
:s::
Q..
206
' . " . , .. .
\ /'
'" // . . . i '
. .. ' '
С.> I
/ <i'(
/ ' .\
,/ \
.,. ' ,. ::. . ,L)
,/ . , ., \ '
\ 1" ',',
\ "Ji'
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: знакомство с классификацией пластинча
тых теплообменников, изучение устройства и принципа действия
пастеризационно охладительной установки, при обретение практи
ческиХ навыков по ее расчету.
3 а д а н и с: рассчитать комбинированную пластинчатую ус.
тановку для пастеризации и охлаждения молока, состоящую из че
тырех секций (рис. 3.11): 1 рекуперации теплоты, II пастеризации
молока, III охлаждения молока, IV охлаждення молока ледяной
водой, если заданы: производительность G" Kr/c; начальная темпе-
ратура молока t/, ос; температура пастеризации tз, ос; конечная
температура молока (6 == 4 ос; коэффициент рекуперации теплоты со
начальная температура rорячей воды (,', == 79 ос; кратность rорячей
воды n," 4; начальная температура холодной воды t в ' == 8 ос; крат.
насть 'ледяной воды n л 4; общее допустимое rидравлическое со.
противление Др == 400 кПа; плотность молока РА' == 1033 Kr/M 3 ;
удельная теплоемкость воды Св 4,186 кДж/(кr.К); средняя удель
ная теплоемкость молока с,и == 3880 Дж/(кr'Ос).
Установку намечено изrотовлять на базе пластин типа П 2 с
I'ОрИЗОНТальными rофрами ленточно-поточноrо вида (табл. 3.4).
Л/етодика расчета
Определение температурных условий в секциях установки
С е к Ц и я р е к у пер а Ц и и т е п л о т ы. Температура cы
poro молока в конце секции рекуперации теплоты (при входе в ceK
цию пастеризации), ос [2],
t2 = t/ + (tз . t/)E. (3.27)
Температура пастеризованноrо молока после секции рекупе
рации теплоты (при входе в секцию охлаждения водой), ОС,
t4 = (, + (tз . t2), (3.28)
Температура молока после секции водяноrо охлаждения, ОС,
(5 == t в ' + 2 . (3.29)
Средний температурный напор в секции рекуперации при xa
рактерной для нее постоянной разности температур, ОС,
.1t рек = t 3 (2 . (3.30)
207
....
...
""
'"
Рис. 3.11. Схема теrmообменной устаНОВКИ
и rpафик изменения температур по секциям
...
Тоrда симплекс SpeK, характеризующий условия подобия TeM
пературных режимов,
SpeK ==(t2 tl)/ Дt рек ' (3.31)
С е к Ц и я п а с т е риз а Ц и и. Температура rорячей воды
при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса теп
лоты, ОС,
t;' == t; (tз t]).
стn т
Средний температурный напор, ОС,
дt п Дt п
б .м
дt п == ,
2,31g( 11t; / .1tZ)
rде 11t , .1tZ соответственно большая и меньшая разность темпе
ратур ежду теплоносителями на концах секции, ос (рис. 3.12),
ппп 1
11tб==tr t2 и .1t.м==tr tз, (3.34)
Torдa Sn, характеризующий условия подобия пастеризации,
Sn ==о] t2 )/; .1t n . (3.35)
С е к Ц и я о х л а ж Д е н и я в о Д о й. Температура холодной
О С
воды, выХодящеи из водянои секции, ,
t; ==t + (t4 t5)' (3.36)
Свn в
С о с
реднии температурныи напор, ,
..1t в 11t в
11t в == б .м (3.37)
2,3 19( .1t / 11t )
(3.32)
(3.33)
Т а б л и ц а 3.4.
Характеристики пластин типа П 2
J, М
208
rде
Значения
0,2
0,270
0,800
0,0008
0,0059
0,0012
16
в" в'
.1tб == t4 t в и 11t... == t5 t в' (3.38)
Тоrда симплекс SB, характеризующий условия подобия охла
ждения,
Sв ==(t4 t5)/ .1t в .
Секция охлаждения ледяной
о с
тура ледянои воды на выходе из установки, ,
t ==t + (t5 t6)'
слn л
(3.39)
в о д о й. Темпера
(3.40)
209
LJ t", tJf IJ /.
'50 15IJ
150 (5IJ
140 (4-О
150 ( O
120 120
110 1(0
10[; (00
-... 90
''', go
gJ 80
70 70
50 БО
'О 50
1,0 4IJ
]о 30
25 25 25
O 20 20
15 15 15
117 '0 10
Средний температурный напор для секции охлаждения ле
v v О С
дянои водои, ,
tО tО
б м
Дt л = ,
2,3 1 g( -dt / -dt )
(3.41)
rде
-dt/= (5 (,
Тотда симплекс
и
t м О= t6 (:, .
(3.42)
SЛ =(t5 t6 )/ Дt л .
(3.43)
Отношение рабочих поверхностей
u допустимые 2идравлические сопротивления по секциям
Выбираем ориентировочно следующие значения коэффици
ентов теплопередачи по секциям, вт/(м 2 . О с):
секция рекуперации
секция пастеризации
секция водяноrо охлаждения
секция охлаждения ледяной водой
k peK 2900
k n 2900
k. 2520
k, 2100
."
J
J
Найдем отношение площадей рабочих поверхностей секций
. . . SpeK . Sn . SB . Sл
F peK ' F n . F в . F л . . . (3.44)
k peK k n k в k л
Принимая меньш е из отношений правой части формулы
(3.44) за единицу и допуская небольшое окруrление, находим pac
пределение допустимых rидравлических сопротивлений, которое
равно распределению площадей рабочих поверхностей
ДРрек: Дрn: Др.: ДРл;: F peK : F Il : F.:F л . (3.45)
Так как общее допустимое rидравличсское сопротивление
Др == 4.\ 05 Па, а через секцию рекуперации молоко проходит дваж
ДЫ, можно записать
2 ДРрек + д.рп + ДР. + ДРЛ + д.рmр= 4.105, (3.46)
тде ДРтр rидравлическое сопротивление в трубопроводах, соеди
няющих секции аппарата, и в присоединительных уrловых штуце
рах (ввиду небольшой длины трубопроводов в расчете можно при
нять ДРmр == 5000 Па).
Рис. 3.12. Номоrpамма для определения Д t
210
211
Определение максимально допустимых скоростей продукта
в межпластШl1lЫХ каналах по секциЯМ
Средняя температура стенки, ОС:
в секции рекуперации
(ст.рек =(t] +t2 +t; +t4)/ 4,
в секции пастеризации
I
( ст . п =(t2 +tз +t r +t; )/4,
в секции водяноrо охлаждения
(ст.в =(t4 +t5 +t +t;)1 4,
в секции охлаждения ледяной водой
(ст.л =(t5 +t6 +t +t )/4. (3.50)
Будем считать, что ожидаемый коэффициент теплоотдачи MO
лока а... = 5000 вт/(м 2 . О с), а коэффициенты общеrо rидравлическоrо
сопротивления в секции рекуперации == 1,6, пастеризации 5;,== 1,4,
водяноrо охлаждения 5;, == 1,95, охлаждения ледяной водой sп == 2,2.
Максимально допустимые скорости движения молока, м/с:
в секции рекуперации
( (] + t2 '}
W =2 3 а м t cm . p 2 Рр .
р ( ) 2 '
см {2 t] IfJM;P
в секции пастеризации
( t 2 +t з '}
w =2 3 а м t cm . n 2 Рп
п ( 2
см tз t2 )Рм;п
(3.47)
в секции охлаждсния ледяной водой
:1= 5 +t6
а (.
w = 23 м 2 ст.Л л
л ( ) 2
с л ! 15 16 Рм;л
Полученные значения скорости для секций должны совпа
дать. Значительное их расхождение свидетельствует об ошибке в
вычислении или неправильном распределении допустимых rидрав
лических сопротивлений.
Среднее значение максимально допустимой скорости молока,
(3.54)
Поскольку соотношение сопротивлений известно, в COOTBeт
ствии с ним распределим сопротивления по секциям и найдем чис
ленные значения ДРрек, дрп, ДРв, ДРл'
(3.48)
м/с,
(3.49)
Ш м =(Ш р +Ш п +Ш в +W л )/ 4 . (3.55)
Объемная производительность аппарата, м 3 /с,
V ==G I Рм' (3.56)
Число каналов в пакете, шт.,
т = V /( f]W M ) . (3.57)
Полученное значение т окруrляем до целоrо числа, так как
число каналов в пакете не может быть дробным.
Скорость холодной воды, м/с,
Ш в = Ш". (3.58)
Скорость циркулирующей rорячей воды и ледяной воды, м/с,
W'r == ЮЛ = 2ю'в' (3.59)
(3.51)
Расчет площади рабочих поверхностей секции числа пластин
и числа пакетов
С е к Ц и я р е к у пер а ц и и т е п л о т ы. Площадь рабочей
поверхность секции, м 2 ,
F = Gc м (t 2 1] )
рек k .
рек дt рек
Число пластин в секции, шт.,
пpeK==FpeKIF]. (3.61)
Число пакетов Х, шт., определяем, зная число каналов в паке
тах т из формулы (3.57)
(3.60)
(3.52)
в секции водяноrо охлаждения
(t 4 + (5
W =2 3 а м 2 ( ст . в в
в ( 2
с м {4 t 5 )р А!;в
(3.53)
х рек == п рек / 2т.
(3.62)
212
213
Если число пакетов в результате расчета оказывается дроб
ным, то следует решить вопрос об увеличении числа пакетов до
ближайшеrо четноrо целоrо числа или об уменьшении числа KaHa
лов в пакетах данной секции. При уменьшении числа каналов CKO
рость потока увеличивается, что следует учесть при определении
потребноrо напора. На теплопередаче уменьшение числа каналов
скажется не значительно в сторону увеличения и ero можно не учи
тывать.
Окруrляем полученное число eK . Небольшой запас площа
ди рабочей поверхности компенсирует снижение среднеrо темпера
TypHoro напора при смешанном потоке.
С е к Ц и я п а с т е риз а Ц и и м о л о к а. Площадь рабочей
2
поверхности секции, м ,
Компоновка секций установки может выrлядеть так:
4+4+4+4+4+4+4+4
секция рекуперации ;
4+4+4+4+4+4+4+4
4+4
секция пастеризации ;
8
4+4+4
секция охлаждения водой
12
4 +4
секция охлаждения ледянои водои .
8
По этим данным строится компоновочная схема пластинча
той пастеризацнонно охладительной установки.
F = GjСм(lз /2)
п .
k n L1l n
(3.63)
Порядок оформления отчета
GC. M (1 4 /5)
F в = . (3.66)
k в L1l в
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса пастеризации, классификация пластинчатых пас
теризационно охладительных аппаратов, а также требования,
предъявляемые к ним;
расчетную часть, в которой приводится расчет пластинчатой
пастеризационно охладительной установки по предлаrаемому вари
анту (табл. 3.5), описание ее конструкции и принципа;
rpафическую часть, в которой дается чертеж установки и
спецификация к ней.
Число пластин в секции, ШТ.,
n п = F n / F j . (3.64)
Число пакетов в секции на стороне молока, ШТ.,
Х I1 = n 11 / 2т. (3.65)
С е к Ц и я о х л а ж Д е н и я в о Д о Й. Площадь рабочей по
2
верхности секции, м ,
Число пластин в секции, шт.,
n в = F B / Fj . (3.67)
Число пакетов в секции, шт.,
Х в -= n в / 2т. (3.68)
С е к Ц и я о х л а ж Д е н и я л е Д я н о й в о Д о й. Пло
б 2
щадь ра очеи поверхности секции, м ,
F л -= Gc м (15 16) . (3.69)
k л L11 л
Контрольные вопросы
Число пластин в секции, шт.,
n л -=Fл/F j . (3.70)
Число пакетов в секции, шт.,
Х Л -=n л /2m. (3.71)
1. Каковы основные требования, которым должны удовлетво
рять современные теплообменные аппараты?
2. Какие виды пластин известны?
3. Какие факторы влияют на интенсивность и эффективность
процесса теплообмена в пастеризационно охладительных YCTaHOB
ках?
4. Каково устройство и принцип действия пастеризационно
охладительной установки?
214
215
5. Каковы основные направления повышения эффективности
работы пастеризационно охладительных установок?
6. В чем заключается сущность тепловоrо расчета пастериза
ционно охладительных установок?
РПР.N'!! 3. РАСЧЕТ АВТОКЛАВА
Теоретическая часть
т а б л и ц а 3.5
Варианты индивидуальных заданий
Для прекращения жизнедеятельности микроорrанизмов. в
продукте и создания условий дЛя ero длительноrо хранения он под
верrается тепловой обработке при температуре до 100 ос (пастери
зации) или при температуре свыше 100 ос (стерилизации) [37].
Продолжительность и температура тепловой обработки YCTa
навливаются в зависимости от консистенции продукта, ero физиче
ских свойств (удельная теплоемкость, динамическая вязкость,
удельная теплопроводность), вида микроорrанизмов и их спор, ки
слотности, материала и размера тары, начальной температуры про
дукта, химическоrо состава консервов, температуры пара или воды
в автоклаве, условий проникновения теплоты и др.
Ре.жим стерилизации определяется временем проrpевания
консервов до температуры стерилизации и продолжительностью
выдерживания консервов при этой температуре (так называемое
летальное для микроорrанизмов время).
При HarpeBe продукта в течение времени fJ внутри банки YBe
личивается давление. Повышение температуры продукта и банки
при стерилизации консервов приводит к увеличению давления в
последней. Разность между давлениями по обе стороны стенки бан
ки может достичь таких значений, при которых происходят дефор
мация или нарушение rерметичности жестяных банок, срыв крышек
со стеклянных банок 137].
Чтобы в период стерилизации и особенно во время охлажде
ния давление в банке не превышало допустимое, создают искусст
венное противодавление с наружной CTQPOHbI банки (в аппарате)
при помощи сжатоrо воздуха или воды. Противодавление может
быть определено лишь в том случае, если известно давление в банке
во время стерилизации, которое зависит от следующих факторов:
температуры продукта при закатывании и стерилизации; давления в
пространстве, не заполненном продуктом при закатывании банки;
степени наполнения банки продуктом; тепловоrо расширения про
дукта и банки; изменения объема банки вследствие выrиба концов;
выделения rазов из продукта; набухания коллоидных частиц.
Давление насыщенных водяных паров обусловливается TeM
пературой продукта, заполняющеrо банку. При повышении темпе
217
Номер G, Kr/c (/, ос tз, ос f
варианта
1 2,95 12 75 0,87
2 3,00 13 76 0,89
3 3,05 14 77 0,80
4 3,10 ]5 78 0,81
5 3,15 16 79 0,82
6 3,20 17 80 0,83
7 3,35 18 75 0,84
8 2,90 19 76 0,85
9 2,95 20 77 0,86
10 3,00 21 78 0,87
11 3,05 12 79 0,88
12 3,10 13 80 0,89
13 3,15 14 75 0,87
14 3,20 15 76 0,89
15 3,35 16 77 0,80
16 2,90 17 78 0,81
17 2,95 18 79 0,82
18 3,00 19 80 0,83
19 3,05 20 75 0,84
20 3,10 21 76 0,85
21 3,15 19 77 0,86
22 3,20 20 78 0,87
23 3,35 21 79 0,88
24 2,90 22 80 0,89
25 3,00 23 76 0,86
216
ратуры оно увеличивается и во время стерилизации достиrает в OT
дельных случаях 0,3...0,4 МПа.
Большую опасность представляет уменьшение объема неза
полненноrо пространства в банке вследствие деформации крышки
(проrиба внутрь банки) под действием большоrо противодавления
извне. Значительно увеличивается внутреннее давление, способное
затем в конце стерилизации и при переходе к охлаждению сорвать
крышку.
В банках, укупоренных крышками, снабженными OДHOCTO
ронними клапанами, не требуется при стерилизации создавать про
тиводавление. Объясняется это тем, что во время стерилизации дaB
ление в банке почти всетда равно давлению в автоклаве вследствие
выхода из банки смеси пара и воздуха. При последующем охлажде
нии в таких банках образуется значительный вакуум.
Консервы, имеющие повышенную кислотность (компоты, co
ки И др.), подверrают стерилизации при температуре 100 ос в ки
пящей воде в аппаратах, работающих при атмосферном давлении.
Овощные закусочные, рыбные и мясные консервы стерилизу
ют при температуре 110...120 ос в аппаратах, работающих под дaB
лением выше атмосферноrо. Стерилизация под давлением при TeM
пературе, превышающей 100 ОС, про водится В водяном паре без
противодавления и с воздушным противодавлением или в воде с
воздушным либо водяным противодавлением.
Снижение давления в автоклаве приводит к срыву крышек
или деформации банок, поэтому на всех трубопроводах, по которым
поступают пар, вода или воздух, устанавливают обратные клапаны
между автоклавом и вентилем. На коммуникации автоклава YCTa
навливают только паровые вентили.
Охлаждение консервов, в особенности в стеклянной таре, яв
ляется одним из самых ответственных процессов. Термостойкость
стекла при охлаждении значительно ниже, чем при HarpeBe, поэто
му наружные слои стенки стеклянной банки испытывают сжимаю
щие усилия, в то время как при охлаждении в них возникают растя
rивающие усилия.
Режим стерилизации в аппаратах условно выражается форму
лой
rде 'rj, 'r2, 'r3 соответственно время HarpeBa банок до температуры
стерилизации (стер, ОС; время стерилизации и время для снижения
давления и температуры в автоклаве, мин.
В зависимости от режима стерилизации аппараты классифи
цируют на периодически и непрерывно действующие, работающие
при атмосферном давлении и выше.
Автоклавы изrотовляют двух типов: вертикальные и rоризон
тальные. rоризонтальные автоклавы применяют для стерилизации
консервов в жестяной таре, вертикальные для всех видов KOHcep
вов, как в жестяной, так и в стеклянной таре, поэтому они получили
широкое распространение на консервных заводах [37].
Автоклав (рис. 3.13) состоит из корпуса 3, крышки 4, корзин
1 О, проrраммноrо реryлятора 9 и арматуры для подключения к Ma
rистралям пара, воды, воздуха и для спуска конденсата. Сварной
корпус автоклава состоит из двух цилиндрических обечаек толщи
ной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе установлены MaHO
метр 8, термометр 7 и датчики проrpаммноrо реrулятора. Внизу
корпуса расположены паровой барботер 11 и сливной патрубок со
стаканом.
Фланцы крышки и корпуса прижимаются один к друтому с
помощью быстродействующеrо поясноrо зажима 2, состоящеrо из
пятнадцати секторных захватов, укрепленных на кольце из пружин
ной стали, и рычажной системы для стяrивания и разведения пояс
ното зажима. На крышке имеются штуцеры для предохранительно
то клапана 5 и пробно спускноrо крана 6. Крышка имеет ypaBHOBe
шивающее устройство 1, облеrчающее ее открывание и закрывание.
Проrpаммный реrулятор стерилизации предназначен для aB
томатичсскоrо ведения процесса стерилизации с воздушным проти
водавлением по заданной формуле стерилизации.
'rj+Т2+ Т З
t стер
218
219
ступающей холодной водой. После охлаждения корзины с KOHcepB
ными банками выrружаются из аппарата.
Расчетная часть
I
I
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
стерилизации; знакомство с классификацией, устройством и прин
ципом действия автоклавов; выполнение расчета автоклава.
3 а Д а н и е: выполнить расчет автоклава, если заданы: тип
банки; масса автоклава G j , кr; вид продукта; производительность
линии П, банок/с.
10
Методика расчета
'"
'"
"
Количество банок, вмещаемых одной сеткой, шт. [37],
z = О 785а d / di ' (3.72)
rде а = hc / h б отношение высоты сетки к высоте банки (ближайшее
целое меньшее число); hc и h б высота сетки (hc == 0,700 м) и высота
банки, м (табл. 3.6); d c диаметр сетки автоклава, м (d c == 0,94 м);
d б наружный диаметр банки, м (табл. 3.6).
$',
т а б л и ц а 3.6
Основные параметры банки
2200
Условное Вместимость, Масса Высота Диаметр
обозначение дм 3 тб Kr h б , м d б , М
N!!8 0,346 0,140 0,0518 0,1023
N!!9 0,375 0,164 0,0968 0,0761
еко 83 5 0,350 0,225 0,07БО 0,0950
еко 83 1 0,500 0,270 0,1 ОБО 0,0950
еко 83 2 1,000 0,430 0,1500 0,1100
Рис. 3.13. Автоклав:
1 уравновешивающее устройство; 2 поясной зажим; 3 корпус; 4
крышка; 5 предохранительный клапан; 6 пробно спускной кран; 7
термометр; 8 манометр; 9 проrpаммный реrулятор; 1 О корзины;
11 паровой барботер
Наполненные банками корзины устанавливаются в аппарат
одна на друryю, после чеrо крышка закрывается. Сосуд наполняется
водой, а через имеющийся внизу барботер подается пар. Воздуш
ным компрессором создается и поддерживается постоянное давле
ние в системе. По истечении времени, необходимоrо для стерилиза
ции, пар и rорячая вода постепенно вытесняются из аппарата по
220
Время наполнения банками одной сетки, с,
'rc = z/ П. (3.73)
Число сеток, заrpуженных в один автоклав, шт.,
Zc ='rд/'r с , (3.74)
rде 'rд максимальная продолжительность выдержки (накопления)
банок до их стерилизации после укупоривания (обычно 'rд < 1800 с).
221
Число сеток Ze окруrляют до ближайшеrо целоrо меньшеrо
числа.
Число банок, заrpужаемых в автоклав, шт.,
N б = ZcZ. (3.75)
Продолжительность полноrо цикла Р аботы автоклава с
, ,
7" =7"0 +7"] +7"2 +7"з +7"4' (3.76)
rде 7"0, 7"}, 7"2, 7".1, 7"4, соответственно время заrpузки автоклава (в
расчете 7"0 == 7"4 15...25 мин), повышения температуры, собственно
стерилизации, снижения давления, температуры в автоклаве и ox
лаждения банок, разrрузки автоклава, с (табл. 3.7).
rде G} масса автоклава, кr; С} удельная теплоемкость стали;
С] =482 Дж/(кr.К); 1е температура стерилизации, ОС (табл. 3.7); 1}
начальная температура автоклава, ос (1} == 18 ОС).
Расход теплоты на HarpeB сеток, Дж,
Q2=G2C](1c 12), (3.79)
rде G 2 масса сеток, Kr; 12 температура сетки, ос (12 == 19 ОС);
G 2 == 4'Щ.' (3.80)
здесь те 50 Kr масса одной сетки, кr.
Расход теплоты на HarpeB банок, Дж,
Qз=GзСз(1с tз), (3.81)
rде G з масса банок, кr,
Таблица 3.7
Режимы стерилизации для различных банок
G з = Пбтб, (3.82)
здесь П б число банок, заrpужаемых в автоклав, шт.; тб масса oд
ной банки, кr (табл. 3.6); сз удельная теплоемкость материала Ta
ры, Дж/(кr.К); для стеклянных банок сз 0,670...0,835 кДж/(кr.К) и
для жестяных банок NQ 8 и NQ 9 сз 0,482 кДж/(кr.К); tз начальная
температура банок, ос (принимается такой же, как температура про
дукта ).
Расход теплоты на HarpeB продукта в автоклаве, Дж,
Q4 = G 4 C 4 (1с 14 ), (3.83)
rде G 4 масса продукта, кr;
G 4 = РпрVБПБ, (3.84)
здесь Рпр плотность продукта, Kr/M 3 (табл. 3.8); V б объем одной
банки, м 3 (табл. 3.6); П б число банок, заrpужаемых в автоклав, шт.,
С4 удельная теплоемкость продукта, Дж/(кr.К) (табл. 3.8); 14
температура продукта, ос (t4 == 25 ОС).
Условное Режимы стерилизации, мин, Противо
обозначение при температуре ( е , ос давление,
банки 113 115 120 МПа
N!!8 20 80 20 20 60 20
N!!9 20 90 20 20 4O 25
СКО 83 5 35 135 50 4O 14O 55 0,25
СКО 83 1 25 115 30 25 75 30 0,25
СКО 83 2 зо 125 4O зо 1 00 4O 0,25
Производительность одноrо автоклава, банок/с,
Па = N б /7". (3.77)
Тепловой расчет автоклава устанавливает расход пара на CTe
рИлизацИЮ и расход охлаждающей воды. Расход пара за один цикл
работы автоклава находят отдельно для первоrо периода, Коrда
температура в автоклаве повышается до температуры стерилизации,
и для BToporo периода, коrда в автоклаве поддерживается постоян
ная температура стерилизации.
В первый период работы автоклава тепловая энерrия затрачи
вается на HarpeB аппарата, сеток, банок, крышек, продукта и воды
(при стерилизации в воде) и на компенсацию потерь теплоты в OK
ружающую среду путем лучеиспускания и конвекции.
Таблица 3.8
Параметры обрабатываемоrо сырья
Расход теплоты на HarpeB автоклава, Дж,
Q] = G]c] (1с 1] ),
Наименование У дельная теплоемкость, ПЛотность,
Дж/(кr.К) Kr/M 3
Свинина 3865 1130
rовядина 4007 1038
Рыба 3601...4145 1050
Молоко сrущенное 2261 1240
(3.78)
223
222
Расход теплоты на HarpeB воды в автоклаве, Дж,
Q5 == G 5 c(t c (5 ), (3.85)
rде G 5 масса воды в автоклаве, кr;
G 5 ==095P B (V a VБПБ), (3.86)
здесь Рв 1000 Kr/M 3 плотность воды; V a объем автоклава, м 3 ; с
удельная теплоемкость воды, Дж/(кr.К); С == 4186 Дж/(кr.К); t5
начальная температура воды в автоклаве, ос (t5 == 20 ОС).
Потери теплоты в окружающую среду Q6, Дж, принимаю т
обычно равными 5 % от общеrо расхода теплоты Qобщ, Дж,
Qобщ ==Q] +Q2 +Qз +Q4 +Q5 +Q6' (3.87)
Расход пара в первый период работы автоклава, Kr/c,
D] ==Qобщ/(i iк), (3.88)
rде i == 2700 кДж/кr энтальпия пара, Дж/кr; i K энтальпия KoндeH
сата, кДж/кr,
i K == Св . t конд, (3.89)
rде Св 4,186 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость воды, Дж/(кr.К);
(конд == 96...98 ОС температура конденсата, Ос.
Интенсивность расхода пара в первый период работы, или
расход пара в единицу времени, Kr/c,
D4 == D] /'r2 . (3.90)
Во второй период работы автоклава (при постоянной темпе
ратуре стерилизации) тепловая энерrия расходуется на компенса
цию потерь теплоты в окружающую среду путем конвекции и луче
испускания, Дж,
Q7 == F 2 'r2 a o (t т ( в ), (3.91)
rде F 2 площадь поверхности автоклава, м 2 ; 'r2 продолжительность
собственно стерилизации, с (табл. 3.7); ао == 1750 вт/(м 2 .к) cyM
марный коэффициент теплоотдачи, вт/(м 2 .к); { т температура
стенки во второй период работы, ос (t;т == 30 ОС).
Расход пара, Kr,
Общая масса автоклава, сеток, банок и воды, Kr,
G" ==G J +G 2 +G з +G 5 . (3.95)
[де G j , G 2 , G з , G 5 соответственно масса автоклава, сеток, банок и
воды, Kr.
Приведенная теплоемкость массы G", Дж/(кr.К),
с пр ==(GJcJ +G2c2 +Gзс с +G 5 c B )/С" , (3.96)
rде Cj, С2, С3 соответственно удельная теплоемкость материалов
автоклава, сеток и банок, Дж/(кr.К); С3 == 0,482 кДж/(кr.К); Св ==
== 4,186 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость воды, кДж/(кr.К).
Конечная температура автоклава, сеток, банок и воды, ОС,
{ ==t K (5...7 ),
rде {" конечная температура продукта, ос (t" == 40...50 ОС).
Расход охлаждающей воды, кrk,
. W ==2,ЗОЗ [ G 4 Спр 19 { с to +G 4 С/: р 19 { to ) ,
Св tK to Св tK to
(3.97)
(3.98)
I
rде t к конечная температура автоклава, заполняющей ero воды,
сеток и банок, ОС;
Порядок оформлеllUЯ отчета
D 2 == Q7 /( i i K ), (3.92)
или расход пара в единицу времени, Kr/c,
D; == D 2 / 'r2' (3.93)
Общий расход пара за один цикл работы автоклава, Kr,
D==DJ +D2' (3.94)
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой приводятся основы процесса
стерилизации и классификация автоклавов;
расчетную часть, в которой описываются расчеты автоклава
по предлаrаемому варианту (табл. 3.9), конструкция и принцип дей
ствия автоклава;
rpафическую часть, в которой дается чертеж автоклава и
спецификация к нему.
224
225
РПР Х!! 4. РАСЧЕТ БЛАНШИРОВА ТЕЛЯ
Т а б л и ц а 3.9
Варианты индивидуальных заданий
Теоретическая часть
Номер G j , Тип банки Вид продукта П,
варианта Kr банок/с
1 1150 N-o 8 Свинина 30
2 1130 N-o 9 Тоже 3 1
3 1110 СКО 83 5 " 32
4 1170 СКО 83 1 " 33
5 1190 СКО 83 2 " 34
6 1140 N!!8 rовядина 40
7 1160 N-o 9 То же 41
8 1180 СКО 83 5 " 42
9 1120 СКО 83 1 " 43
10 1750 СКО 83 2 " 44
11 1730 N!! 8 Рыба 50
12 1710 N-o 9 Тоже 50
13 17QO СКО 83 5 Свинина 50
14 1770 СКО 83 1 Тоже 50
15 1130 СКО 83 2 " 50
16 1150 N-o 8 Молоко 60
17 1140 N!! 9 Тоже 50
18 1130 СКО 83 5 rОВЯllина 30
19 1160 СКО 83 1 Тоже 3 1
20 1750 СКО 83 2 " 32
21 1760 N!! 8 Молоко 33
22 1740 N!!9 Тоже 34
23 1720 СКО 83 5 Свинина 40
24 1710 СКО 83 1 Тоже 42
25 1770 СКО 83 2 " 43
Контрольные вопросы
1. Что называется стерилизацией?
2. Что называется пастеризацией?
3. Чем определяется продолжительность стерилизации?
4. Какова структура формулы стерилизации?
5. Какие виды оборудования применяются в промышленности
для стерилизации?
6. Каково устройство и принцип действия автоклава?
7. В чем состоит сущность работы автоклава с противодавле
нием?
8. Каков порядок охлаждения консервов в автоклавах перед
их выrpузкой?
226
Бланшированием называется непродолжительная тепловая
обработка овощей, картофеля и фруктов до полуrотовности с быст
рым последующим охлаждением холодной водой с целью:
сохранения eCTecTBeHHoro цвета продукта, что достиrается
разрушением окислительных ферментов под действием высоких
температур;
удаления воздуха из тканей продуктов и создания условий
для лучшеrо сохранения витаминов;
увеличения проницаемости оболочки плодов и овощей;
разрушения плазматическоrо слоя для последующеrо извле
чения сока;
частичноrо уничтожения микроорrанизмов;
облеrчения удаления кожуры плода.
Тепловое воздействие на сырье резко меняет все ero свойства,
интенсивность которых зависит от вида сырья, степени ero предва
рительноrо измельчения и характера тепловоrо воздействия (дли
тельности, температуры, давления). При воздействии теплоты
бланшируемая ткань становится более мяrкой, клетки ее набухают
и вытесняют воздух из межклеточноrо пространства, протоплазма
свертывается и отделяется от клеточных оболочек, которые CTaHO
вятся более проницаемыми. Кроме Toro, блаrодаря бланшированию
уменьшается rиrpоскопичность сушеных овощей и фруктов, а TaK
же инактивируются их окислительные ферменты [40].
При бланшировании частично уничтожаются микроорrаниз
мы (плесени, дрожжи), rлавным образом с поверхности, уменьша
ется их объем, изменяется упруrость тканей. Однако бланширован
ные овощи и фрукты не должны быть слишком мяrкими, coxpaHe
ние ими первоначальной формы является обязательным условием.
Характер и интенсивность этих изменений зависят от вида
сырья, ero химическоrо состава, прежде Bcero от содержания в нем
крахмала и друrих высокомолекулярных уrлеводов, белковых Be
ществ и воды, а также от способа бланширования [37].
Важной задачей бланширования является инактивация фер
ментов, содержащихся в свежих овощах, корнеклубнеплодах и
фруктах. Эти ферменты катализируют окисление полифенолов,
227
аминов и некоторых аминокислот с образованием соединений
имеющих темную окраску. Наиболее термостойким ферментом яв
ляется пероксидаза. Для ее инактивации растительная ткань должна
быть HarpeTa до температуры выше 75 ос. Полнота ее инактивации
зависит также от длительности тепловоrо воздействия. Поэтому pe
акция на пероксидазу является общепринятым методом контроля
процесса бланширования. При температуре воды 97 ос полная
инактивация пероксидазы достиrается: в картофеле, нарезанном
столбиками, через 3 мин, а в целых клубнях через 10...25 мин в
зависимости от их размера; в шинкованной капусте при температу
ре в паровой камере 93 ос через 2...3 мин; в зеленом rорошке при
температуре воды 92 ос через 3...4 мин.
При бланшировании корнеклубнеплодов, овощей и фруктов в
воде происходят и нежелательные изменения, которые приводят к
обеднению их химическоrо состава, а также частичное разрушение
витаминов, шавным образом витамина С. Поэтому бланшировать
их рекомендуется в целом виде, не очищенными от кожицы. Блан
шированные корнеклубнеплоды режут охлажденными, при этом
они также хорошо измельчаются на корнерезках, как и сырые. Для
уменьшения потерь сухих веществ рекомендуется бланшировать
нарезанные кусочки картофеля и овощей паром.
Для бланширования овощей, картофеля и фруктов применяют
тепловые аппараты различных систем [37].
Бланширование в воде можно проводить в ковшовых, скреб
ковых, барабанных и друrих бланширователях, бланширование па
ром в ленточных rоризонтальных и наклонных аппаратах.
Бланширование в воде. Ковшовый туннельный бланширова
тель (рис. 3.14) состоит из туннеля, ковшовоrо транспортера, KapKa
са, привода, паропровода и водопровода [16].
Бланшировочный туннель состоит из отдельных скрепленных
между собой секций. Вдоль боковых стенок туннеля имеются Ha
правляющие, по которым катятся ролики ковшовоrо транспортера.
Нижняя ч сть туннеля представляет собой ванну, которая заполня
ется водои.
Сырье заrpужают в ковши, которые продвиrаются через ТYH
нель транспортером. Они поrpужены в rорячую воду или находятся
под действием пара. По окончании процесса ковши выносят блан
шированный продукт из туннеля и передают ero на охлаждение.
4
t Пар
80аа
Рис. 3.14. КОВШОВЫЙ бланширователь БК:
1 каркас; 2 туннель; 3 КОВШОВЫЙ транспортер; 4 . привод;
5 паропровод; 6 водопровод
Продолжительность бланширования можно реrулировать от 2
до 32 мин.
Барабанный водяной бланширователь при меняется в OCHOB
НОМ для бланширования зеленоrо rорошка. Сетчатый барабан снаб
жен для жесткости каркасом. На одном из торцов барабана yc
тановлен заrрузочный бункер, на друrом разrpузочный люк [37].
Барабан вращается при помощи двух насаженных на Hero
зубчатых кольцевых реек и заключен в неподвижныЙ кожух, в KO
тором удерживается тремя парами роликов. У заrрузочноrо конца
барабана расположен приводной вал с рабочим и холостым шкива
ми. От Hero при помощи конических шестерен приводится в дви
жение вспомоrательный вал с двумя цилиндрическими шестернями,
движущими зубчатые рейки барабана. Со стороны заrрузочноrо OT
верстия в барабан подводится вода, в нижнюю часть кожуха пар
для наrревания воды.
Продукт, поступивший через заrрузочное отверстие, поrpужа
ется в rорячую воду и блаrодаря наличию спирали у внутренней
поверхности вращающеrося барабана медленно продвиrается к про
тивоположному концу барабана. Перед заrрузочным отверстием он
омывается холодной водой и специальными лопастями через раз
rpузочное отверстие выталкивается из барабана.
228
229
Продолжительность процесса реrулируется изменением час
тоты вращения барабана.
Бланширование паром. Широкое распространение получили
непрерывнодействующие паровые ленточные бланшироватсли, pa
ботающие без избыточноrо давления. [реющим areHToM в них явля
ется насыщенный водяной пар, который подают в аппарат через
сопла или барботеры. Теплота, необходимая для бланширования,
выделяется при конденсации ВОДяноrо пара на поверхности обраба
тываемых продуктов [37).
fоризонталъный ленточный паровой бланширователь преk
ставляет собой транспортер с сетчатой лентой, проходящей через
П образную паровую камеру длиной 6 м, с барботером над лентой и
под ней. Сырье бланшируют тонким слоем (4...7 см), что создает
блаrоприятные условия для равномерной тепловой обработки всех
кусочков. В процессе бланширования кусочки не сминаются. Пре
имуществом бланширователей ленточноrо типа является их уни
версальность. Они приrодны для бланширования не только KapTO
феля, но и свеклы, моркови, капусты и друrих овощей.
Наклонный ленточный бланширователь (рис. 3.15) состоит из
наклонноrо транспортера, заключенноrо в камеру, имеющую три
секции: промывочную, шпарительную и промывочно остывочную.
Внутри шпарительной камеры установлен паровой барботер,
а над промывочной и промывочно остывочной перфорированные
трубы с тремя рядами отверстий для подачи холодной воды в виде
душа.
Нарезанные овощи или картофель через заrpузочное устрой
ство подаются в аппарат и размещаются ровным слоем на сетке
транспортера. Продукт проходит через первую камеру, rде промы
вается водой, затем в шпарительной камере обрабатывается паром,
в третьей камере охлаждается под душем и с ero поверхности CMЫ
вается крахмальный клейстер.
Паровые бланширователи оборудуют местными отсосами и
оснащают манометром, установленным на подводящем паропро
воде. Водяные бланширователи необходимо снабжать указателями
уровня воды в ванне, устанавливаемыми на 200 мм выше барбо
тера. Бланширователи оснащают автоматикой, отключающей пода
чу пара при понижении уровня воды в ванне.
Рис. 3.15. Наклонный ленточный бланширователь:
1 наклонный транспортер; 2, 5 душевое устройство; 3 корпус;
4 перфорированные трубы; 6 распределительный шнек
230
231
Расчетная часть
здесь V . скорость движения воздуха, м/с (V . == 0,02 м/с); Рв плот
ность воздуха, кr/M 3 (Рв == 1,2 кr/M 3 ); Р1, Р2 упруrость паров воды
соответственно при температуре испарения и температуре воздуха
21 ос, Па (Р1 == 101308 Па; Р2 == 2332 Па) (приложение, табл. П 3.2);
qy относительная влажность воздуха (qy == 0,7); r теплота испаре
ния, соответствующая температуре бланширования, Дж/кr.
Расход теплоты на подоrpев воды, доливаемой в ванну блан
ширователя, Дж/с,
Qз == W в С(t4 tз ), (3.1 02)
rде W . масса доливаемой воды, кr/c; с == 4186 Дж/(кr.К) удельная
теплоемкость воды, Дж/(кr.К); tз и (4 начальная и конечная темпе
ратура доливаемой воды, ос (tз == 17...19 ос, t4 == (6),
Расход теплоты на HarpeB ленты транспортера, Дж/с,
Q4 ==G m c m (t7 t6), (3.103)
rде Gm' масса ленты транспортера, Kr/c (G m == vG yJ ' rде v CKO
рость движения ленты, м/с G уд == 4,3 Kr масса 1 м ленты);
С т удельная теплоемкость ленты транспортера, Дж/(кr.К) (С т ==
== 482 Дж/(кr.К»; (7 и (6 конечная и начальная средняя температура
ленты транспортера, ос, (7 == (6; t6 == (6 (45...53 ос).
Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду
путем лучеиспускания и конвекции, Дж/с,
Q5 == Fucпa o (! ст t в ), (3.104)
F 2
rде площадь поверхности испарения воды, м ; ао суммарныи
коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, вт/(м 2 .к);
( ст средняя температура поверхности стенки ванны, ос (tcm == 34...
46 ос); t . температура воздуха, ос (t . == 18...21 ос).
Общий расход теплоты, Дж/с,
QоБЩ == Q] + Q2 + Qз + Q4 + Q5' (3.105)
Расход пара, Kr/c,
D==Qобщ/(i iк), (3.106)
rде i K энтальпия конденсата, Дж/кr ик == 417,5 Дж/кr); i энтальпия
rpеющеrо пара, Дж/кr,
i==i'+rx, (3.107)
здесь i теплота испарения жидкости, Дж/кr; r теплота парообра
зования, Дж/кr; х степень сухости пара (обычно х == 0,92...0,95).
Ц е л ь р а б о т ы: знакомство с классификацией бланширо
вателей, изучение устройства и принципа действия бланшировате
ля, приобретение практических навыков по ero расчету.
3 а д а н и е: выполнить расчет бланширователя, если заданы:
производительность G, Kr/c; вид обрабатываемоrо продукта; шю
щадь поверхности испарения воды FUCI1' м 2 ; масса доливаемой воды
W B , Kr/c; скорость движения ленты транспортера v, м/с.
Методика расчета
Расход теплоты на наrpевание продукта, Дж/с [37],
Q] == GC(t2 t] ), (3.99)
rде G производительность бланширователя, Kr/c; с удельная теп
лоемкость продукта, Дж/(кr.К) (табл. 3.10); t1 и t2 средняя началь
ная и конечная температура продукта, ос (t1 == 18 0 С; t2 принимают
на 2...3 ос ниже температуры бланширования (6).
Таблица 3.10
Параметры обрабатываемых продуктов
Наименование У дельная теп Температура Насыпная
продукта лоемкость бланширования плотность
продукта с, (", ос р, Kr/M 3
Дж/(кr.К)
Картофель 3,43...3,68 94...96 640.. .750
Морковь 3,14.. .3.94 92...98 550.. .650
Яблоки 3,77...3,91 94...98 585...650
rорошек 3,52.. .3,68 92 350...400
Свекла 3,35.. .3,90 93 600.. .780
Абрикос 3,77...3,88 94 550...640
Слива 3,31.. .3,81 94 600...720
Расход теплоты на испарение влаrи, Дж/с,
Q2 == F ucп К исп (р] QYP2)r, (3.1 00)
rде F ucl1 площадь поверхности испарения воды, м 2 ; К исп коэффи
циент испарения, кr/(м 2 .с.па),
Кис/! == 156. JO 7 (vврв 'Р. 8 , (3.101)
232
233
В тех случаях, коrда бланширование продукта ведется в BOД
ном растворе соли, кислоты или щелочи с подоrpевом через поверх
ность HarpeBa, числовое значение энтальпии конденсата i K принимаем
равным температуре бланширования или меньше ее на 5...8 ос.
ПЛощадь поверхности Harpeвa F, м 2 , бланширователя при 'f = 1 с
F = Qобщ/kI11, (3.108)
rде k == 1900 вт/(м 2 .к) коэффициент теплопередачи, вт/(м 2 .к); 111
разность между температурами пара и бланширования, ос.
Расход охлаждающей воды, Kr/c,
W GC(12 (5)
охл ( \ '
1 к 1/1 в
rде 12 температура продукта до охлаждения, ос (принимаем 12 == (6);
15 температура продукта после охлаждения, ос (15 == 25...35 ОС);
( н и 1к начальная и конечная температура охлаждающей воды, ОС ин
== 13 И 1 к == (6); Св удельная теплоемкость воды (Св ==
Порядок оформления отчета
(3.109)
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeT
ствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса бланширования, классификация бланшировате
лей, а также требования, предъявляемые к ним;
расчетную часть, в которой при водится расчет бланши
рователя по предлаrаемому варианту (табл. 3.11), описание ero KOH
струкции и принципа действия;
rpафическую часть, в которой дается чертеж блаНШИРОRате
ля и спецификация к нему.
== 4186 Дж/(кr.К).
234
235
Контрольные вопросы
1. Что такое бланширование?
2. С какой целью проводят бланширование картофеля, OBO
щей и фруктов?
3. Каковы устройство и принцип действия бланширователей?
4. Почему паровые бланширователи более предпочтительны
по сравнению с водяными?
5. Какие типы бланширователей плодов и овощей известны?
6. Каков порядок тепловоrо расчета бланширователя?
7. Какие виды блокировки имеются в паровых и водяных
бланширователях?
8. Какие изменения происходят в пищевых продуктах при
бланшировании?
236
......
......
м
ro
::f
:=
1.0
Ь
I I
Q) U U
:1:.....
::s;: в.. ::g
f-< IrJОIrJОIrJО("1"""N'<tI.OI.O N'<t1.O
1'--1'--I.OI.OIrJIrJ1'--1'--1'--1'--1'--I.Or--r--1'--r--1'--
1З1З qqqqqqqqqqqqqqqqq
u:l:Q)ooooooooooooooooo
8.
g
u :1:
Q; .
::s;:
..Q U
О t:::t.....
t:::t О r...
'" '1:1 :.:
u ,::;;:
u о
'" ::Е
:Е
'::s::
::s::
:I:
ro
.
ro
м
:а
:I:
..Q
>.
::s::
::s::
tJ
::s::
:I:
ro
::s::
р..
ro
......N("100'l .....N("100'l'<t......N("100'l
1rJIrJIrJIrJIrJIrJIrJIrJIrJI.OlrJlrJlrJlrJlrJ 0 gIrJ
o.o.qo.qqo.o.qo.o.o.o.o. . .0.
00000000000000000
,
о ..Q
:I: t:1:
><: о
р..'I:I
Q) '"
'1:1 ::s;: ;g
g а3 ,...... N. r-'l """. "l 1.0. 1': 00. о. ...... N. . """. "l 1.0. 1':
..Qp..EooooooooooooooooooO'loooooooooooooo
t:::t ro с."
'" t:: .....
S
о ::s;:
f-<
t:: u
о
r...
о
::Е
Q)
'" '"
'1:1 f-<
:Q :.:
f-< »
а
'" р..
t::
О
t:::t
::s;:
t:Q
,
..Q ..
U
(1).....
!s; g
t:::t .
ос.:;,
'1:1 ..Q
М f-<
::s;: U
О о
р..:I:
t::
'"
p..f-<
(1) :1:
::Е '"
о ::s;:
:r:: g.
'1:1
..Q :I: ..Q :1: ..Q
..Q Q) :Q ..Q (1) ..Q ..Q
::;;: '" u (1) 'I:I::S;: '" u "' a) 'I:I::S;:
i :':(I) M O,vXO:':(I) o'l:l о:':
i О :.::.: :.: о м :.: :.: := О :.: о
о ;:; :.: (1) ::s;: ... о Q. :.: (1) ::s;: е.
Оф(l)'I:I.еО Оф(l)'I:I. ОФ
:E а Uф :E аu ф "':E
::.:: -<::.:: -< ::.::
о о
ooO'lON'<tI.OO'<tooNI.OO'<too ooN
("1("1 '<t'<t 1rJ1rJ1rJ1.01.01'--r--r--0о0о0'l
00000000000000000
.....N("1'<tIrJI.01'--ооO'lS
.....N("1'<tIrJI.01'--
I""""'i I""""'i I""""'i 1"""""11"""""1
I
I
237
238
OJ u
"" :I: U
'" "'
;;:("1 N'<tI.O """
ЕЗ Ь. Ь. ь. bJ3. О. о. .
u5(1)oooooooo
8..
g
U :I:
......
......
м
\о
f-<
I!)
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
rЛАВА2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРО ВЕДЕНИЯ
МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ НАКлонноrо диФФУзионноrо
АППАРАТА
Теоретическая часть
,
(1) .
ii!:i
::s;:
:Q u '<t"""N("1001'--1.01rJ
Ot:::t--....V1V11rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ
t:::t0!2qqq,qq,qqq
",'1:1 00000000
U '::;;:
u о
'" ;g
::Е
,::;;: '::;;:
:а :i1
:I: :I:
Q) ::а (1) :Q
5 '" с) '" '" u '"
м !2 '1:1 !2 '1:1
(1) s EJ
a u \SUa U \5U
-< -<
о о
L...
Извлечение сахара из стружки осуществляется диффузион
ным способом. Диффузией, или экстракцией называется извлечение
из сложноrо по своему составу вещества одноrо или нескольких
компонентов с помощью растворителя, обладающеrо избиратель
ной способностью растворять только вещество или вещества, под
лежащие экстраrированию.
Движущей силой диффузионноrо процесс а является разность
конценtpации. Таким образом, для диффузии сахара из стружки в
окружающую жидкость (воду, диффузионный сок) в диффузионном
аппарате должна поддерживаться разность между концентрациями
сахара в стружке и диффузионном соке, что достиrается при их
встречном движении [33].
В настоящее время в свеклосахарном производстве извлече
ние сахара из клеток свеклы производится в аппаратах непрерывно
ro действия. Свекловичная стружка и диффузионный сок в них Ha
ходятся в непрерывном противоточном движении. В каждом произ
вольном сечении аппарата как в жидкой, так и в твердой фазах yc
танавливается постоянная концентрация экстраrируемых веществ,
т. е. в каждом сечении аппарата процесс является стационарным.
Внутри же самой стружки содержание сахара изменяется в зависи
мости от времени, и процесс носит нестационарный характер.
Процесс извлечения растворимых веществ из клеток свеклы
делится на две стадии: диффузия вещества в ткани данноrо сырья и
массоотдача с поверхности частиц сырья к экстраrирующей жидко
сти [5].
rлавный закон молекулярной диффузии закон Фи ка YCTa
навливает математическую связь между количеством экстраrируе
Moro вещества и основными пара метрами процесс а в массе частиц:
, :Q
о t:::t
:I: О
&'1:1
Q) '"
'1:1 ::S;: ::Е
g 5 """. "l \о, 1"--. 0'1. О. .....
..Qo.."OOOOooOOOOOOO'lOO
t:::t '" с."
"'t::.....
S u
о ::s:
::S;:
t:: f3
о
н
о
::Е
(1)
ii! '"
:Q 1;;
f-< ;>,
'" о..
&-t::
о
t:Q
I
..Q
U
::S;:
t:::t .
0\J
'1:1 ..Q
м f-<
::s: u
о о
0..:I:
t::
t<!
o..f-<
(1) :I:
;g '"
о ::S;:
:r::g<
'1:1
1.0 88 °O N I.OON
0'1 O...........NN
......NNNNNNN
00000000
OOO'lO......N("1'<t1rJ
...........NNNNNN
239
dc
dS = D dF . d-r
dx '
тде dS количество продиффузировавшеrо вещества через единицу
площади dF изоконцентрической поверхности за единицу времени
dr; D коэффициент диффузии; dc/ dx rpадиент концентрации Be
щества.
Коэффициент диффузии D является физическим параметром
материала, характеризует проводимость вещества в материале и
численно равен массе вещества, диффундирующеrо через единицу
времени площади за единицу времени при rpадиенте концентрации,
равном еДИНице. Он зависит от температуры, вязкости растворите
ля, размера частиц растворимоrо вещества.
При использовании закона Фика необходимо учитывать сле
дующие допущения: свекловичная стружка однородна по толщине
и имеет rладкую поверхность; массовая доля сахара внутри стружки
изменяется по закону прямой линии, и поэтому принято, что cpeд
няя массовая доля сахара в стружке находится на расстоянии 1/4 ее
толщины от поверхности; сопротивление поrраничноrо слоя сока на
rpаНИце стружка сок не учитывается.
Допуская, что за время процесса средняя разность в нормаль-
ном соке свекловичной стружки и в диффузионном соке аналОI'Ична
средней разности температур при тепловых процессах, и принимая,
что средняя толщина стружки пропорциональна се периметру,
проф. П. И. Силин получил уравнение для анализа нормирования
работы диффузионноrо аппарата сахарното завода [33]:
п 1 п 1+cI/C2
g = AlJ m l-r,
п 1 пс 1 / С2
тде п коэффициент отбора диффузионноrо сока, кт/кт; CJ Macco
вая доля сахара в отработанной свекловичной стружке, %; С2 Mac
совая доля сахара в нормальном соке свеклы, %; А эксперимен-
тальный коэффициент, зависящий от конструкции аппарата (табл.
3.12); lJ m = 1O Т/17 температурный фактор; Т абсолютная TeM
пература в активной части аппарата, К; 17 динамическая вязкость
растворителя, Па.с; 1 длина массы навески J 00 r стружки, м; ''r
время активноrо диффундирования, мин.
(3. J 10)
т а б л и ц а 3.12
Значение коэффициента А для
диффузионных аппаратов
Тип диФФузионноrо аппарата Значение ко;ЬФициента А.](I
Колонный КДА 14,4
НаюlOННЫЙ 14,9
Ротационный Р ДА 9,2
У и Олье 9,4
Аппараты, в которых осуществляется экстракция сахаров из
свекловичной стружки при помощи экстраrирующей жидкости, на-
зываются диффузионными (рис. 3.16).
Диффузионные
mmapaThI
Диффузионные
аrnшра1Ы
периодичес Koro
дейс1ВИЯ
Диффузионные
arnшра1Ы
непрерьшноrо
дейс1ВИЯ
(3.111)
Наклонные
шнековоrо
nma
Рис. 3.16. Классификация диффузионных аппаратов
Они должны обеспечивать:
обессахаривание наиболее тонкой свекловичной стружки
при равномерном омывании ее диффузионным соком;
строто противоточное перемещение свекловичной стружки и
диффузионноrо сока;
минимальные потери сахара в отходах (жоме) при макси
мальной концентрации диффузионноrо сока;
240
241
высокое качество диФФузионноrо сока при минимальном
содержании в нем мезrи;
минимальную продолжительность процесса диффундирова
ПИЯ.
Кроме Toro, конструкция аппарата должна быть несложной в
изroтовлении и удобной в обслуживании и ремонте [12].
Наклонный двухшнековый аппарат (рис. 3.17) имеет корпус,
установленный под уrлом 8...11 о к rоризонту. В верхней части ап
парата размещен приемный бункер 2 для зarpузки свекловичной
стружки и шнеки 8 для удаления жома из аппарата. Лучшему yдa
лению жома способствуют также лопасти 14 [5].
Внутри аппарата стружка перемещается двумя лопастными
валами 5. Витки валов состоят из отдельных лопастей, расположен
ных по винтовой линии. Валы параллельны друr друry, и лопасти
одноrо вала заходят в межлопастное пространство дрyrоrо. Это
предотвращает возможность вращения свекловичной стружки BMe
сте с лопастями и способствует более равномерному перемещению
стружки по длине аппарата. Для этой же цели установлены KOнтp
лопасти 15 и переrородки 4 на нижней части крышек.
Удаляют жом из аппарата в верхней ero части шнеками 8.
Они смонтированы под прямым yrлом К транспортирующим шне
кам и вращаются в противоположных направлениях по отношению
дрyr к друry. Масса сокостружечной смеси в аппарате подоrpевает
ся при помощи камер 17, установленных по всей длине в нижней
части корпуса аппарата.
Стружка из приемноrо бункера перемещается шнеками вдоль
аппарата к лопастям, которые передают ее в виде жома на шнеки.
Экстраrирующая жидкость (барометрическая и жомопрессовая BO
да) поступает в концевую часть аппарата, двиrаясь противоточно
относительно стружки, насыщается сахаром и в виде диФФузионно
ro сока через сито удаляется из аппарата.
Каждый вал шнеков аппарата приводится в движение двумя
мотор редукторами. Для надежности перемещения свекловичной
стружки по длине аппарата верхняя пара шнеков должна вращаться
синхронно с нижней парой.
Лопасти расположены по ВИНТОВОй линии, по три на каждоМ
шаrе; каждая лопасть изrотовляется из перфорированноrо материа
ОО'rП
...,
I
<
""
I
I
.... t:::
.."
...,
ос>
....
242
('--"'
:ic.r
G &
::;;
о '"
:.:
I
3
..o
.. е-
@ ,
'I:Ir--
':s:: .......
:а
:I: :i '"
f-< f-< :.:
о
.. t:: t:: U
ti; О О О
o..
'" ' g
s V) :r:: :r::
'" ",' g
,::;;: :.: I со')
:а t:::t lrJ ;>,
'1:1 0......-&
о о.. -&
:.: о .. ::S;:
(1) (1) t:::t
:ж: g, ::S;: '"
s (1) t:::t
>( t:: :I: О
;>"f-<jЗ
g}'<t@o
'::;;: .. t::
:a"';>'
:I: :.: , t:::t
:I: S ("1 о..
о ..Q...... (1)
р. ::r
:<\ :.: ..
'" , gj !:j
::z:: ("1 ::r ;::;
r--: .. '
-;&
("1 :.: ::s;: ..
u I
::S;:ФN ::s;:
t:l..,::s;:...... U
:Q....... ,
:r::.....c
.. ..
:s:: [
g. '€ t;
, о..
N ' I
О
(1) ::s;:
ti; :.:
(1)
;З'
OO
i
g.
t::
, О
0'1'
.1.0
...... ......
243
Принимая из
конструкции диффузи
oHHoro аппарата диа
метр шнека DUI и pac
стояние между осями
шнеков 1, определяем
F.
При перемеще
нии свекловичной
стружки шнеками
вдоль аппарата она за
полняет зазоры между
корпусом и кромкой
шнека на протяжении
дуrи АВС, т. е. сечение
слоя стружки больше
сечения шнеков, что
учитывается коэффициентом 1].
1] =O,5V + D; / D ),
rде Д, диаметр корпуса аппарата, м.
Для нормальной работы аrrпарата стружка должна Haxo
диться HeMHoro выше верхней кромки витков шнеков, тоrда коэф
фициент подачи свекловичной стружки
k п =27rL/(S.{)).'r), (3.115)
rде L длина пути активноrо диффундирования стружки в аппарате,
м; ()) уrловая скорость вращения шнека, рад/с (ю = 1f11/30); 'r
время активноrо диффундирования, с.
Для определения расхода теплоты и пара на диффузионный
аппарат составляют тепловой баланс: количество теплоты, посту
пающей в аппарат, при установившемся режиме должно быть равно
количеству теплоты, покидающей аппарат.
Тепловой баланс наклонноrо диффузионноrо аппарата,
Q/ + Q2 + Qз + Q4 = Q5 + Q6 + Q7 + Qn, (3.116)
rде Q/ теплота свекловичной стружки, кДж; Q2 теплота баромет
рической воды, кДж; Qз теплота жомопрессовой воды, кДж; Q4
теплота с обоrpевающим аппарат паром, кДж; Q5 теплота диффу
ЗИОННоrо сока, кДж; Q6 теплота свекловичноrо жома, кДж; Q7
ла толщиной 6...8 мм и прикрепляется к дуrам и стойкам. Частота
вращения электродвиrателей привода шнеков реrулируется с по
мощью реостатов.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
диффузии; знакомство с классификацией диффузионных аппара
тов, их конструкциями И принципом работы; выполнение расчета
диффузионноrо аппарата.
3 а д а н и е: выполнить расчет диффузионноrо аппарата, ec
ли заданы: D ш наружный диаметр шнека, м; d диаметр вала шне
ка, м; S шаr витков шнека, м; q масса стружки на единицу полез
ной вместимости аппарата, кr/M 3 ; п частота В р ащения шнеков мин
1 '
; D K диаметр корпуса аппарата, м; 'r время активноrо диффунди
рования, мин; L длина пути активноrо диффундирования стружки
в аппарате, м; 1 растояние между осями шнеков, м; а масса (OT
качка) диффузионноrо сока, кr.
t
Рис. 3.18. Поперечное сечение аппарата
етодика расчета
Производительность наклонноrо диффузионноrо аппарата,
т/сут [28],
п{ 2 2 )
П=24.60"4\D ш d 1/I'1].S'q'y'п'm'E.k п , (3.112)
rде D ш наружный диаметр шнека, м; d диаметр вала шнека, м;
1/1 коэффициент перекрытия витков шнека; 1] коэффициент YBe
личения сечения стружки в аппарате; S шаr витков шнека, м;
q масса стружки на единицу полезной вместимости аппарата,
кr/M 3 ; у коэффициент наполнения аппарата стружкой (у == 0,9...
1,0); п частота вращения шнеков, мин l; т количество OДHOBpe
менно работающих шнеков (т == 2); Е эксплуатационный коэффи
циент (Е == 0,9); k ll коэффициент подачи свекловичной стружки.
F
1/1 = (3.113)
; (D d2)'
I'де F площадь поверхности сеrмента, м 2 (рис. 3.18).
244
(3.114)
245
теплота конденсата, уходящеrо из аппарата, кДж; Q" потери теп
лоты в окружающую среду, кДж.
QJ = Gcm.ccm.tcm, (3.117)
rде G cm масса свекловичной стружки, Kr (G cm == 100 Kr); С ст удель
ная теплоемкость стружки, кДжI(кr.К), С ст == 3,77 кДж/(кr.К); t cm
температура стружки, ОС ([ст == 5...7 ОС);
Q2 = W 6 .C6. t 6, (3.118)
rде W 6 масса барометрической воды, кr, W 6 == 60 кr; С6 удельная
теплоемкость барометрической воды, кДж/(кr.Ос);
С6 == ,19 кДж/(кr.К); 16 температура барометрической воды, ОС; 16 ==
== 40 с;
Q} = W жв.Сж.в t жв , (3.119)
rде W жв масса жомопрессовой воды, кr, W жв== 50 Kr; С ж . в удель
ная теплоемкость жомопрессовой воды, кДж/(кr.К); С ж . в ==
== 4,19 кДж/(кr.К); t ж . в температура жомопрессовой воды, ОС (tжв ==
== 75 ОС).
Q4 = D.i, (3.120)
rде D расход пара, Kr; для обоrpева диффузионноrо аппарата ис
пользуется вторичный пар III корпуса выпарки, ero температура
t == 102 ОС; i энтальпия пара, кДж/кr (i == 2679,5 кДж/кr);
Q5 == a.cc.t c , (3.121)
rде а масса (откачка) диффузионноrо .сока, кr; С с удельная тепло
емкость сока, С с == 3,77 кДж/(кr.К); t c температура сока, ОС; t c ==
==30 ОС.
,
Расход rpеющеrо пара, т/сут,
D еуm == D . П / 100 .
(3.126)
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeT
ствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы диффузионноrо процесс а, классификация диффузионных
аппаратов, краткая характеристика стадий процесса извлечения pac
творимых веществ из клеток сахарной свеклы;
расчетную часть, в которой приводится расчет наклонноrо
диффузионноrо аппарата по предлаrаемому варианту (табл. 3.13),
описание конструкции и принципа действия диффузионноrо аппа
рата, указанноrо в индивидуальном задании;
rpафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
диФФузионноrо аппарата и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
Q6 = Gж.сж.t ж , (3.122)
rде G ж масса свекловичноrо жома, кr; С ж удельная теплоемкость
жома, кДж/(кr.К), С ж == 4,19 кДж/(кr.К); t ж температура свеклович
Horo жома, ОС (tж == 75 ОС);
Q7 = D.c".8, (3.123)
rде D масса конденсата, Kr; С" . удельная теплоемкость конденсата,
кДж/(кr.К), С" == 4,19 кДж/(кr.К); 8 температура конденсата, ОС
(8"" 98...100 ОС);
Q,,= 0,lQ4 = O,lD.i. (3.124)
Расход rpеющеrо пара на каждые 100 Kr свеклы, Kr,
D а.С е .tе+Gж.сж.tж Gеm.Сеm.tеm Wб .Сб .tб Wжв .С же .t же
0f)i CK.8 .(3.125)
1. Что называется процесс ом диффундирования, и какому
закону он подчиняется?
2. Что является движущей силой процесса диффузии?
3. Какие основные требования должны быть выполнены при
конструировании диффузионных аппаратов?
4. Какова классификация диффузионных аппаратов caxapHO
ro производства?
5. Каково основное обязательное требование для надежной
работы наклонноrо диффузионноrо аппарата?
6. Каковы достоинства и недостатки наклонноrо диффузи
OHHoro аппарата?
7. Что такое откачка диффузионноrо сока, и чем она опреде
ляется?
8. От чеrо зависит длительность процесса диффундирования
в аппарате?
9. Какие допущения приняты в законе Фика применительно
к свекловичной стружке?
246
247
r<)
......
r.)
ro
::f
::s::
\о
ro
Е--<
24Х
'::s::
::s::
а
м
:а
:I:
..Q
ia
>.
::s::
Q:I
::s::
:I:
::s::
:а
f-<
:I:
ro
::s::
'::;;: '::;;:
'::О: :Q О '::;;: :Q
:Q '1:1 f-<I.O :з :I: f-<OO
:Ei о ...... :I:
:I: :<: g,u :I: о "'......
(1) :I: :I: р........
f--< (1) ::О:
о.. О :I: '" t:::[ . о м '" u
(1) Q s t:: t:: u Q ;>-. t::
::r t:: , . -& t::
'" "'......оп '" '"
::z:: ;>-. <X: ::z:: -&
'1:1 ::S;:
t:::t t:::t
ci r.... lrJ '<t 1.0 1'-- lrJ '<t 1'-- 1.0 О ...... N v) О N lrJ
:<: N N N N N N N N N N N N N N N N
...... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ...... ...... ......
О v1 О О N lrJ О О lrJ О lrJ lrJ О v) О О
.....: ;:;; 00 N 1.0 "l 00 r-- 1'-- 1.0 "l 1.0. 1.0. "l 1.0. 1.0. 1'--. 1.0.
N N N N N N N N ...... ..... ...... ..... ...... ...... ...... ......
lrJ О vl О v) О q О О q О О О О. q О
...;f ::Е ..,; ..,f ("1 N ..,; ..,f ("1 N r-: 00 oi r-: ..о 1'-- 00 r-:
("1 ("1 ("1 (') ("1 м ("1 ("1 N N N N N N N N
:I: О ...... N ("1 '<t О lrJ 1'-- О lrJ О v) О lrJ О О
..: ::S;:
::;; 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 r-- r-- 00 00 0'1 r--
" ::g 00 ..... ("1. """. 00 1'-- 1.0 lrJ 0'1 О. ..... ("1. 0'1 q ..... м.
Q ..,f lrJ lrJ lrJ ..,; ..,f ..,f ..,; N ("1 ("1 ("1 N ("1 ("1 ("1
""7 О. '<t 1.0 1'-- О.
Ii :I: ...... с"!, О. 0'1 00 q ...... lrJ 00 0'1 .....
:s: ..... ...... ...... ...... о о ...... ...... о <:;5 о о' о о ..... ......
::Е
I
I
'" О 8 О :if О 8 О О 8 О 8 О 8 о
. ::;; О
00 N lrJ 00 N 00 0'1 00 00
lrJ 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 lrJ 1.0 lrJ lrJ 1.0 lrJ 1.0 lrJ 1.0 lrJ
N ("1 lrJ О N О N lrJ r-- lrJ ("1 О r-- lrJ ("1 1'--
r;,) ::;; 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- r-- 1'-- 1'-- r-- 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
О О о о о о о о о о о о о о о о
О. 0'1 ...... О. 0'1 О. ..... v) 1.0 r-- О 00 1.0 lrJ ("1
""ci ::;; N N N ("1 N N N N
..... О ...... ...... о ...... ..... ..... о о о о о о о о
::Е 1.0 N '<t lrJ О 00 r--. '<t "l 1.0 r-- '<t lrJ 1.0 r--
Q N ..,f ..,f ..,f ..,f ("1 ("1 N N N N N N N N
'"
o..f-<
(1) :I: О N '<t 1.0
::g '" N ("1 '<t v) 1.0 r-- 00 0'1 ..... ("1 lrJ
О ::S;: ...... ...... ...... ...... ..... ...... .....
::z:: g.
'1:1
r<)
.......
,::;;:
:lI fl'
f-< '1:1:;'
О '" N
::O: ::;;: .......
, t:: u u
-& 1rJ'
-& '1:j
::О: t::1:
t:::[
r<)
\о
f-<
CI)
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
:Ei
(1)
f-<
о..
(1)
::r
1rJ'<t1.01'--V1'<t1'--1.01rJ
ci'g
01rJ01rJ01rJ01rJ0
::Е "l"l1.0. 1.O,r--.1.0. 1.0. "lvl
1""""'<1""""1 1""""11""""I1""""I""""""""
'<t1.00V10'<t0'<t0
.....:.. ::g 00 00 oi 00. 00 00 oi 00 oi
1""""1 1""""11""""I1""""I""""1""""1
:I:01rJ01rJ01rJ01rJ0
.... 1.O1.O1'--1'--00000'l0000
" '<t lrJ ("1 '<t lrJ 1'-- '<t lrJ '<t
Q::gNNNNNNNNN
.: '::t: ("1 '<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 1.0 lrJ
"::S;:ooooooooo
::g
. "'::Е о 8 О :if О 8 О О
1.0 1.0 :2 1.0 1.0 :2
01rJ0'I1rJ01rJ01rJ0
::g0'l0000'l0'l000'l000'l
r;,) 000000000
1rJ1.Or--00о1.01rJ("11rJ
::gNNN("1NNNNN
""ci 000000000
"" 0......0'I0 NO.....0
Q NN":NNNNNN
'"
fl'fj;
::Е '" r--
........
...... '"
'1:1
ooO'lO......N("1'<t1rJ
............NNNNNN
I I
249
f"-
'- Q
\' "- D
"- .....
\ ,
\ i'.. о
, "
\. "
'" "- N
.......... ...... "-
РПР.N"22. РАСЧЕТ БРАrОРЕКТИФИКАционноrо
АППАРАТА
Теоретическая часть
При получении пищевоrо этанола (этиловоrо спирта) броже
нием переrонка и ректификация являются завершающими этапами
технолоrической схемы спиртовоrо производства. Под переrонкой
в спиртовом производстве понимают процесс выделения из зрелой
бражки этиловоrо спирта вместе с содержащимися в ней летучими
примесями. При этом в результате переrонки получается спирт
сырец. Под ректификацией понимают очистку спирта сырца от
примесей и получение спирта сырца ректификата высшей очистки.
Чаще Bcero оба эти процесса технолоrически совмещены и осуще
ствляются на непрерывнодействующих браrоректификацпонных
аппаратах. Спирт сырец, получаемый после переrонки бражки, co
держит мноrочисленные примеси; в нем обнаружено до 50 различ
ных веществ. По химическому характеру они MorYT быть в OCHOB
ном разделены на четыре большие rpуппы: спирты, альдеrиды,
эфиры и кислоты.
В системе этанол вода оба компонента летучи, и поэтому в
паровой фазе всеrда будет присутствовать как этанол, так и вода.
Соrласно законам переrонки, в этой фазе относительное количество
этанола будет больше, чем воды, до тех пор, пока массовая доля
этанола в жидкой фазе не достиrнет 95,57 %. При такой массовой
доле водно спиртовые пары при атмосферном давлении имеют тот
же состав, что и жидкость. Водно спиртовой раствор этоrо состава
получил название азеотропноrо или нераздельнокипящеrо. При
дальнейшем увеличении массовой доли этанола в жидкой фазе KO
личество спирта в парах будет увеличиваться. При расчете в облас
ти ректификации весьма часто возникает необходимость в пересче
те состава, заданноrо в массовых долях (% мас.), в мольные дo
ли (% моль) и наоборот (рис. 3.19).
На рис. 3.20 пред ставлена кривая равновесия, построенная на
основании таблицы равновесия [5], из KOToporo видно, что азео
тропная смесь соответствует точке пересечения диаrонали rpa
фика и кривой равновесия.
00
о :i
.... G
о
со
as
g
as
tII:
О
со
О
u
u
as
о <:> о о о ;;
о 00 \о N
....
% 'xedeu а вионш.Е: rruo'lt в-eaoo:rew
,
"
'""
"""
"""
"'
,
"\.
\.
\
,
:>
01.0
.....0\
о 00 N \о
00 \о М ....
% 'mott IrвHdmow
250
-о
0\
о
00
ri"
t:;
о
00 1::(
со
N 8
м с,)
as
\O
....
о
::s;:
::s;:
:Q i3
:g
(1) '1:1
f-< '"
U t:::t
::Е
u о..
о u
1;j
s.
'1:1 t::
::s;: '"
a
0'1:1
с"!
("1 о
U :I:
::s;: '"
о..
,::;;:
(1)
о
t:::t
:Q
:I:
о..
о
::g
f-<
О
'"
t:::t
О
>(
(1)
е-::;;
t:: :Q
8
:d u
::s;: '"
-e<::g
'" :d
t'
0\
......
("1
u
:s:
о..
251
С точки зрения очистки этанола от примесей они делятся на
три rpуппы (табл. 3.14): rоловные; хвостовые и промежуточные.
rОJlовны.мu примесями называют те, которые более летучи,
чем этанол. Температура кипения их ниже температуры кипения
этиловоrо спирта. К ним относятся уксусный альдеrид, уксусноэти
ловый эфир, муравьиноэтиловый эфир, уксуснометиловый эфир.
Хвостовые примеси имеют более высокую температуру ки
пения, чем этанол, и меньшую летучесть. К ним относятся MHoro
атомные спирты, rлавным образом амиловый, изоамиловый, изобу
тиновый, пропиловый, ИЗОПРОШfЛовый. Часть хвостовых примесей
нерастворима в воде и имеет маслянистый вид, поэтому их назы
вают сивушными маслами.
Про.межуточные продукты представляют собой rруппу при
месей, которые в зависимости от условий переrонки ведут себя то
как rоловные, то как хвостовые примеси. В эту rpуппу входят изо
масляноэтиловый и изовалерианоэтиловый эфиры.
Для этиловоrо спирта
Т а б л и ц а 3.14
Ксn = А/ а, (3.127)
rде А массовая доля этанола в парах, %; а массовая доля ero в
жидкости, % мас.
Соответственно, если для какой либо примеси содержание в
парах и в жидкости а и fЗ, то коэффициент испарения примеси
К nр =а / fЗ. (3.128)
Коэффициентом ректификации к' называется отношение KO
эффициента испарения при меси К пр к коэффициенту испарения эти
ловоrо спирта К сп
к' =Кnр / Ксn' (3.129)
Принято считать, что если к' > 1, то примесь rоловная. Если
к' < 1, то она хвостовая. Если же примесь при некоторых условиях
имеет .коэффициент к' 1, то она относится к rpуппе промежуточ
ных.
Браrоректификационные аппараты являются основным видом
оборудования для выделения спирта и примесей из бражки. В Ha
стоящее время более 95 % спирта ректификата на спиртовых заво
дах получают на браrоректификационных аппаратах, KocBeHHoro,
прямоrо и полупрямоrо действия. Бражка в этих установках разде
ляется на спирт ректификат, эфироальдеrидную фракцию, сивуш
ные масла и барду. В них же отбирают промежуточные продукты
(см. табл. 3.14).
Основные колонны каждоrо брarоректификационноrо аппа
рата бражная, эпюрационная и ректификационная. В бражной KO
лонне происходит переrонка бражки и получение спирта сырца,
эпюрационная колонна предназначена для выделения rоловных
примесей, а в ректификационной колонне происходит выделение из
эпюратора чистоrо спирта ректификата, концентрированных си
вушных масел и воды.
Основным рабочим элементом в колоннах являются KOHTaKT
ные устройства (тарелки) различной конструкции в зависимости от
назначения и производительности колонн.
В бражных колоннах браrоректификационных аппаратов
применяются тарелки двух типов: двойной выварки и ситчатые. В
эпюрационных, ректификационных колоннах используются MHoro
колпачковые тарелки с капсульными колпачками. Живое сечение их
Состав и выход продуктов
Наименование Выход к общему
продукта %06. % мас. % моль. количеству этанола в
6ражке, % мас.
Спирт высшей очи 96,200 94,130 86,250 96,5
стки
Сивушные масла 88,000 83,100 66,000 0,4
Эфирно альдеrидная 95,500 93,100 84,000 2,5
Фракция
Нестандартный 96,200 94,100 86,250 3,0
спирт
Барда 0,012 0,010 0,004
Лютерная вода 0,006 0,005 0,002
Для характеристики примесей на практике применяют коэф
фициенты испарения К и ректификации к'.
Коэффициентом испарения К называется отношение coдep
жания летучеrо компонента в парах к ero содержанию в жидкости.
252
253
составляет 11...13 % от сечения колонны. Количество тарелок в KO
лоннах в еоответствии с их назначением колеблется: в бражной
30...32 тарелки, в эпюрационной 35...39, в ректификационной
66...70 тарелок.
При переrонке и ректификации спирта поднимающийся вверх
пар непрерывно контактирует с потоком стекающей жидкости
(флеrмой) и конденсируется. При этом жидкая фаза обоrащается
нижекипящим компонентом. За счет выделяющейся теплоты KOH
денсации испаряется жидкость на тарелке. Выделяющийся пар бу
дет содержать уже больший процент нижекипящеrо компонента,
чем тот пар, который первоначально сконденсировался. Движущей
силой процесса ректификации является разность температур между
стекающей вниз по колонне флеrмой и поднимающимися вверх па
рами.
Браrоректификационный аппарат косвенното действия
(рис. 3.21) состоит из бражной, эпюрационной и ректификационной
колонн, дефлеrматоров и конденсаторов, а также приборов, которые
контролируют и реrулируют технолоrический и температурный pe
жим колонны.
Бражка, поступающая из бродильноrо отделения спиртовоrо
завода, насосом подается в бражный подоrpеватель (конденсатор).
Подоrpевание бражки происходит за счет конденсации паров, по
ступающих из бражной колонны через ловушку, в которой они oc
вобождаются от увлеченных частиц жидкости и шелухи. Подоrpе
тая до температуры 75...80 ос бражка направляется в сепаратор. Из
нее выделяют диоксид уrлерода и друrие rазы брожения. Они по
ступают в конденсатор, тде конденсируются увлеченные rазом пары
спирта и примесей, а затем направляются в спиртоловушку.
Декарбонизированная бражка из сепаратора подается на пита
тельную тарелку бражной колонны. Барда отводится из нижней
части бражной колонны через бардяной реrулятор.
Из подоrpевателя бражки несконденсировавшиеся пары по
ступают в дополнительный вертикальный конденсатор. Бражная
колонна обоrpевается открытым паром давлением 0,12...0,15 МПа,
подача которото реryлируется паровым реryлятором.
Конденсат водно спиртовых паров в виде дистиллята направ
J.2XНф d
r-
f1
1
VDCВdg
254
o;j' ;;j"::s;: o;j'
0..;%:01--<
О:I::Ж:'"
f-<o:t:':
ro o
о.. о ::s;:..e-
"':<:;:j
t:: rof-<
8':S::.: :.:
o:s:(I)
м :I:-&o.
:.: ::s;:x
"'I:I;:j!;;;
gjo"'(I):I:
'1:1 g. o..;;j
f-< t:: '" о..:::
(.) I::ot:::t
,::;;: '" <'1 f-< О
(1)..... '"
t:::t o.. o
0"'0(1)><
r....Uf-<t:::t'
g :I:r<)
:I: t:::t;%: о......
(I):I:(I):<:
'1:1 О I ....Q
:.: 50'1 О.
:<:':<:--0..'"
, :а :s: :I:
"' ':I:t::0
1;; ..\0 :I: u-&
0..0.. о ,
"' ;",,' eoп
t::c<s::9 0""'"
t:: u '" :I:
'" :1: :I:,::s;: S ..
е g О >.5
O:I:O 'I:I(,)
:I:O:':o:S:ro
:I: :<:,::s;::S: u::>:
,:s:o @:.:
;:j :I::.::S:..Q
",:iJ:I:::s;::I::I:
:<: .Q O-&..Q S
:': ::S;::s: >'
[!4аб
!4:1: a:.:
a o.><::;;:
О t:: g I ;g
[;300..",N
o..t:::to::;;......
\O'f-<r....
",М i:l.g
::;;..r....-& o
g. (1) '" х
U ...-&t:::t о.. '
ttI(I)''''-<t
......; (.) t:::t 00 5
'O;u
("1 V):I: '
.:1: :I:......
(.) 0..0......
::s;::.:"'
0...,':::0..
NO:<:
.. s
ttl0:I:>.
:t::'::I:'I:I
:I: oo
O",::S;:O:::
а:з::::r,
:<::з: о
0:s:......
gj ::s;:-&
:з: g::s;::.....
o..f-< ..Q
", :.::з:
o..c::(I):I:
\О <'1 0..0
,
1, О
,.... '<t r-- :.:
255
ляется в эпюрационную колонну, имеющую rоризонтальный дe
флеrматор и вертикально установленный конденсатор, которые ox
лаждаются водой.
rоловные примеси из конденсатора поступают в холодиль
ник, а далее через ротаметр в фонарь. Освобожденный от OCHOB
ной части rоловных примесей водно спиртовый раствор (эпюрат)
направляется в ректификационную колонну на 16 ю тарелку. Эта
колонна снабжена дефлеrматором и конденсатором.
Из последнеrо часть конденсата (нестандартный или непасте
ризованный спирт) возвращается в эпюрационную колонну. Macco
вая доля ero составляет около 3 % от введенноrо в колонну безвод
Horo спирта.
Друrая часть нестандартноrо спирта присоединяется к флеr
ме, поступающей из дефлеrматора в ректификационную колонну
аппарата.
Спирт ректификат отбирается со 2, 4 и 6 й верхних тарелок и
поступает далее в холодильник, откуда через ротаметр направляется
в фонарь.
Сивушное масло выводится из нижней части колонны в виде
паров и направляется в холодильник, затем удаляется через фонарь
из аппарата.
В ректификационной колонне из жидкой фазы с 17, 18, 19 и
20 й нижних тарелок отбираются промежуточные продукты (си
вушные спирты), которые направляются затем в холодильник и
удаляются из колонны через фонарь. Кроме Toro, из нижней части
ректификационной колонны отводится лютерная вода, в которой
наличие спирта не допускается.
Все колонны аппарата снабжаются вакуум прерывателями
для предохранения от смятия. Из дефлеrматоров вода температурой
60...70 ОС поступает в сборник rорячей воды, из KOToporo ее pacxo
дуют на производственные нужды.
Пары, несконденсированные в конденсаторах, и инертные ra
зы поступают в спиртоловушку .
Спирт ректификат, отбираемый из колонны, с массовой долей
не более 95,57 % направляется для хранения в вертикальные цилин
дрические резервуары.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесс а
переrонки; знакомство с классификацией брarопереrонных, ректи
фикационных и браrоректификационных аппаратов, их KOHCТPYK
циями И принципом работы; выполнение расчета аппарата.
3 а д а н и е: выполнить расчет брarоректификационноrо ап
парата, если заданы: производительность аппарата по абсолютному
спирту П, дал/сут.; температура бражки после подоrpевания, посту
пающей в бражную колонну tбр, ОС; массовая доля сухих веществ в
бражке В бр , %; массовая доля сухих веществ в барде В б , %; массовая
доля алкоrоля в бражке Х бр , %; коэффициент избытка BOДHO
спиртовоrо пара {3; давление rpеющеrо пара, поступающеrо в KO
лонну р, МПа; температура барды, удаляемой из аппарата tб, ОС;
число тарелок бражной колонны п, шт.; расстояние между тарелка
ми бражной колонны h, м; rлубина барботажноrо слоя Z, м.
Методика расчета
Бражная колонна. Количество теплоты Qп, затрачиваемое на
подоrpев 100 Kr бражки до температуры кипения, кДж,
Qп = (t run tбр)Сбр.lОО, (3.130)
rде t кип температура кипения водно спиртовой смеси, имеющей
массовую долю, равную массовой доле этанола в бражке, ос (прил.
табл. П 3.1); tбр температура бражки после подоrpевания, посту
паю щей в бражную колонну, ОС; Сбр удельная теплоемкость браж
ки, кДж/(кr.К),
С бр = 4,266 О,О40В бр , (3.131) .
rде В бр массовая доля сухих веществ в бражке, %.
Зная Qп, определяем массовую долю этанола (крепость) в ки
пящей бражке А "бр, %, на питательной тарелке (рис. 3.22).
Массовое количество алкоrоля Ga.H кr/ч, которое поступает в
аппарат с бражкой,
G ал = П. рсn/24, (3.132)
rде П суточная производительность спиртовоrо завода, дал/сут.;
Реп плотность этанола, Kr/M 3 (Реп == 789 Kr/M\
256
257
А 6 р.
%
20
15
Таблица 3.15
Соотношения объемных и массовых долей (%)
водно спиртовых растворов
4187
12561
20935
29301
Н, кдж
%06. % масс %06. % масс %06. % масс %06. % масс
О 0,00 26 21,22 52 44,31 78 71,19
1 0,79 27 22,06 53 45,26 79 72,33
2 1,59 28 22,91 54 46,22 80 73,48
3 2,38 29 23,76 55 47,18 81 74,64
4 3,18 30 24,61 56 48,15 82 75,81
5 3,98 31 25,46 57 49,13 83 77,00
6 4,78 32 26,32 58 50,11 84 78,19
7 5,59 33 27,18 59 51,10 85 79,40
8 6,40 34 28,04 60 52,09 86 80,62
9 7,20 35 28,91 61 53,09 87 81,86
10 8,01 36 29,78 62 54,09 88 83,11
11 8,83 37 30,65 63 55,11 89 84,38
12 9,64 38 31,53 64 56,13 90 85,66
13 10,46 39 32,41 65 57,15 91 86,97
14 11,27 40 33,30 66 58,19 92 88,29
15 12,09 41 34,19 67 59,23 93 89,63
16 12,91 42 35,09 68 60,27 94 91,00
17 13,74 43 35,99 69 61,33 95 92,41
18 14,56 44 36,89 70 62,39 96 93,84
19 15,39 45 37,80 71 63,46 97 95,30
20 16,21 46 38,72 72 64,54 98 96,81
21 17,04 47 39,69 73 65,63 99 98,38
22 17,88 48 40,56 74 66,72 100 100
23 18,71 49 41,49 75 67,83
24 19,54 50 42,43 76 68,94
25 20,38 51 43,37 77 70,06
5
о
Рис. 3.22. rрафик для определения крепости кипящей 6ражки
на питательной тарелке
Массовое количество бражки М бр , кr/ч, поступающей на пере
rOHKY
М бр = 100. G ал / Х бр , (3.133)
rдеХ бр массовая доля спирта (абсолютноrо алкоrоля) в бражке, %.
Массовое количество водно спиртовоrо пара G'cn, кr/ч, OTXO
дящеrо из бражной колонны, рассчитывается с учетом массовой
доли водно спиртовоrо пара при массовой доли А 'бр, поступающеrо
на питательную тарелку колонны (табл. 3.15; прил., табл. П 3.1).
G п =lОО.Gал/Уп ' (3.134)
rде Уn массовая доля алкоrоля в парах, уходящих из бражной KO
лонны, % (табл. 3.15; прил., табл. П 3.2).
Бражная колонна работает с коэффициентом избытка пара {З,
тоrда все массовое количество пара G'J, кr/ч, поступающеrо из
бражной колонны,
G'J == {З. G'cn. (3.135)
Действительная массовая доля этанола в парах y , %,
y =G п . У п / G . (3.136)
На основе определения количества продуктов, поступающих
и удаляемых из бражной колонны, составляется уравнение матери
альноrо баланса
М бр + Р == G'J + Р + Б, (3.137)
rде р масса rpеющеrо пара и ero конденсата, Kr; Б масса барды
без конденсата (дистиллята) водно спиртовых паров, Kr.
258
259
Уравнение тепловorо баланса бражной колонны:
Мбр'Сбр.tбр + P.i] = G'д .i д + Б'Сб.tб + p.t .c + Qm (3.138)
rде i] энтальпия rpеющеrо пара, кДж/кr, берется из таблицы для
cyxoro насыщенноrо пара по давлению rpеющеrо пара; i д энталь
пия водно спиртовых паров, кДж/кr (табл. 3.16); Сб удельная теп
лоемкость барды, кДж/(кr.К), определяется по формуле f. М. Зна
MeHcKoro
Сб = 4,19 0,01 58В б , (3.139)
rде В б массовая доля сухих веществ в барде, %; tб температура
барды, ОС; ( температура конденсата, ОС; t = tб; С к удельная
теплоемкость конденсата, кДж/(кr. ОС); Qп потери теплоты браж
ной колонной в окружающую среду; кДж/ч; для изолированных KO
лонн берутся из условия 4 % от теплосодержания rpеющеrо пара,
поступающеrо в бражную колонну, т. е. Qп 0,04 P.i].
Torдa из уравнения (3.139) определяется расход rреющеrо па
ра Р, кr/ч, в бражной колонне аппарата
G д .iд +Б'Сбtб МбрСбр .tбр
Р= (3.140)
096i j (КС К
ПО числу тарелок п бражной колонны находится общая BЫCO
та аппарата Н, м.
Скорость пара Ш п , м/с, в колпачковых тарелках вычисляется
по формуле В. Н. Стабникова
w = 0,305h O/J12Z, (3.141)
п 60 + 0/J5h
rде h расстояние между тарелками, мм; Z rлубина барботажноrо
слоя, мм (расстояние от уровня жидкости на тарелке до края кол
пачка).
Высота колонны Н, м,
Н (п l)h + h] + h 2 , (3.142)
rде h] и h 2 соответственно расстояние от нижней тарелки дО OCHO
вания колонны и расстояние от верхней тарелки до BepxHeI'o днища
колонны, м (h] == 0,7 м; h 2 == 0,3 м); п число тарелок, шт.
Площадь поперечноrо сечения колонны Р, м 2 ,
F= P2' l j (3.143)
W . р .i 2 .3600'
п п
rде i] и i 2 соответственно энтальпия rpеющеrо пара при давлении,
\D
.......
м
ro ::s::
::f ::s::
:I:
::s:: с)
Q:I
\о
Е--<
о
::t:
о..
CI)
-&
u
о
!;;
::s::
::s::
::s::
u
:I:
CI)
::t:
с)
р..
,....
р..
(\)
t::
CI)
,....
:s:
р..
t::
I:Q
О
1::
:s
CQ
о
,....
t::
u
,
о
::t:
t1
О
I:Q
ro
Q:I
f-<
U
'::s::
о
Q:I
U
260
I
'"
:.: .
0.."'.... """, ..... 1.0 '<t 00 ("1. '<t 1.0 ...... r-- 1.0
g. :.: lrJ о ..о N ("1 о oi r-- N
о t:: 1Е ...... 0'1 N lrJ 1.0 00 N
U(l) 1.0 lrJ ("1 ("1 N ...... О а-
о ::s;: N N N N N N N N N N .....
а :Ii
(1)
Е---<
, :i
'"
t:: u
u (1) r-- "l ("1 N. О 0'1 00. 1.0 "l lrJ ("1.
::s;: б ..о ..,f N N ("1 N ...... ..,; ("1
v) ("1
'" lrJ 00 ..... '<t r-- о ("1 1.0 0'1 N lrJ
13 N ...... ...... о 0'1 0'1 00 r-- 1.0 1.0 v)
N N N N ..... ..... ..... ...... ...... ..... ......
t:: :I:
(1) (1)
Е---< о..
15' о. ("1 ("1
t:: r-: lrJ N ("1. 00 '<t 00 r-'l
..Q u...... ..,f ..о о r-: N oi
а о :.: 00 ("1
..... N N :;; 00 1.0
f-< '<t '<t '<t '<t ("1 ("1 ("1
:Ii
с: 6Q
(1)
f-< '<t 0'1 ("1 0'1
U . r-- ...... N N N ("1 ......
о 00 r-- ...... ...... ...... ("1 lrJ r-- N о ......
:I: :.: ...... N ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 N N ...... О
..Q ::Е ..,f ..,f ..,f ..,f ..,f ..,f ..,f ..,; ..,f ..,; ..,f
(1)
(1) о
t:::t
»
..Q'"
f-< ::Е '<t r--
U1:; 0'1 О ("1 r-- '<t N О v) r--
:.: 00 N '<t 1.0 0'1 N lrJ 00 ...... v) 00
lrJ 1.0. 1.0 1.0 1.0 r-- r-- r-- 00. 00 00
f-< ",. О о о о о о о о о о
о о
g.
t::: t::
'" '
о..::;;:
;>-.::;;:
f-< ::r 1.0 о О r-'l о N.
'" '" о """. 00 N.
o..uu О 0'1 00 00 r-: r-: ..о lrJ ",f' ("1 .....
(1) :I:o ...... 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
t:: (1)
::Е t:::t
(1) :I:
Е---<
'"
a
'1:1 :I: :<
о '" о v) о v) о v) о
U f-< '" О v) N N ("1 ("1 lrJ
U <"\ о.. ..... ......
'" '"
t::
О '1:1
t:::t
261
1.0 С которым он поступает в бражную колонну, и рабочем давлении Р2
...... I
e<j
М пара непосредственно в колонне, кДж/кr; Р2 принимается в колонне
o..cd'!;a 0'1
(1) о.. о lrJ ("1 0'1 q 0'1.
\о t:::t"'1\1 00 м """' м из практики; Р2 == 0,115 МПа; Рп плотность водяноrо пара при pa
о t:: 00 ("1 ...... ("1
UCI) lrJ 1.0 00 :if N ("1 1.0 бочем давлении Р2. кт/м 3 (Рп == 0,661 кr/M 3 ).
f-< 8 ::;;:. 00 1'-- 1.0 lrJ ("1 N ...... О
CI) ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ......
::s:: t:: :I: Диаметр колонны, d K , м,
:I: CI)
f--< d/( = .J 4F j п.
:r (3.144)
:I:
о Расчет эпюрационной и ректификационных колонн брarорек
:.: I
О '" ::i
t:: U тификационноrо аппарата косвенното действия осуществляется по
U CI) 12 N ..... ...... о о
; ..,f or) r-: о lrJ ...... аналоrичной методике исходя из балансов тех продуктов, которые
("1 ...... ..о ..,f
1'-- ...... '<t 1'--
("1 N N ...... О 0'1 lrJ поступают в эти колонны.
е :I: ...... ..... ..... ...... ...... ..... ..... 0'1 0'1 00
(1) (1)
f--< о..
Порядок оформления отчета
gj ::s;:' Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
t:: f-< 1'-- 0'1 00 lrJ ("1 О '<t
..Q 151\1 о 1'-- 00 вии С требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
@ ..о N N ..о """' о О r-: N oi
lrJ '<t N О 00 1.0 lrJ ("1 N О
f-< ("1 ("1 ("1 ("1 N N N N N N цель работы;
:ж:
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса переrонки этиловоrо спирта и классификация ап
с:: ..Q'Q' паратов для переrонки и ректификации спирта;
(1)
f-< f-< . расчетную часть, в которой выполняются расчеты бражной
15 !2 1.0 N 1.0 ...... ("1 '<t :if lrJ !;;: О
("1 lrJ N О ("1 N ...... 00 колонны по предлаrаемому варианту (табл. 3.17), описывается KOH
:ж: :.: '---' 1'--. '<t N
..Q . ...... о 00 1.0
("1 ("1 ("1 ("1 м ("1 N N струкция И принцип действия браrоректификационноrо аппарата
(1)
t:::t KocBeHHoro действия;
»
rpафическую часть, в которой даются чертежи браrоректи
..Q'" фикационноrо аппарата и тарелок и спецификации к ним.
f-< ::;;
i5-g м 1.0 lrJ lrJ v) '<t lrJ О О 00
:I: ("1 1'-- N 00 '<t ...... 0'1 00 . 0'1
f-< ' 0'1 0'1 О. О. ..... N. N. "l Контрольные вопросы
о e<j о о
a ..... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ......
1. Что называется процессом переrонки?
'" 2. Что такое ректификация спирта?
cis
f-< U 3. Каков химический состав примесей этиловоrо спирта?
'" :I: ::s;:'u 1.0 о О ...... 00 00 1.0 r-- N ("1
Cl.(I) О oi r..: or) N' О oi 00 00 00 4. На какие rруппы с точки зрения очистки подразделяются
go 0'1 00 00 00 00 00 1'-- r-- 1'-- r--
::;; о примеси этиловоrо спирта, и чем они отличаются?
(1)
f--< 5. Что называется коэффициентами испарения и ректифика
cis ции, по каким формулам они определяются?
'1:1 f-< t:: 6. Что является основным рабочим элементом колонны, какие
о <"\ '1:1 lrJ О lrJ О 8
U '" v) о lrJ О v)
U lrJ 1.0 1.0 1'-- 1'-- 00 00 0'1 0'1 типы тарелок используются в колоннах аппаратов?
'" а ......
о
<::( :Ii
262
263
7. По каким данным определяется температура кипящей
бражки на тарелке питания?
8. Какими обязательными теплообменными устройствами
снабжена каждая из колонн аппарата?
9. Как классифицируются браrоректификационные аппараты?
10. Каково назначение сепаратора и ловушки для бражной KO
лонны браrоректификационноrо аппарата KocBeHHoro действия?
11. Какие основные продукты поступают в эпюрационную и
ректификационную колонны аппарата?
tD
:r:
..... v) N ...... ::s;: о
...... ...... 1.0 00 .....J 0'1 v1 .1>- '" з!:
N ...... О .g
'"
N ..... ..... v) N N N ..... ..... ...... ......
N N 8 00 v1 N О
N 8 00 v1 8 v1
о о 8 о о о о о о
о о о о о о о о о о о
>-3
.....J .....J .....J .....J .....J 0'1 о'"
-...1 .....J 0'1 .....J .....J -...1 N О 00 (1
.1>- N 00 О О N .1>- 0'1 .1>-
';;R
.....J .....J 00 00 .....J .....J 0'1 00 .....J -...1 Q tx;,
0'1 00 З!:
v, '"о v, '"о v, '"о v, '"о v, '"о v, '"о '" ,
!"
-...1 .....J 0'1 0'1 00 00 1.0 00 00 .....J 0'1 0'1 з!: tx;,
'о v, v, '"о '"о v, '"о v, '"о v, v, '"о '"
!"
.....J .....J .....J 0'1 00 00 00 .....J .....J .....J .....J 0'1 ?><:
v, N '"о 00 v, N '"о ':....J v, N '"о 00
'" ,
!"
...... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
...... ...... :..... ..... '"о ...... ...... ...... ..... 'о '"о '"о i:o
о .1>- N v1 v1 v1 .1>- N О 1.0 .....J v1
.о ,О О о О О О О О .о ,О .о
N N N N N N N ...... ..... ...... :::1'
...... ...... о 00 v1 N
v1 00 О N О N v1 N '"
...... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... о...
О О О О О О О О О О О О (1,"'
N v) N ...... N ...... v) N ...... v) N .....
N N N N N N N N N N N N 8 ;:s
v1 .1>- v) N ...... О v1 .1>- v) N ...... О ;1
О О О О .о О О о о о О О
N N N N N 'N N N N N N N з!:
v1 v) N 00 0'1 v) v1 v) N
О О О О О О О О О
О О О О О О О О О О О О
'"о '"о '"о '"о '"о '"о '"о '"о '"о 'о '"о '"о з!: ,N
v) v) v) v) v) .1>- v) v)
-...1 v1 .....J v1 .....J N .....J v1
I I I
264
I:D
::s::
е:::
::s::
Е
::s::
t1j
Е
'<
t:r
:I:
е:::
w
t
::s::
::S::(
'"
0"1
:::1
::s::
.J::
'"
w;
.......
.....J
265
266
r---
......
sf r-- lrJ 1'-- v") r-- :if v") r-- sf r--
N:; ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
о о о о о о о 3 о о о о о
о о о о о о о о о о о о
о о о о о о :if о о о о о о
..:::-:; 1.0 r-- 00 1.0 N ("1 lrJ 1.0 1'-- 00 r-- 1.0
N N N N N N N N N N N N N
О О о о о о о о о о о о о
. ,...; о ..... N ("1 '<t lrJ О ...... N ("1 '<t v") '<t
:;.: а N N N N N N N N N N N N N
.oU ...... N ("1 N ..... N ("1 ...... N ("1 N ...... ("1
о о о о о о о о о о о о о
.....0 ...... ..... ...... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
'" N v") О N v") N О 00 lrJ N 1.0 00 О
.t:: ..... N N N N N N ...... ...... ...... ...... ..... N
О о о о о о о о о о о о о
0'1 r-- v") о v") N '<t О lrJ r-- 0'1 N v")
с:о.. О. О, О, ..... ...... ...... ...... ...... О. q q ...... ......
..... ..... ...... ...... ..... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ......
u
. '" r-- q N "l v") N "l r-- о N. "l v) q
:; r-: 00 r-: r-: r-: аС r-:
><:: 00 00 r-- 00 00 00
u
. '" "l о "l о о v) о "l о. v) о v) v")
CQ:; r-- 00 00 oi ..о ..о r-: r-- 00 00 oi ..о r-:
';;R
Q
U
. '" q v") о. "l о. v) о v) о v") О. v") v")
:;
t::Q Q r-- r-: 00 ао r-- r-: 00 ..о r-: r-: 00 аС ..о
,2.U 1.0 О 00 N О N О 00 N '<t 1.0 N О
.....0 r-- r-- 1.0 r-- r-- 1'-- r-- 1.0 1'-- r-- r-- r-- r--
о о о о о о о о о о :;) о о
t::----- :if о о 8 :if о о о о о 8 о о
1.0 00 1.0 00 О 00 1.0 N v")
@ N N N ("1 ...... ...... ...... N ..... ...... N N N
t:::t
'"
Cl.f-<
(1) :I: '<t
:Е '" ("1 '<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 О N ("1 lrJ
О ..... ...... ..... ..... ...... ..... N N N N N N
:r: '"
'1:1
Сушкой называется термический процесс удаления влаrи из
твердых материалов или растворов посредством ее испарения или
выпаривания. Это одна из важнейших стадий технолоrическоrо
процесса, определяющая качество продукта, поскольку важно не
только высушить продукт, но и сохранить ero биолоrическую цeH
ность. Для удаления влarи из продукта необходимо затратить энер
rию. По энертетическому признаку можно выделить два основных
принципа обезвоживания: 1) удаление влаrи из продукта без изме
нения ее arperaTHoro состояния, т. е. в виде жидкости; 2) удаление
влаrи с изменением ее arperaTHoro состояния [9].
Первый принцип обезвоживания осуществляется механиче
ским способом (прессование, центрифуrирование, фильтрование и
др.). Второй принцип сушки связан с затратой теплоты на фазовое
превращение воды в пар.
По способу подвода теплоты к высушиваемому продукту раз
личают следующие виды сушки:
конвективная непосредственное соприкосновение высуши
BaeMoro продукта с сушильным areHToM, в качестве Koтoporo обыч
но используют наrpетый воздух;
контактная передача теплоты от теплоносителя к продукту
через разделяющую их стенку;
радиационная передача теплоты инфракрасными лучами;
сублимационная сушка в замороженном состоянии при
rлубоком вакууме;
диэлектрическая наrpевание продукта в поле токов BЫCO
кой или сверхвысокой частоты.
Скорость сушки определяется скоростью диффузии (переме
щения) влаrи из rлубины высушиваемоrо продукта в окружающую
среду. Удаление влаrи при обезвоживании сводится к перемещению
теплоты и влаrи внутри продукта и ее переносу с поверхности в OK
ружающую среду.
Сушка является типичным нестационарным необратимым
процессом, при котором влаrосодержание материала меняется как в
объеме, так и во времени, и сам процесс стремится к равновесию.
Интенсивность сушки зависит от физико химических свойств MaTe
риала и ДВИжущей силы процесса.
м
r ЛАВА 3. СУШИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ф
f-<
CI)
::s::
1а
:r
::t:
о
:.:
О
267
Применение принципов обезвоживания и видов сушки обу
словлено энерrией связи влаrи с материалом.
По классификации акад. П. А. Ребиндера все формы связи
влаm делятся на три большие rpуппы: химическая, физико
химическая, физико механическая [9].
Химически связанная влаrа наиболее прочно соединена с Ma
териалом в cтporo определенных соотношениях и может быть yдa
лена только при наrpевании продукта до высокой температуры
(прокаливание) или в результате проведения химической реакции.
Физико химическая связь объединяет два вида влаrи, отли
чающих:ся между собой прочностью связи с материалом: адсорбци
онно и осмотически (влаrа набухания и структурная влаrа) связан
ную влаry. Адсорбционная влаrа прочно удерживается на поверх
ности и в порах продукта. Осмотически связанная вода находится
внутри клеток продукта. Адсорбционная влarа требует для cBoero
удаления значительно большей затраты энерrии, чем влаrа набуха
ния. Для удаления адсорбционно связанной влаrи ее нужно превра
тить в пар, после чеrо она перемещается внутри материала в виде
пара, для этоrо требуется затратить теплоту.
<Dизико механическая влаrа подразделяется на влаry MaKpo
капилляров (со средним радиусом больше lo 7 м) и микрокапилля
ров (со средним радиусом меньше 10 7 м). К этой форме связи влаrи
с продуктом относится также структурная влаrа (при образовании
rеля) и влarа смачивания. Макрокапилляры заполняются влаrой при
непосредственном соприкосновении ее с материалом, в то время как
в микрокапилляры влarа поступает при непосредственном сопри
косновении или в результате поrлощения ее из окружающей среды.
Капиллярная влarа перемещается в виде жидкости или пара. В
процессе сушки из высушиваемых овощей и фруктов в первую оче
редь выделяется капиллярная влаrа, испаряющаяся как с поверхно
сти, так и изнутри капилляра. Эту часть влаrи называют свободной
влаrой, поскольку испарение ее подчиняется закону испарения
жидкости с открытой поверхности.
Все влажные материалы в зависимости от их основных кол
лоидно физических свойств делятся на три вида: типичные колло
идные (желатин, arap arap), капиллярно пористые (влажный Kвap
цевый песок, древеснЫЙ yrоль), капиллярно пористые коллоидные
(фрукты, овощи, мясо, TBopor) [21].
Для выбора наилучшеrо варианта процесса сушки и проведе
ния тепловоrо расчета сушильной установки важно знать свойства и
характеристики состояния влажноrо воздуха и об их изменении в
сушке.
Перед началом сушки сушильный areHT (влажный воздух) яв
ляется смесью cyxoro воздуха с паром. В процессе сушки ero влаж
ность увеличивается, т. е. доля влаrи, содержащаяся в смеси, при
обезвоживании возрастает.
Влажный воздух характеризуется следующими основными
параметрами: барометрическим давлением, парциальным давлени
ем водяноrо пара, абсолютной и относительной влажностью, влаrо
содержанием, энтальпией(теплосодержанием) и др. [16].
Абсолютная влажность определяется количеством водяноrо
пара, содержащеrося в 1 м 3 влажноrо воздуха (Kr/M 3 ).
От.носительная влажность является одной из важнейших xa
рактеристик воздуха как сушильноrо areH'Ia и определяет ero влаrо
емкость, т. е. способность воздуха к насыщению парами влarи.
Влаrосодержанием называется масса водяноrо пара, coдep
жащеrося во влажном воздухе, отнесенная к 1 Kr абсолютно cyxoro
воздуха. Этот параметр широко используется в расчетах сушильных
установок.
Измерение влажности воздуха является обязательным, т. к. от
нее зависит скорость испарения влarи из продукта. Разность между
температурой воздуха и температурой MOKporo термометра (потен
циал сушки) характеризует способность воздуха поrлощать влаry из
материала.
E=t c tM' (3.145)
rде t c температура воздуха или обычноrо (cyxoro) термометра; .,
температура MOKporo термометра.
Температура MOKporo термометра характеризует способность
воздуха отдавать теплоту для испарения воды до полноrо насыще
ния ею воздуха. Если продукт находится в контакте с влажным воз
духом, то принципиально возможны два процесса: испарение влarи
из продукта (десорбция) при парциальном давлении пара над по
верхностью продукта Рм, превышающем ero парциальное давление
в воздухе Рn; увлажнение продукта поrлощение пара из окружаю
щеrо влажноrо воздуха (сорбция), т. е. коrда Рм меньше Рn'
268
269
Влажность продукта, соответствующая состоянию paBHOBe
сия, называется равновесной влажностью W p , При W p температура
продукта равна температуре окружающеrо воздуха. Равновесная
влажность определяет способность продукта удерживать влаry.
Особенность переноса теплоты при сушке состоит в том, что
здесь он осложняется переносом влarи. При испарении влаrи с по
верхности какоrо либо продукта возникает перепад влаrосодержа
ния между ero наружным и внутренними слоями, что и обеспечива
ет дальнейшее перемещение влаrи из внутренних, более влажных
участков к ero поверхности, имеющей меньшую влажность. Проис
ходит непрерывное уменьшение влажности во всем объеме MaTe
риала. Перенос влаrи в материале носит название влаrопроводно
сти.
На перемещение влаrи' внутри продукта также оказывает
влияние перепад температуры. На поверхности продукта она боль
ше, чем в центральных слоях. Под влиянием температурноrо пере
пада часть влаrи будет перемещаться от поверхности к внутренним
слоям материала. Это явление носит название термовлаrопроводно
сти.
Характер протекания процесса сушки наиболее полно описы
вается кривыми сушки (в координатах влажность материала Bpe
мя), кривыми скорости сушки (в координатах скорость сушки
влажность материала) и температурными кривыми (в координатах
температура материала влажность материала) [21].
В начале процесса сушки, коrда влажность продукта YMeHЬ
шается по кривой, имеет место период проrpева продукта. Ero про
должительность зависит от толщины материала. Затем следует пе
риод постоянной скорости сушки, который характеризуется посто
янной скоростью уменьшения влажности и постоянной температу
рой продукта. При этом давление пара над продуктом будет посто
янным и равным давлению насыщенноrо пара при температуре
MOKporo термометра.
В период постоянной скорости сушки интенсивность процес
са определяется только параметрами сушильноrо areHTa и не зави
сит от влажности и физико химических свойств продукта. Продол
жительность периода постоянной скорости сушки увеличивается с
повышением температуры, потенциала сушки сушильноrо areHTa, т.
к. при этом уменьшается значение критической влажности продук
тов. Этот период продолжается до наступления первой критической
270
влажностИ, т. е. влажности момента между периодом пuстшшнuи и
падающей (убывающей) скоростями сушки.
В периоде убывающей скорости сушки, называемом вторым
периодом, скорость обезвоживания уменьшается по мере снижения
влажности продукта; температура ero постепенно увеличивается,
приближаясь к температуре сушильноrо areHTa. Пр цесс сушки
продолжается, пока продукт не достиrнет равновеснои влажности,
соответствующей параметрам воздуха в сушилке, и тоrда обезво
живание прекращается.
Скорость сушки зависит от ряда факторов. Чем больше CKO
рость движения воздуха в сушилке, тем быстрее он уносит испа
рившуюся влаry, препятствуя повышению парциальноrо давления
водяноrо пара. Скорость испарения тем больше, чем выше темпера
тура воздуха в сушилке. Интенсивность испарения влаrи зависит
также и от физико химических свойств материала, от размера KYC
ков и их формы (чем больше поверхность кусков, тем быстрее идет
процесс сушки), от интенсивности перемешивания, способа укладки
и высоты слоя продукта.
Характер протекания процесс а сушки определяется механиз
мом перемещения влаrи внутри материала, энерrетикой испарения
и механизмом перемещения влarи с поверхности материала в OKPy
жающую среду через так называемый поrpаничный слой, располо
женный у поверхности материала.
РПР К!! 1. РАСЧЕТ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШИЛКИ
Теоретическая часть
Распылительные сушильные установки можно классифициро
вать по способам распыления, очистки и подачи воздуха, а'iакже по
расположению сушильной башни и растворимости rOToBoro про
дукта.
По способу распыления их подразделяют на дисковые и фор
суночные. В первых продукт распыляется за счет центробежной
силы диска, а во вторых под действием давления вьшетает из фор
сунок С большой скоростью [21].
По способу очистки отходящеrо из сушильной камеры возду
ха выделяют установки с матерчатыми рукавными фильтрами и с
мокрой очисткой воздуха. По способу подачи воздуха в сушильную
271
башню и направлению ero движения в ней различают установки
противоточные, прямоточные, смешанные и комбинированные. В
противоточных воздух И высушиваемый продукт движутся проти
воположно один друrому, в прямоточных воздух И продукт движут
ся В одну сторону, в установках смешанноrо типа воздух подается
из нескольких мест, а в комбинированных совмещаются различные
технолоrические процессы. По расположению сушильной камеры
установки делятся на вертикальные и rоризонтальные. По способу
удаления cyxoro продукта из сушильной камеры различают YCTa
новки со скребковыми механизмами, с пневматическим удалением,
с ленточным, шнековым или вибрационным транспортерами, а TaK
же с rpавитационным механизмом удаления rOToBoro продукта.
По растворимости rOToBoro продукта различают установки
для получения cyxoro продукта обычной растворимости и для по
лучения быстрорастворимоrо cyxoro молока. Сухие продукты, по
лученные на распылительных сушильных установках, обладают
хорошей растворимостью (99,9 %).
В настоящее время выделяют еще распылительные установки
для получения cyxoro продукта акустические и низкотемператур
ные [36].
Распылительная сушилка типа РСМ (рис. 3.23) состоит из
вертикальной цилиндрической сушильной башни, снабженной KO
ническим днищем, циклонов и вспомоrательных устройств. BHYT
ренний диаметр цилиндрической части сушильной башни 5,5 м, BЫ
сота 3 м при общей ее высоте 7,55 м. В центре верхней части башни
смонтированы воздухораспределитель 3 и распылитель 2.
Частота вращения диска распылителя 11 00...1250 C l. Воздух
подается наrнетательным вентилятором 11 высокоrо давления.
После прохождения калорифера воздух наrpевается до темпе
ратуры 180...200 ос и подается на сушку. При этом в воздухорас
пределителе поток воздуха подверrается закрутке в направлении,
противоположном направлению движения частиц распьmенноrо
продукта. После потери частицами продукта высокой скорости они
совместно с потоком движутся по нисходящей спиралеобразной
траектории. Имеющий температуру 85...96 ос отработавший воздух
с наиболее низкими фракциями молочноrо порошка через спеЦИ
альный патрубок выводится из сушильной башни в батареи цикло
нов 7 для очистки и отсасывается вентилятором 4.
Рис. 3.23. Схема распылительной сушилки:
1 сушильная башня; 2 распылитель; 3 воздухораспределитель; 4 BЫ
тяжной вентилятор; 5 вентилятор; 6 бункер накопитель; 7 батарея ци
клонов; 8 пневмотранспортная линия; 9 вибролоток; 10 фильтр;
11 наrнетательный вентилятор; 12 калорифер; 13 насос
Высушенный молочный порошок ссыпается в вибролоток 9,
из KOToporo подается в пневмотранспортную линию 8. Перед по
ступлением в пневмотранспортную линию 8 воздух очищается
фильтром 10.
В процессе транспортирования молочный порошок охлажда
стся до температуры, которая на 10...15 ос выше температуры заса
cbIBaeMoro воздуха. В пневмолинию поступает также порошок из
батареи циклона.
Молочный порошок подается по пневмотранспортным лини
ям в разrpузочный циклон, а из Hero в бункер накопитель . Ввиду
недостаточной очистки воздуха из разrpузочноrо устроиства он
возвращается в воздуховод, по которому из сушильной башни пода
ется в батарею циклонов. С помощью шлюзовоrо затвора, YCTaHOB
ленноrо над бункером накопителем, rотовый продукт выrpужается
из установки и фасуется в крафт мешки.
272
273
Расчетная часть
Действительная производительность по rOTOBoMY продукту,
G п , кr/ч,
G 2Т = G 1Т W д . (3.149)
Теоретическая производительность по испаренной влarе W r ,
ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
сушки; знакомство с классификацией распьmительных сушилок;
устройством и принципом работы сушилок; выполнение расчета
распылительной сушилки.
3 а д а н и е: выполнить расчет распылительной сушилки, если
заданы: производительность по исходному продукту G 1Т, кr/ч;
массовая доля сухих веществ в исходном продукте Cz, %; конечная
влажность rOToBoro порошка W 2, %; температура продукта, пода
BaeMoro на сушилку () j , Ос, после сушильной камеры (}2' Ос; Te
пература воздуха на входе в сушильную камеру t z , Ос, на выходе из
О С Ф О С
сушильнои камеры t2, , на входе в паровои калори ер t o , ;
относительная влажность воздуха на входе в паровой калорифер
еро, %; напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаrе
А, кr/(м),ч); частота вращения диска п, мин. l ; диаметр распылитель
Horo диска d д , м.
кr/ч,
W T = W д / k , (3.150)
rде k коэффициент использования теоретической производитель
ности, k = 0,95.
Теоретическая производительность по rOToBOМY продукту G 2 ,
кr/ч,
Методика расчета
W JOO W2
G 2 = Т
W j W 2
Теоретическая производительность G з , кr/ч,
G з =G 2 WT' (3.152)
Радиус факела Rcp, м, распыления с учетом rидродинамиче
ских и температурных условий протекания процесса определяется
по уравнению А. А. Долинскоrо [36]
R p =0,33d cp ( Рп / Рв )Re°,36 Gu""'O.4 Ко""'О.2, (3.153)
rде Рв плотность воздуха, Kr/M) (табл. 3.18); Re критерий Рей
нольдса.
Rе=vч.dср'Рпр//l, (3.154)
здесь V ч скорость полета частиц (V ч =0,85 V" при турбулентном pe
жиме), м/с; Рпр 570 Kr/M) плотность cyxoro молока; /l дина
мическая вязкость продукта, /l 490.103 Па.с,
v H =п' п. R д /30, (3.155)
(3.151)
..,
Средний размер частиц d cp ' м , при диск овом распылении
d cp = 9,85 .J a /( RдРп ), (3.146)
w
rде а поверхностное натяжение ПрОДУКТа, Н/м, а (65...
68).1 о') Н/м; w уrловая скорость вращения распылительноrо диска,
рад/с (ш = 1m/30).
Площадь поверхности контакта F, м 2 , высушиваемоrо про
дукта
F =6G 1Т /( Pndcp)' (3.147)
rде Рп плотность продукта, Kr/M) ( Рп == 1100 кr/M\
Действительная производительность сушилки по испаренной
влаrе W д , кr/ч,
Gu критерий ryxMaHa
Gu = ( т т м ) / Т м ' (3.156)
rде т м температура MOKporo термометра, определяемая по 1 d
диаrpамме (рис. 3.24), К; Ко критерий Коссовича (при распыли
тельной сушке Ко 0,27...0,41).
W =G W z W2
д 1т ]00 W2 '
rде W z = ]00 G zr влажность исходноrо продукта, %.
274
(3.148)
275
' . . . .
R " " " ,
?р, 11 ."-. "'" " "l,, '\ 1 '
K ' , ,,," '
1Ес 1':'1 '" [\., r-.. ".1' 1 "' ,
"' ,,1"-. [\., , 140'
«о 150' '" [\., [\., '\. t-.
q:::: '\ ' ,1'\. " '. эо.
7..... и:'" , " l'
J -.,;:"' _
{ , I"-. '''' '"" ",,, 2()'
7.-, 'J' 'r-.. " "-. i'.. " '"'" '"" 1'-.'" '1 о'
" "O } , " , , ,\ !'...
' "',, ,: "
с'2 (I{I", '1 ,
-Ь.:;:- " " , ,", 9
:
'" &>0 90 "" .... ,о,;:
1J; db 80"'-
"'" :-..;
......- 1C " /
g; ". о(
o , '11\.
"
щ .;о 50-
"1 )(
'О
:ос
61t t:I
:}
t::
,) 2
<::>
:r:
. <::>
., '1'" iD: >',00
::..( O , 9 '"
L,... ,.... 8 ::t
C'o '\: о "..
7
6.g
5
4=<:
3
Z
1i}
t::
ад' 0,02 С/)3 ОД4 0.05 о,аБ
8лuzосоfJержание х, Kejre СУХС20 воздуха
Рис. 3.24. ]-d. диаrpамма для влажноrо воздуха при давлении 100 кПа
Таблица 3.18
Параметры влажноrо воздуха
Температура ПЛотность Динамическая вязкость
воздуха, ОС воздуха Р в' кr/M 3 воздуха Jl в . JO , Па.с
20 1,164 18,24
30 1,127 18,73
40 1,092 19,22
50 1,056 19,61
60 1,025 20,10
70 0,996 20,39
80 0,968 20,98
90 0,942 21,57
100 0,916 21,77
120 0,870 22,75
140 0,827 23,я........
160 0,789 24,12
180 0,755 22,00
190 0,742 25,11
.. .
'-
""
:S;;'"
? ,:
,;. ." '- ,
..:].
"" 01!.,. ос"'
"О:;
.... ",,,,О
<:0
.....
')('
:Ji,
.>
...,.
<, ><"
1'\..
;>(
. :f:. o oo
.1' -Р... r .....
.,.::.......r .,
I I I I
,:'0 l.D-
"
%-
,
о
.....
,
для определения размеров сушильной камеры необходимо
исходить из условия, что частица в своем полете должна достиrать
стенок сушильной камеры:
.1',
.....
i---
s =!!.!L Рп lп2
3ер]Рв V K '
rде r]. радиус частицы, м; ср]. коэффициент сопротивления, зави.
сящий от режима движения и значения критерия Рейнольдса:
при Re 1000 ср] = 0,44; (3.158)
при 2 < Re < 1000 ер] =18 /ReO,6. (3.159)
при Re <2 ер] = 24/Re. (3.160)
..........
(3.157)
, ....,o o
,,
'- ,90'
"
n=
с.
V" и V к . начальная и конечная скорости движения частицы, м/с,
7r.п.d д
V = V K = 3,5...4,3 м/с. (3.161)
н 60
Диаметр распылительной сушильной камеры D, м,
D >2J.5S. (3.162)
Массовая доля теплоты Q, кДж/с, передаваемая от воздуха к
продукту,
Q=Wrr+GЗС(О2 o]),
276
(3.163)
277
rде W T теоретическая Производительность по испаренной влarе,
кr/ч; r удельная теплота испарения влarи (r == 2258 кДж/кr); с
удельная теплоемкость Продукта, с == 2,35...3,09 кДж/(кr.К).
Массовый расход воздуха Qв, подаваемоrо в сушильную баш
ню, кr/ч,
Порядок оформления отчета
Qв =lOOO'W r /(d 2 do),
(3.164)
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются основы процесса
сушки и классификация распылительных сушилок;
расчетную часть, в которой описываются расчеты распыли
тельной сушилки по предлarаемому варианту (табл. 3.19), KOHCT
рукция и принцип действия распылительной сушилки рсм 500;
rpафическую часть, в которой дается чертеж распылителя
сушилки и спецификация к нему.
rде d 2 , d o влаrосодержание воздуха, вЫходящеrо из сушильной
башни и входящеrо в нее, кr влarи на 1 кr cyxoro воздуха, опреде
ляется по 1 d диаrpамме (см. рис. 3.24).
Расход пара D п , кr/c,
D = Q
п ( . . In'
ln lKI'1
(3.165)
rде i n , i K удельные энтальпии rpеющеrо пара и конденсата,
i п == 2792 кДж/кr; i к == 417,5 кДж/кr; 11 КПД калорифера, 11 ==
== 0,90...0,97.
Продолжительность процесса сушки т, с,
t=O)67Q'Pn .d ep /(a.,1t ep .G з ), (3.166)
rде ,1 t cp средняя разность между температурами воздуха и про
дукта, К;
Контрольные вопросы
,1 ( ер = t 8 ' (3.167)
[п ] 2
(2 8]
а коэффициент теплообмена между воздухом и продуктом, а ==
== 80...40 вт/(м 2 .к); Р: плотность высушенноrо продукта, Р: ==
== 570...660 Kr/M 3 .
Мощность N, кВт, затрачиваемая при дисковом распылении,
N =3)25 .1O 7 v Gз / d д , (3.168)
rде d д диаметр распылительноro диска, м.
Термический КПД распылительной сушилки 11т,
11т =(8] tH )/(t] t2 ), (3.169)
rде (" темпера1)'ра окружающеrо воздуха, t" == 18 ос.
], Что называется процессом сушки?
2. Из каких основных периодов состоит процесс сушки?
3. Какова классификация распылительных сушилок?
4. В каких отраслях пищевой промышленности используются
распылительные сушилки?
5. Каковы основные недостатки и преимущества распыли
тельных сушилок?
6. Какие факторы влияют на дисперсионный состав частиц
при дисковом и форсуночном распыливании?
7. Каковы основные направления повышения тепловой эф
фективности распылительных сушилок?
8. Какие устройства применяют в распылительных сушилках
для очистки отработаНIIоrо теплоносителя?
9. Какие устройства при меняют в распылительных сушилках
для удаления высушенноrо продукта?
278
279
280
'"
......
м
ro
::f
::s::
\о
ro
1--<
'::s::
::s::
:I:
м
;:Q
:I:
..CI
@
>.
Q:I
::s::
Ш
::s::
;:Q
i
::s::
. о о о о о о о о о о о о о о о о о о
::;; 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 00 00 00 00
N N N N N N N N N N N N N N N N N N
О О о о о о о о о о о о о о о о о о
"7 О О 8 о о о о о 8 о 8 8 о о 8 8 8 8
:i :z: о о :if о о о :if о о о
:s: ...... N ("1 lrJ 1.0 lrJ ("1 N ...... 0'1 00 ...... N ("1
::;; ...... ...... ...... ..... ...... ..... ..... ...... ..... ...... ...... ...... о о ...... ...... ...... .....
..... ..... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
. о
Э: 1"-- 00 0'1 ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1"-- 00 0'1 О ...... N О lrJ
1.0 1.0 1.0 1'-- 1"-- 1"-- 1'-- 1"-- 1"-- 1'-- 1"-- 1"-- 1'-- 00 00 00 00 1"--
;u 1'-- 1"-- 1"-- 00 00 00 0'1 0'1 0'1 О О О ...... N ...... ...... N N
... О ..... ...... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... N N N N N N N N N
;"U о ...... N N 00 1"-- 1.0 lrJ '<t ("1 N ..... О 0'1 00 1"-- 1.0 0'1
("1 ("1 ("1 ("1 N N N N N N N N N ...... ..... ...... ...... ......
... О ..... ..... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ......
:..u о ..... N ("1 '<t lrJ 1.0 1"-- 00 0'1 О ..... N О ...... N ("1 '<t
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0'1 0'1 0'1 00 00 00 00 00
... О ..... ..... ...... ..... ...... ...... ..... ..... ...... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... .....
"'u 00 0'1 О О О ..... N ...... 0'1 0'1 0'1 00 00 1"-- 1"-- 1.0 1.0 1.0
фО 1'-- 1"-- 00 00 00 00 00 00 1"-- 1'-- 1"-- 1"-- 1'-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"--
:"U 1'-- о ...... N ("1 '<t '<t ("1 N N ..... ...... ...... о о о
фо '<t lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
. """. """
'" N. ("1. "l 1.0. 1.0 "l """. ("1 ("1 N N N. ...... ...... ...... N.
("1 ("1 ("1 ("1 ("1 м ("1 ("1 ("1 м ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
. v1 1.0 1"-- 00 0'1 :if ..... ...... :if 0'1 00 1'-- 1.0 '<t lrJ 1.0
"..... lrJ
("1 ("1 ("1 ("1 ("1 '<t '<t ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
.
f-, :r lrJ lrJ О lrJ lrJ О lrJ О lrJ О lrJ О lrJ О lrJ О lrJ О
\j.....1i о ...... N N N N ..... ...... ..... N N ("1 ("1 ("1 N N ..... .....
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
'"
о..
(1)
::;; '" ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1"-- 00
О ::s;: ...... ...... ...... ..... ..... ...... ..... ..... .....
:I:
=:1
'"
........
. о о о N '<t 1.0 00
::;; 00 00 1"-- 1"-- 1"-- 1"--
N N N N N N
О О о о о о о
"7 О О О О О
:i :I: О О О О О
::s;: lrJ 1.0 1'-- 1.0 lrJ
::;; ...... ...... ...... ..... ...... ...... ......
...... ...... ...... ...... ..... ...... ......
.
<::> 1.0 1"-- 00 0'1 1.0 lrJ 1.0
э.. 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"--
;u ...... о о 0'1 0'1 0'1 00
... О N N N ..... ..... ...... ......
;"u 00 1"-- 00 0'1 О ...... N
...... ...... ...... ..... N N N
... О ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
:..u lrJ lrJ 1.0 1.0 1"-- 1"-- 00
00 00 00 00 00 00 00
... О ...... ..... ...... ...... ..... ..... ......
"'u lrJ lrJ '<t '<t ("1 ("1 N
фО 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"--
:"u 0'1 О ...... N ("1
фо '<t lrJ lrJ lrJ lrJ
.
'" с'! ("1. """. 11') "!,
("1 ("1 ("1 ("1 м ("1 ("1
"..... 1"-- 00 0'1 :if :if ......
("1 ("1 ("1 '<t
.
f-, :r lrJ О lrJ О lrJ О v1
\j..... о ...... ...... N N ("1 ("1
00 00 00 00 00 00 00
'"
В-
::;; '" 0'1 О ...... N ("1 '<t lrJ
О ::s;: ...... N N N N N N
:I:
'1:1
281
м
\о
f-<
CI)
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
РПР К!! 2. РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ СУШИЛКИ
Теоретическая часть
е
ж
;т
tJ.
к барабанным относятся rОРИЗ0нтальные цилиндрические
сушилки с вращающимся или неподвижным корпусом. В первом
случае вместе с барабаном вращается внутренняя насадка, обеспе
чивающая перемешивание материала, во втором специальное пе
ремешивающее устройство. По способу подвода теплоты барабан
ные сушилки делятся на конвективные (прямоrо действия), KOH
тактные (непрямоrо действия) и комбинированные (смешанноrо
действия).
Сушильная камера представляет собой наклонный вращаю
щийся барабан, на корпус которото надеты два бандажа и зубчатый
венец. Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся
ролики, установленные на рамках опорной и опорно упорной CTaH
ций. Два упорных ролика на раме опорно упорной станции оrpани
чивают осевое смещение барабана. Барабан вращается вокрут своей
оси со скоростью 0,5...8 об/мин. Оба конца барабана имеют различ
ные уплотнения (сальниковые, манжетные, секторные, лабиринтные
и др.) в зависимости от температуры поверхности корпуса и диа
метра барабана. Уплотнения предотвращают подсосы воздуха извне
и уменьшают расход энерrии на вентилятор.
Внутри корпуса устанавливают различные насадки и друrие
внутренние устройства, способствующие равномерному распреде
лению по сечению материала и интенсивному перемешиванию ето в
процесс е сушки (рис. 3.25). Вид насадки соответствует свойствам
высушиваемоrо материала. Снаружи барабан снабжают ударными
приспособлениями:молотками,билами.
Интенсификация барабанных конвективных сушилок обеспе
чивается усовершенствованием конструкции внутренней насадки,
увеличивающей количество сыпи.
Для оценки эффективности насадки предложена приближен
ная зависимость (21]
К эф = O,45п.Jh, (3.170)
тде п частота вращения, об/мин; h средняя высота слоя, м.
Рис. 3.25. Схемы некоторых внутренних насадок барабанных сушилок:
а - винтовая распределительная (приемно винтовая); б, в, r, и подъемно
лопастная; д, е лопастная секторная; ж секторная (перевалочная);
з самоочищающиеся лопатки
Коэффициент К эф характеризует отношение объема материа
ла, находящеrося в сыпи, к полному объему материала в аппарате.
Друrой важной характеристикой барабанной сушилки является KO
эффициент заполнения 13м' Чем выше 13м, тем больше поверхность
высушиваемоrо материала участвует в тепло и массообмене с cy
шильным атентом и тем эффективнее используется рабочий объем
барабана. Величина д., завиСИТ от конструкции насадки; по практи
ческим данным 13м:' 0,15...0,35.
Барабанная конвективная сушилка (рис. 3.26) работает, как
правило, на смеси топочных rазов с воздухом. Она состоит из двух
секций сушильной 16 и охладительной 5. Корпус аппарата опира
ется бандажами на две пары роликов и вращается от привода 4 че
рез венцовую передачу. Материал через ротационный питатель 20
поступает внеподвижную rоловку 19, а затем в корпус сушилки, в
котором расположена распределительная насадка. Высушенный
материал удаляется из аппарата через ротационный затвор 8. В cy
шильной части барабана воздух, подоrpетый в калорифере 2, дви
жется прямоточно с материалом, а в охладительной холодный воз
дух движется противоточно. В охладительную часть барабана воз
дух поступает при помощи патрубка 14 и трубы 12. Ето количество
реrулируется шиберами 13.
282
283
3 а Д а н и е: выполнить расчет прямоточной барабанной cy
шилки, если заданы: производительность по rOToBoMY продукту
G".K' кr/ч; температура продукта, ОС: начальная 80, конечная 8 к ; TeM
О
пература теплоносителя, с: начальная to, конечная t K ; температура
наружноrо воздуха t вx == 18.. .23 ОС; вид высушиваемоrо продукта;
вид насадки.
Методика расчета
Расчетная часть
Для удобства расчетов переведем относительную влажность
W, %, материала в абсолютное влаrосодержание И, Kr/Kr,
Uo=Wo/(100 Wo), (3.171)
rде W o начальная влажность продукта, %;
Uк=Wк/(1О0 Wк), (3.172)
rде W K конечная влажность продукта, %.
Рассчитаем производительность сушилки, кr/ч:
по абсолютно сухому продукту
G m = G M Al+U K ), (3.173)
по испаряемой влаrе
W=Gm(UO UK)' (3.174)
по исходному продукту
G M . O = G M . K + W. (3.175)
Унос материала из сушилки с отработанным воздухом, кr/ч,
GYH==KYHGMK' (3.176)
rде КУН коэффициент уноса высушенноrо материала из барабана
(табл. 3.20), %.
Рабочий объем барабана V aп , м 3 ,
V aп == W/Av. (3.177)
rде Av напряжение рабочеrо объема барабана по испарившейся
влаrе, кr/(м 3 ,ч)(табл.3.21).
Поперечное сечение барабана Saп, м 2 ,
Saп = V z /(1 /3м)у, (3.178)
rде v максимально допустимая скорость rазов в аппарате, завися
щая от насыпной плотности материала, м/с (табл. 3.22).
Рис. 3.26. Барабанная сушилка:
1 жалюзи; 2 калорифер; 3 опорные ролики; 4 привод; 5 секция ox
ладительная; 6 бандаж; 7, 19 rоловки неподвижные; 8 ротационный
затвор; 9 привод ротационноro затвора; 1 О ленточный транспортер;
11 лестница; 12 труба; 13 шиберы; 14, 17 патрубки; 15 насадка;
16 сушильная секция; 18 венцовая шестерня; 20 ротационный пита
тель
Высушенный материал из камеры через затвор миrалку 7 Ha
правляется на ленточный транспортер 13; отработанные rазы по
ступают в циклон пылеотделитель 8, откуда дымососом 9 подаются
в мокрый скруббер 1 О и далее отводятся в атмосферу. Сушилка pa
ботает под небольшим разрежением.
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
сушки; знакомство с,классификацией барабанных сушилок; устрой
ством И принципом их работы; выполнение расчета барабанной cy
шилки.
284
285
286
о
м
::f
:s:
\о
Е--<
Q:I
О
!;2
>.
о
g.
:а
::s
CI)
Q:I
::s::
S
>.
u
:а
Q:I
12
::s::
f-<
u
::s::
fl<
!;2
CI)
:а
р..
о
f-<
О
:.:
CI)
::r::
f-< '" ;:
:I: ::i.
(1) ;;...
::s;: t:::t '"
::r о :I: ос: с"!
::s;: о.. '"
-& t:: Ф ......
'" N N
-& '" N ...... N
1') u
о о ф
:I: м
;;... ::s;:
..Q '" 1'--
f-< g О
:I: u cf N N N
:>' О ;;... '; '; .....
:I: ......
(1) t:::t ;,; О 1'-- '<t
:I: о 1.0 О О
О '" о- .....
::.:: о ...... ...... ......
'1:1 t:: О
..Q '" lrJ
f-< lrJ
:I: u !2 о 00 0'1 0'1 00
..Q О ;;... '; '; ...... .....
:I:
t:::t ("1 ......
:>' О О \ci \ci .....
lrJ
'" о.. lrJ ...... ..... ...... ......
::r:: '1:1 t:: О
е о о о о
(1) ..Q О ..... lrJ
f-< f-< ::.:: 00
u '" h 1.0. "l 00. 1.0
О !2 N ...... '; '; ("1 м о
:.: ...... N
:I: '--" 1'-- 0'1 : о
..Q ::g ;;... * "l
(1) t:::! О О о о о :if ......
(1) о о О 0'1 1.0
t:::t о.. "l N
» t:: ..... ...... N ("1
'" ,..;' о о
1.0 О О О О
:I: u g о N ("1 v) N 0'1
t:: О h '; ос: r-: о
:Q :I: :.: N
f-< О .,.;
u о о (; 8 о '<t 8 о
'" g. ct о N v)
::r:: lrJ
t:: 00 О 1'-- v) lrJ 1.0
......
..Q '" О О О
f-< ,..;' ("1 о lrJ
U !2 lrJ lrJ lrJ
:I: О ;;... О О ...... ...... :if о .....
t:::t :I: 00 1.0 : N
(1) f-< t:::t :.: lrJ ..... '<t
о- О о ...... N О О 0'1
о- .....
U а ("1 :if
t:: '<t
...... ..... .....
(1)
::s;:
а '" ::s;:
=:1 !2 :I:
о ;;... :>' (1)
:I: t:::t '" (1) -&
(1) о ::r ..Q :I: О
::g о- ::s;:
::s;: t:: о.. :I: о '"
,'" '" ..Q (1) ::;; u :I: ..Q
::r:: а t:::t & !;Е
о :>' О
U U t:: 1:1;: t:: о
м с..
287
Т а б л и ц а 3.21
Значения напряжения рабочеrо объема барабана
по испарившейся влarе Av. кr/(м 3 ,ч)
Температура сушильноrо мента Влажность материала W o , %
на входе в барабан (о, ос <10 10.. .40 >40
80.. .150 1.. .8 6.. .15 10...20
150...250 1 о.. .20 15...40 30.. .50
150...400 15. ..30 25...60 50...75
400. . .650 20...40 30...90 80...120
650...1000 30...60 50...100 80...180
Таблица 3.22
Максимально допустимая скорость rазов У, м/с,
Размер Насыпная плотность материала, Kr/M 3
частиц, мм 350 1000 1400 1800 2200
Менее 0,3 0,5 2,0 3,0 4,0 5,0
От 0,3 до 2 0,5...1,0 2,0...5,0 3,0.. .7,5 4,0. ..10,0 5,0...12,0
Более 2 1,3 5,3 8,0 10,5 13,0
Длина барабана [ап, м,
(3.179)
[ап = Vaп/S aп .
Диаметр барабана D aп , м,
D aп = 4Saп /п.
(3.180)
Влаrосодержание воздуха, поступающеrо в калорифер Х вх ,
Kr/Kr,
Х вх =О,б22 qJвxP"/ (P qJвXPH)' (3.181)
rде qJвx относительная влажность наружноrо воздуха (qJвx == 0,60...
0,85); Р барометрическое давление воздуха (р == 99,5 кПа), Па; рн
давление насыщенноrо водяноrо пара, Па, при температуре Ha
ружноrо воздуха t вx == 18.. .23 ОС (табл. П 3.2).
Энтальпия наружноrо воздуха [вх, кДж/кr,
[вх==сrtвх+(rо+спtвхУХ вх , (3.182)
rде C r удельная теплоемкость наружноrо воздуха, кДж/(кr.К), C r ==
== 1,006 кДж/(кr.К); t вх == 18. ..23 ОС температура наружноrо возду
ха; ro удельная теплота парообразования при О Ос, кДж/кr (ro ==
== 2495 кДж/кr); Сп == 1,965 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость пара,
кДж/(кr.К).
Учитывая, что Хо==Х вх , найдем энтальпию HarpeToro воздуха
на входе в сушилку, кДж/кr,
10 == crto + (ro + cnto)Xo. (3.183)
Удельный расход теплоты на HarpeB высушиваемоrо материа
ла, кДж/кr,
qM == (С т + СжИк) (ОК Оо)/(И о И к ), (3.184)
rде С т удельная теплоемкость продукта, кДж/(кr.К); С ж ==
== 4,187 кДж/(кr.К) удельная теплоемкость воды.
У дельный расход теплоты на компенсацию энерrии связи
влаrи с материалом, кДж/кr,
qc ==(а/ 2)(И о ИК) (3.185)
rде а == 4200 кДж/кr постоянная величина.
Удельные тепловые потери qnm примем равными 1 О % от qM:
qnm == 0,1. qM' (3.186)
Тоrда изменение потенциала воздуха относительно испарив
шейся влаrи, кДж/кr,
L1==сжОо (qм+qс+qпт)' (3.187)
Энтальпия пара при конечной температуре t K , кДж/кr,
lп.к == ro + cnt K . (3.188)
Конечная энтальпия влажноrо воздуха, кДж/кr,
/к == [Crt K L1 + /п.к(ХoL1 10)]/( L1 lп.к)' (3.189)
Конечное влаrосодержание воздуха, кr/кr,
Х К == (/к /0)/ L1 + Хо. (3.190)
Объем материала, находящеrося в барабане, м 3 ,
v: = .суш(G МQ +G M . K GYH) (3.195)
120 р не
Время пребывания материала в аппарате (проверка), мин,
* *
r == V м = 2V M PHC (3.196)
V M С мо +С м . к CYH
Уточним коэффициент заполнения барабана материалом:
13м == V M */ V an , (3.197)
что близко к принятому В исходных данных.
Число оборотов барабана для сушилок с подъемно лопастной
и комбинированной насадкой п, об/мин,
п == mkl an /rDantga. (3.198)
rде т, k коэффициенты, зависящие от типа насадки и направления
движения теплоносителя (при насадке типов б r, и (см. рис. 3.25),
т == 0,6, k 0,2 (прямоток), k == 0,5 (противоток); при насадке типа
Д ж т == 0,75...1,0, k 0,7 (прямоток), k 2,0 (противоток); r
время пребывания материала в барабане, мин; а уrол наклона ба
рабана (а == 3,50).
Скорость воздуха в свободном сечении барабана, м/с,
(iJ == V/ SanC 1 13м {3н), (3.199)
rде {3н коэффициент заполнения барабана насадкой ({3н == 0,05...
0,10).
Порядок оформления отчета
Torдa
АХ == Х К Хо.
Расход теплоты в калорифере, кДж/кr,
Qкл == qu W == [(10 /в:J/( Х К Xo)]W.
Расход воздуха, кr/ч,
(3.191)
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeT
ствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются основы процесса
сушки и классификация барабанных сушилок и описание KOHCТPYK
цИИ и принципа действия барабанной сушилки;
расчетную часть, в которой приводится расчет барабанной
сушилки по предлаrаемому варианту (табл. 3.23);
rpафическую часть, в которой дается чертеж барабанной
сушилки и спецификация к нему.
(3.192)
L == W/ АХ.
(3.193)
Время сушки r суш , мин,
r == по{3 мРнс (W o W K )
суш Av[200 (WO WK)]'
rде 13м коэффициент заполнения барабана материалом (13м == 0,15...
0,35).
(3.194)
288
289
Контрольные вопросы м , ,
о о
:s: :r: :I: :I: :r:
м ::g :I: ::g
f-< f-< о..
1. Каковы устройство и принцип действия барабанных cy (1) u u О (1) u
CCI u '" '" '" f-< '"
шилок? ::f t:::t t:: t:: :.: t:::t t=
'" О О
:I: О О О (1)
::s:: t:: r::: u t::
2. Какова классификация барабанных сушилок?
3. В аких отраслях пищевой промышленности используют \о
ro
ся барабанные сушилки? Е--<
4. Каковы u :I: О 00 N О О 00 00 lrJ 1.0 ("1 v1 000 0'1
основные недостатки и преимущества о :>" 1.0 00 r-- 1.0 0'1 N 1.OV1 r-- 1.0 1.0 00 1rJ lrJ
'" ' (1) ......
барабанных сушилок? o.. :I:
>'(1) О
5. Каковы основные направления повышения тепловой эф r-< :.:
о..::;;:
фекrивности барабанных сушилок? (1) u
t:: О
6. Почему в барабанных сушилках при меняют насадки? :Е :I:
(1) о
7. Какие виды насадок используются в барабанных сушил f---< 2 :r: О О о lrJ О lrJ О О 00 00 О О 00
(1) ..Q N lrJ lrJ ("1 lrJ ("1 lrJ 00 '<t ..... N lrJ NO'I
f-< ...... ("1 ...... ...... ..... ...... N N ...... ...... ("1 ..... ...... N N
ках? '::s:: :>"
::s:: '"
а :I:
2 <J5
м
:а '<t1rJ о 1rJ0Nr<"I О ...... '<t
:I: '<t О lrJ N ("1 ("1 ......
:I: :>" ("1 00 lrJ lrJ 1'-- ...... lrJ ("1 001rJ1rJr-- ..... lrJ М
..Q "'u (1)
р.о :I:
",' о
>. :.:
o..f-<
::s:: (1) :<
Q:I t:: >.
::s:: ::g
\::1:
:I: (1) о..
f---< t::
::s:: :I: !;t ..... О О 0'1 00 ..... 0'1 1'-- ...... О 0'10 lrJ
;:Q ..Q N N N ...... ..... N ...... ...... N N ...... N '<t
@
:r
'"
:s: :I:
,
::s;: ..Q :r
t:::t f-<--... 8 8800 О
о g 8 88 О 88 88 О
'1:1 О 00 lrJ
м :I: О lrJ ("10000 ООС"! 1'--...... lrJ
::s;: ..Q 1.0 ("1 lrJ ..... """ 1'-- ("1 ("1 '<t ......
О >! ......
0..(1)0
t:: f-<
'"
CQ а
р.
t::
..Q
ro о
uu
:r
'" (1)
::r :I:
:s: а
Q) u
3
t:: t::
о
:.:
'" ..Q
:.: !Е
u
,
:>"
'" М
::r J:I r:::
:r: о
..Q (1) <1> U
S а
8t:: t::
'
о
:<
tIS
:.: ;!:1 .....
::S;: Q) о '"
:I: М i:l.. U
о.. I '"
::S;: r-<
о g. :r:
::t '1:1 '"
.....N«)'<t1rJ
1.01'--00 0'1 S
N
..... .....
("1'<t1rJ
..... ...... ......
290
29]
292
м
N
М
\о
f-<
Q)
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
::s;:
t:::t :.:
::s;:
:I:
U
о
'" '
t;;
(1) u
t:: о
:I:
(1) О
!---< а
(1)
f-<
:I:01rJ
:;'0'11.0
"'U (1)
O, а
1;;' '" :.:
g.!2
t:: ""
::;; о
g
:I:o......
NN
:;'
'"
:I:
,
1З.е:
о u 12 О О
g .0 О
::S;:..Q :.i 0'1 ::э:
о ;:i N '"
o..(I)t:)
t:: r-<
'"
с!1 а
о..
t::
,
f-<
t:::t t::
о О
t::
..::
:I:°o
:::r--
:I:
о
:.:
:if
@............
:;'
'"
:I:
::r
о
..Q U
t:::t
88
g. == '" 1.0 r--
::go..!i:.............
о '" '"
:::r: '1:1
......0'<t1rJ1rJ
1.01.01rJ1rJr--
......ooo'<to
N 00 N ("1 .....
N N
1.000000
("1:!1rJ1rJ1.O
88888
["'--.I""""'f"""'"'oooo
("1I.O("1",,"
..Q
:.: ><:
::S;: '" о
:I:UU
OOO'lO......N
............NNN
,
:;'
'" (1)
::r :I:
::S;: ..Q
:I: 8
s g
t:: t::
:I:
f-<
U
'"
t::
О
r:::
РПР N!! 3. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОЙ СУШИЛКИ
:t:
о..
о
!2
dJ
U
Теоретическая часть
OOO
1rJ......
Ленточная сушилка представляет собой коридор, в котором
размещен ленточный транспортер, несущий высушиваемый матери
ал. Ленточные сушилки MOryT работать с циркуляцией и промежу
точным подоrpевом воздуха. В качестве areHTa сушки используются
воздух, топочные rазы или переrpетый пар [21].
В зависимости от свойств высушиваемоrо материала тpaHC
портеры выполняют в виде металлической плетеной сетки, перфо
рированной ленты, отдельных прямоуrольных лотков с укреплен
ной в них сеткой либо в виде пластинчатой ленты. В ленточных cy
шилках может быть один или несколько расположенных друr над
друrом транспортеров с реryлируемой в пределах 0,1...0,3 м/мин
скоростью движения, а также одна или несколько зон сушки, разли
чающихся направлением rазовоrо потока, ero температурой, влаж
ностью и скоростью прохождения через слой материала.
Пятиленточная конвейерная сушилка (рис. 3.27) оборудована
плетеными лентами из нержавеющей стальной проволоки. TpaHC
портеры расположены один над друrим, так что с BepxHero продукт
может быть пересыпан на нижележащий. Один из барабанов TpaHC
портера является ведущим, дрyrой натяжным. Для очистки бара
банов и лент от налипшеrо продукта служат скребки, установлен
ные на барабанах. Между верхней и нижней лентами транспортера
вставлены калориферы для наrpевания воздуха, идущеrо снизу
вверх.
Установленные одна над друrой транспортерные ленты с Ka
лориферами заключены в общую камеру, так что воздух, подавае
мый под последнюю ленту, может подняться, только про низав по
очередно все ленты. Высушенный и охлажденный продукт с пятой
ленты поступает на разrpузочный транспортер.
Каждая лента работает при отдельно заданных rидродинами
ческом и температурном режимах. Для выравнивания влажности
материала по высоте слоя на ленте установлены ворошители, преk
ставЛяющие собой два валка с пальцами.
0000
lrJ ("1 1'--
N...... N
:ifoV")
Ir')
00'1.....
N...... N
080
1rJ1'--V")
1.O'<t 00
о о
:.: :.:
'" ..Q '"
:.: !Е
::S;: (1) о (1)
:I:Mi:l..M
«)'<t1rJ
NNN
293
"' 1 '"
!g
t\Чr-...
!
о
u
':':
о
u
>.
(1)
о
:Q
'1:1
Интенсивность сушки в ленточных сушилках колеблется в
пределах 5...30 кr/(м 2 .ч) в зависимости от свойств высушиваемоrо
материала и режима сушки. Промышленностью выпускаются типо
вые сушилки с шириной ленты 1,25...2,0 м и рабочей площадью
2
10...120M.
Расчетная часть
....,
lrJ
.. i:l,
р.,
::s;: о
G
u s
s. '
(1) ..Q
'::;;: :I:
(1) :I:
'1:1 О
а
'"
=: :I:
00 I
"""
13
g
о
::s;: g.
f-< О
r-- t::
N'
("1
U g.
::s;: :.:
o..
'"
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
сушки; знакомство с классификацией ленточных сушилок; устрой
ством И принципом их работы; выполнение расчета ленточной cy
шилки.
3 а д а н и е: выполнить расчет ленточной сушилки, если за
даны: производительность G M . K , кr/ч; влаrосодержание высушивае
Moro продукта, Kr/Kr (табл. 3.24): начальное И о , критическое Икр,
конечное И к , равновесное Ир; допустимая температура HarpeBa про
дукта Одоп == (120...125) ОС; вид высушиваемоrо продукта; продолжи
тельность сушки r, мин.
i
r
'"
00H
Alетодuка расчета
'"
N
ь:
s
>.
u
t:::t
О
'1:1
:.:
р.,
t::
Рассчитаем производительность сушилки, кr/ч:
по абсолютно сухому продукту G m
G m = G'.t.К/(J + И к ), (3.200)
по исходному продукту G MO
G MO = G M . K + W, (3.201)
по испаряемой влаrе W
W = Gт.АИ, (3.202)
rде АИ изменения влаrосодержания продукта, Kr/Kr,
АИ = И О И К ' (3.203)
Температурный режим сушилки выберем по фактору TepMO
обработки из условия Фт 1. Учитывая, что r r* и обеспечивается
высокая степень перемешивания воздуха, воспользуемся формулой
Фт = [(t o +t K )/ 2Oдoп] 1, (3.204)
rде ( к конечная температура продукта, Ос, t K == 40 Ос.
Тоrда из формулы (3.204) определим to, Ос,
to = 20 доп t K . (3.205)
'"
294
295
296
с'!
м
::f
::s::
\о
r--<
1::
>.
е-
:а
:I:
CI)
о..
Q:I
t2
::s::
f-<
u
::s::
е-
f-<
CI)
;:Q
о..
о
f-<
О
:.:
CI)
::r:
(1)
о
:I:
u '<t ("1 '<t '<t '<t 1.0 '<t
(1) ...... ...... ...... ...... ..... ...... ......
'1:1 ...... ...... ...... ...... ..... ...... ......
о
:I: О О о о о о о
'1:1
'"
о-
о о о о о о о
:.: (1)
:I: (1) ...... ...... ...... ...... ..... ..... ......
OJ о о о о о о о о о
::s;: :I:
:I:
'"
:ti
о.. ("1 о N ...... N ("1 ......
(1) I
t:::t (1) N N N N N N N
О ::r
u ::s;:
О f-< (1) : о
""' ::s;: о ...... 0'1 ...... О ..... N
о.. :.:
u N ...... N N N N N.
t:Q о о о о о о о
(1) N ...... ("1 '<t 1.0
О '<t ("1 '<t '<t ("1
:I: о
..Q ::j
@ ,о 00 : 0\ N
::r :if 00 1.0
'" ("1 N ("1 ("1 ("1 ("1
:I: О О о о о о о
..Q '" '"
f-<
U ::r f-<
о ::s;: о о о о о о 8
:I: f-< >. N ("1 N ...... 00 0'1
f-< u 8- ("1 '<t N '<t ("1 ("1 lrJ
О '" '" ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
::r cs'.
t:: t::
..Q '" '"
f-< f-< i
:I: u
t:: О >. о N lrJ '<t '<t lrJ О
:Q :I: t:::t О 1'-- N N ("1 '<t 1'--
f-< 1'-- 00 00 00 r-- 1'-- 1'--
U О о (;
'" а о- c:l.
:::r: t::
, <.J о 00 00 ...... 00 1.0 О
::.:: 1'--. r-'l q 1': 1'--. 1':
:I: ..Q '"
(1) g ...... ..... ..... '; ..... ......
..Q О f-< :
аз а u '---"
О >. :if, r..: r..: .n 00 о о
t:::t t:::t
(1) о i:::( "l ...... r--. r-'l ("1 "l
» f-< о..
t:: ...... ...... ..... ...... ...... ...... ......
,
о '"
:I: (1) :Q 1:j :t:
(1) ::s;: t:: '1:1 ::r
::;; :I: >. (1) '1:1 ::s;: :I:
'" :I: '1:1 :I: О :I: х :I:
::s;: '1:1 о.. о ::r (1) о (1)
'" u u (1) о- S о.. S
:::r: =:1 ::s;: о.. (1) о
О i:.-.. t::: t:: i:.-.. t:::
Температура продукта на выходе из сушилки ()К' ОС,
()к == O,9t K . (3.206)
Удельный расход теплоты на ню-рев материала qM, кДж/кr,
qM == (См + СвиК)(()К ()о)Аи, (3.207)
rде см удельная теплоемкость продукта, кДж/(кr.К) (см. табл. 3.25);
Св == 4,187 кДж/С Kr. К) удельная теплоемкость воды.
Средняя удельная теплота связанной влаrи qc, кДж/кr,
qc == (а /2 Хи кр U К f / 11и , (3.208)
rде а == 4200 кДж/кr постоянная величина.
Принимаем удельные тепловые потери qnm == 250 кДж/кr. При
установившемся процессе расход теплоты на HarpeB транспортных
средств отсутствует.
Изменение энтальпии сушильноrо areHTa l1i, кДж/кr,
. l1i == Св()О qM qc qnm' (3.209)
rде ()о начальная температура материала, ОС; c B ==4,187 кДж/(кr'К)
удельная теплоемкость воды.
Энтальпия воздуха в начале процесс а /0, кДж/кr,
/0 == Crto + (rO + cnto)Xo, (3.210)
[де C r удельная теплоемкость наружноrо воздуха, кДж/(кr.К), C r ==
== 1,006 кДж/(кr.К); ro удельная теплота парообразования при О ОС,
кДж/кr (ro == 2495 кДж/кr); Сп == 1,965 кДж/(кr.К) удельная теплоем
кость пара; ХО начальное влаrосодержание воздуха, поступающеrо
в калорифер, Kr/Kr (Х О == 0,01 Kr/кr).
Энтальпия пара, содержащеrося в воздухе, в конце процесса
/п.к, кДж/кr,
(3.211)
/п.к == ro + cnt K .
Энтальпия воздуха в конце процесса /К' кДж/кr,
1 == СrtкДi+ln.к(ХоДi Iо) .
к Дi 1 n.К
Влаrосодержание воздуха в конце процесса Х к , Kr/Kr,
Х == (/к /o)/l1i + Хо. (3.213)
Изменение влаrосодержания воздуха 11 Х; Kr/Kr,
11 Х == Х К Хо. (3.214)
Удельный расход воздуха а, кr/Kr,
а == 11И/АХ. (3.215)
(3.212)
Расход воздуха L, кr/ч,
297
L = оСт' (3.216)
Масса cyxoro материала в сушилке gm, Kr,
gm = G m 'r, (3.217)
rде 'r продолжительность сушки, ч.
Требуемая ПЛощадь поверхности ленты sл, м 2 ,
SЛ = gm/ gm*, (3.218)
rде gm* = 25...35 кr/M 2 наrpузка cyxoro материала на ленту.
Наrpузка на ленту в начале процесса g",/, Kr/M 2 ,
gАЮ * = gm *(1 + и о ). (3.219)
Наrрузка на ленту в конце процесс а gM.K *, Kr/M 2 ,
gM/ = gm *(1 + и к ), (3.220)
Высота слоя материала на ленте h, м,
h = gAf.//PHC, (3.221)
rде РНС насыпная плотность продукта, Kr/M 3 (см. табл. 3.24).
5. Каковы устройство и принцип действия ленточных суши
лок?
Т а б л и ц а 3.25
Варианты индивидуальных заданий
Контрольные вопросы
Номер Производи Вид BЫCY Время Начальная
варианта тельность шиваемой сушки ., температура
G M . K ., кr/ч крупы мин продукта Во, ос
1 530 Овсяная 45 23
2 735 Рисовая 45 22
3 540 rречневая 45 21
4 545 Перловая 45 20
5 550 Пшеничная 45 19
6 555 rороховая 45 18
7. 560 Пшенная 45 19
8 870 Овсяная 47 20
9 1075 Рисовая 47 21
10 880 rречневая 47 22
11 885 Перловая 47 23
12 890 Пшеничная 47 24
13 895 rороховая 47 25
14 900 Пшенная 47 23
15 1740 Овсяная 49 22
16 1990 Рисовая 49 21
17 1760 rречневая 49 20
18 1770 Перловая 49 19
19 1780 Пшеничная 49 18
20 1790 rороховая 49 19
21 1795 Пшенная 49 20
22 550 rречневая 51 21
23 755 Рисовая 51 22
24 560 Перловая 51 23
25 565 Пшеничная 51 24
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeт
ствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются основы процесса
сушки, классификация ленточных сушилок, описание конструкции
и принципа действия ленточной сушилки;
расчетную часть, в которой приводится расчет ленточной
сушилки по предлаrаемому варианту (табл. 3.25);
rpафическую часть, в которой дается чертеж сушилки и спе
цификация к нему.
1. В каких отраслях пищевой промышленности исполыуют
ся ленточные сушилки?
2. Какие виды ленточных сушилок известны?
3. Каковы основные недостатки и преимущества ленточных
сушилок?
4. Каковы основные направления повышения тепловой эф
фективности ленточных сушилок?
298
299
rЛАВА4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПЕЧКИ
И ОБЖАРКИ ПРОДУКТОВ
Теоретическая часть
ческих ферментов в значительной степени rидролизуется с образо
ванием декстринов и мальтозы.
Полная инактивация амилазы в пшеничном тесте наступает
при 82...84 ос, в то время как а амилаза сохраняет активность в ro
товом хлебе, т. е. до 97...98 ос.
При выпечке теста из ржаной муки, кислотность которой в
2...3 раза выше кислотности пшеничной муки, амилаза полностью
инактивируется при температуре около 60 Ос, а а амилаза при
71 ос.
Окрашивание корки обусловлено образованием красящих и
ароматических веществ в результате карамелизации сахаров с про
дуктами протеолиза белков. Это приводит к образованию TeMHOOK
рашенных меланоидинов.
Микро6иолоzические процессы. При проrpевании теста до
35...40 ос усиливается жизнедеятельность дрожжевых клеток и ки
слотообразующих бактерий. При HarpeBe до температуры, превы
шающей 45 ос, rазообразование резко снижается, а при проrpева
нии теста до 60 ос жизнедеятельность бродильной микрофлоры
прекращается.
Коллоидные процессы. При выпечке коллоидные процессы
обусловливают образование мякиша хлеба. Клейковина теста имеет
максимум набухаемости примерно при 28...30 Ос. Дальнейшее по
вышение температуры приводит к снижению набухаемости. При
60...70 ос белковые вещества теста денатурируются и свертывают
ся, освобождая при этом воду, поrлощенную при набухании.
При повышении температуры до 50...60 ос крахмал муки ин
тенсивно набухает. Клейстеризация крахмала происходит с явно
выраженным эндотермическим эффектом, который объясняется за
тратой теплоты на разрушение внутренней структуры крахмала.
Процессы клейстеризации крахмала и коаryляции белков обуслов
ливают при выпечке переход теста в мякиш хлеба.
Консистенция теста с повышением температуры заметно oc
лабевает, достиrая минимума при температуре около 57 Ос. Даль
нейшее повышение температуры до 60...70 ос приводит к сrущению
теста. Такой мякиш недостаточно упруr, т. к. клейстеризация Kpax
мала при оrpаниченном количестве влаrи в тесте хлебе продолжа
ется при нarpевании почти до 100 Ос. В связи с этим при выпечке
РПР N!! 1. РАСЧЕТ ХЛЕБОПЕКАРНОЙ ПЕЧИ
Процесс выпечки хлеба. Выпечка хлеба и друrих мучных из
делий это нестационарный процесс теплообмена с изменением ar
peraTHoro и коллоидноrо состояния материала, сопровождающийся
перемещением и испарением влarи [19].
В пекарной камере происходят все виды передачи теплоты к
тестовым заrотовкам: излучение от поверхности HarpeBa, KOHBeK
ция от пароrазовой среды пекарной камеры, теплопроводность от
пода к нижней поверхности тестовой заrотовки. Излучение COCTaB
ляет от 70 до 90 % и является определяющим при выпечке.
Продолжительность и интенсивность процессов, протекаю
щих в любом слое теста хле6а, зависят от температуры в этом слое.
Скорость протекания процессов (биохимических, микробиолоrиче
ских и др.) зависит от скорости изменения температуры в COOTBeT
ствующем слое тестовой заrотовки.
Под воздействием теплоты и влarи в тесте, являющемся по
строению и химическому составу высокоrидратированным колло
идным материалом, одновременно протекают тесно связанные меж
ду собой физические, биохимические, химические, микробиолоrи
чески е и коллоидные процессы. Биохимические в начальной стадии
выпечки усиливаются, затем по мере проrpева выпекаемых изделий
замедляются, в дальнейшем прекращаясь совсем. Коллоидные про
цессы, непрерывно развиваясь в процессе выпечки, идут rлубоко,
обусловливая появление ряда свойств, характерных для rOToBoro
хлеба.
Физические процессы. В начале выпечки дрожжи и друrие
виды бродильной микрофлоры выделяют дополнительное количе
ство диоксида уrлерода. Увеличению объема выпекаемоrо куска
теста способствует расширение пузырьков воздуха и СО 2 , находя
щихся в тесте.
Биохимические процессы. Крахмал в тесте хлебе при выпечке
не только частично клейстеризуется, но и под влиянием амилолити
300
301
необходимо выдерживать хлеб в печи, пока температура в центре
мякиша не достиrнет 96...98 ос.
Классификация печей. В пищевой ПРОмышленности приме
НЯются разнообразные конструкции печей, различающиеся между
собой способом обоrpева пекарной камеры, производительностью,
ассортиментом вырабатываемой продукции, конструкцией конвей
epHoro пода и друrими признаками [29].
Основные признаки классификации:
назначение печноrо arperaTa (технолоrический признак);
способы rенерации теплоты и обоrpева пекарной камеры
(теплотехнический признак);
степень механизации печноrо arperaTa;
тип или конфиryрация пекарной камеры;
рабочая площадь Пода.
Назначение nечноzо azpezama. Этот технолоrический признак
классификации определяет специализацию печи и аССОртимент BЫ
рабатываемой продукции. По теХНОлоrической специализации co
временные печи и печные arperaTbl разделяются на хлебопекарные,
кондитерские, бараночные, Пряничные и для выработки националь
ных и специальных сортов мучных изделий.
По ассортименту вырабатываемой продукции печные arpe
raTbl можно разделить на rpуппы:
а) универсальные печи, на которых MOryT вырабатываться
хлебобулочные, кондитерские, бараночные изделия различных cop
тов и массы в Широком диапазоне. К этой rpуппе относятся печи с
небольшой ПЛощадью пода;
б) хлебопекарные аrреrаты, на которых возможна выработка
широкоrо аССортимента формовых и ПОДОВЫХ сортов хлеба и хлебо
булочных, бараночных и кондитерских изделий;
в) специализированные печи и arperaTbl, на которых выраба
тывается оrpаниченный ассортимент баранок, печенья, пряников,
формовых сортов хлеба или определенные подовые сорта хлебо6у
Лочных изделий заданной массы.
Способ обоzрева nекарной камеры. По этому теплотехниче
скому признаку все печи разделяются на следующие виды.
1. Печи с реrенеративным способом обоrpева. К ним относят
ся жаровые печи, приспособленные для выпечки определенноrо ac
сортимента Изделий, и тандыры для выпечки национальных сортов
хлеба. Рабочая камера одновременно является и топочной камерой,
302
в которой периодически сжиrается определенная порция ТОПЛИва.
При сжиrании ero внутренние стенки камеры разоrpеваются, aккy
мулируя достаточное для выпечки продукции количество теплоты.
2. Печи с канальным обоrpевом. Теплоносителем являются
продукты сrорания, проходящие по системе каналов, через поверх
ность теплообмена которых теплота передается в пекарную камеру
к тесту хлебу. В настоящее время получили распространение печи с
рециркуляцией продуктов сrорания, в которых жидкое и rазообраз
ное топливо сжиrается в специальных топочных устройствах.
Печи с рециркуляцией продуктов сrорания обладают неболь
шой тепловой инерцией системы обоrpева. Это позволяет aBTOMa
тически реryлировать тепловой режим процесс а выпечки, что яВля
ется значительным преимуществом перед печными аrреrатами с
массивной обмуровкой из кирпича, обладающей большой тепловой
инерц ей. Печи и arperaTbl с канальным обоrpевом наиболее pac
пространены в промышленности.
3. Печи и arperaTbl с пароводяным обоrpевом. При этом спо
собе обоrpева применяются толстостенные нarpевательные трубки
(трубки Перкинса), а теплоносителем является пароводяная смесь
высокоrо давления (30...40 МПа). Каждая нarpевательная трубка
представляет собой самостоятельный теплообменник. Короткий
конец трубки располаrается в топке и является тепловоспринимаю
щей поверхностью; длинный конец ее в пекарной камере и служит
теплоотдающей поверхностью. Трубки размещаются с некоторым
уклоном в сторону топки в виде однорядноrо или мноrорядноrо
пучка вдоль или поперек продольной оси печи.
4. Печи с паровым обоrpевом. Теплоносителем является Ha
сыщенный пар BblcoKoro давления (10...12 МПа), получаемый в спе
циализированном пароrенераторе. Насыщенный пар из пароrенера
тора поступает в систему обоrpева печи, в пекарной камере которой
размещаются теплообменные устройства в виде трубчатых радиа
торов. Перемещение пара и конденсата обеспечивается eCTeCTBeH
ной циркуляцией. В некоторых случаях в качестве теплоносителя
применяется переrpетая вода при давлениях более 1 О МПа с ис
пользованием принудительной циркуляции в системе.
5. Печи со сжиrанием rаза в пекарной камере. Этот способ
обоrpева применяется в кондитерских печах, в которых выпекается
широкий ассортимент печенья и друrих подобных изделий.
303
6. Электрические печи. Для электрообоrpева применяют:
трубчатые электронаrpеватели (ТЭН); светлые излучатели (зеркаль
ные лампы и др.) в печах с инфракрасным обоrpевом; токи BЫCO
кой частоты (этот способ проrpева тестовой заrотовки имеет только
экспериментальное значение); контактный способ проrpева, при
котором тестовая заrотовка является электрическим сопротивлени
ем (применим для выпечки бескорковоrо хлеба).
7. Печи с комбинированным (смешанным) обоrpевом. Для
обоrpева пекарной камеры этих печей используют комбинацию Ka
налов и пароводяных трубок. Этот способ обоrpева нашел широкое
применение в печах с площадью пода 25, 40, 60, 100 м 2 И более. В
топках этих печей возможно сжиrание разнообразноrо топлива.
Возможны и друrие комбинации способов обоrpева. Применение
Toro или иноrо способа обоrpева обусловливается теплотехниче
скими, технолоrическими, конструктивными, технико экономиче
скими и друrими требованиями, предъявляемыми к современным
печным arperaTaM.
Степень механизации пеЧНО20 а2ре2ата. Этот признак клас
сификации описывает: способ перемещения тестовых зarотовок при
расстойке и в пекарной камере; способ посадки на под тестовых за
rOTOBOK; способ выrpузки выпеченной продукции; механизацию и
автоматизацию топочноrо процесса; способ реrулирования тепло
Boro и влажностноrо режима пекарной камеры; автоматизацию
управления ритмом движения конвейера.
По степени механизации все печи можно разделить на сле
дующие классы:
1. Печи со стационарным (неподвижным) подом, при экс
плуатации которых все операции производятся вручную, т. е. эти
печи являются немеханизированными.
2. Печи с простейшей механизацией: с выдвижными подами,
дисковыми вращающимися вручную подами, простейшими pOTOp
ными конвейерами типа беличьеrо колеса и т. п.
3. Печи с конвейерными подами и электроприводом. OCHa
щаются приборами для автоматическоrо управления ритмом дви
жения конвейера, (реле времени) имеют приспособления для Mexa
нической выrpузки rотовой продукции. Посадка тестовых заrотовок
на конвейер производится вручную. Операции топочноrо процесса
на твердом топливе (подача топлива, выrpеб шлака, шуровка и др.)
производятся вручную. При использовании жидкоrо и rазообразно
304
rO топлива упомянутые ручные операции невыплнимыы, печи с Ta
кой степенью механизации называются полуавтоматами.
4. Печные arperaTbI в составе автоматической поточной ли
нии. Конвейерные печные arperaTbI соединены с расстойными arpe
rатами и со всеми друrими машинами и механизмами, расположен
ными перед печным arperaToM и за ним и работающими синхронно.
Не только печной arperaT, но и вся поточная линия оснащена при
борами, механизмами и приспособлениями для автоматическоrо
реrулирования всех процессов и операций, происходящих в потоке:
автоматическая посадка тестовых заrотовок на расстойный конвей
ер, кондиционирование воздуха в расстойной камере, автоматиче
ская надрезка и посадка тестовых заrотовок на печной конвейер,
автоматическое реryлирование подачи пара для увлажнения TeCTO
вых заrотовок, автоматическое реrулирование тепловоrо режима
пекарной камеры.
Тип пекарной камеры. Этот признак классификации обуслов
ливает направление потоков теста, rотовой продукции, форм и т. п.
относительно печноrо arperaTa. Пекарные камеры современных пе
чей бывают двух типов: тупиковые и проходные.
Печи со стационарным или выдвижным подом имеют пекар
ные камеры тупиковоrо типа. Посадка тестовых заrотовок на под и
выrрузка выпеченной продукции производятся через одно и то же
посадочное окно.
В печах с проходной пекарной камерой посадка тестовых за
rOToBoK и выrpузка выпеченной продукции осуществляется через
окна, расположенные с противоположных сторон печи, и при ДBYX
ниточном конвейере образуется наибольшая холостая ветвь, при
мерно равная половине всей ero длины. В печах с пластинчатым,
ленточным или сетчатым конвейером проходная пекарная камера
имеет форму длинноrо тоннеля высотой 300...400 мм; такие печи
называют тоннельными.
Рабочая площадь пода. С целью унификации проектирования
и изrотовления печей, машин, механизмов и приспособлений для
поточных линий, на хлебопекарные печи разработан rосударствен
ный стандарт, в котором rлавным параметром печей принята рабо
чая площадь пода. В соответствии с рядами предпочтительных чи
сел устанавливаются следующие рабочие площади пода: 10, 16,25,
50,80, 100, 125 м 2 .
305
Современная промышленная печь хлебопекарноrо ПРОИЗВОk
ства является сложным arperaToM, состоящим из тепловых, механи
ческих, автоматических и друrих устройств.
Описание элементов и механизмов печноrо arperaTa дано на
примере современной хлебопекарной печи рз ХПА с тупиковой
пекарной камерой, канальным обоrpевом и применением рецирку
ляции продуктов сrорания.
Печь (рис. 3.28) состоит из тупиковой пекарной камеры 3, TO
почноrо устройства 9, трубчатых обоrpевательных каналов: каналов
4 и 5 для обоrpева теста хлеба на верхней ветви 6 конвейера и двух
каналов 12 и 11 для обоrpева теста хлеба на нижней ветви 1 О KOH
вейера.
Внутри пекарной камеры размещены пароувлажнительное
устройство 1 и люлечно подиковый конвейер с верхней ветвью 6 и
нижней 10. Конвейер приводится в движение приводным валом 15,
на котором закреплены ведущие звездочки 14. Натяжение цепей
конвейера осуществляется натяжным валом 7 и ведомыми звездоч
ками 8.
Втулочно роликовые цепи конвейера поддерживаются Bepx
ними 2 и нижними 13 направляющими из уrолковой стали, которые
крепятся к консоли из уrолков. К цепя.м с шаrом звена 140 мм через
каждые три звена шарнирно подвешено 36 люлек длиной 2000 мм и
шириной 350 мм с вкладными подиками нз листовой стали.
Движение конвейера прерывистое, управление продолжи
тельностью останова и пуском конвейера производится при помощи
реле времени. Останов конвейера осуществляется при помощи YCT
ройства,состоящеrо из кулачка, укрепленноrо на валу червячноrо
колеса редуктора. После полноrо оборота колеса кулачок своим BЫ
ступом нажимает на шпиндель концевоrо выключателя, разрывает
цепь и обесточивает катушку маrнитноrо пускателя. Вследствие
этоrо элеКТРОДвиrатель останавливается, и движение конвейера
прекращается.
Электродвиrатель включается при помощи реле времени, по
зволяющеrо реryлировать продолжительность оборота печноrо
конвейера в зависимости от выпекаемоrо ассортимента и массы из
делий.
(1)
:Q
:I: :Е
..Q
::s;:
(1) :z::
'
'1:10
(1)......
е- .,
о g @
ос фf-<J:Q
о , ,
, о о
r-- g&
. Q О
...... >- '1:1
...... (1) :s:
'00..
V):I:t::
':;' I
'<t О
..t::""
"'о......
f-<:i
::;: ,
'" 0'1 :;'
.. о
::s;: t:::t
'"
:I: :I' (1)
o..o
'" t:::t '"
м (1)
.. Q) (1) ::s;:
t:: 3'
--= t:: ' (1) 2
;><:("1:Q(I)
I ..::;:
M o,
= cl. :l t:::t '<t
g """
Q) t"i , .,
r-- t:: oo
'" 00 .,3'
No..@:2
'I:I
-.t' U :I:,::s;: '1:1
О '"
::s;: :z::o..
cl. ;.<
:I:
ri!
N ' ,
.... r:: r:--
о '" ::t::
g. I
U ':>: ("1
,::;;: (1)......
о gj ..
O
u (1)
» ..Q ,::;;:
Q) '1:1 Q)
О f-<
:I: (1) :I:
.... ..Q '1:1 О
о:: gj :.:
Q) ..Q
-.t' f-< :I: '1:1
.... ::s;: ;.<
:I: о.. '1:1
'" (1)
.... '"
'
»1.0
о .,
0..:Q
@ @
, :z:: 307
......
3Об
Печь ХПА 40 (рис. 3.29) имеет тупиковую пекарную камеру,
четырех нитОчный цепной люлечный конвейер 2 и комбинирован
ный обоrpев. К конвейеру подвешено 100 рамочных люлек 1 с ша
rOM 280 мм, шириной 220 мм и длиной 1730 мм. На каждой люльке
размещается 15 типовых хлебных форм. Общая площадь конвейер
Horo люлечноrо пода 38 м 2 .
Конвейерные цепи на rоризонтальных участках движутся по
направляющим из уrолковой стали, укрепленным на боковых CTeH
ках пекарной камеры. На поворотах цепи оrибают промежуточные
звездочки, насажанные на валы, подшипники которых установлены
в наружных нишах боковых стен. Винтовое натяжное устройство
обеспечивает натяжение цепей с учетом их износа и температурно
ro удлинения.
Печной конвейер приводится в движение через вариатор CKO
рост и, при помощи KOToporo длительность выпечки можно реryли
ровать от 40 до 65 мин.
Теплоотдающие каналы расположены внизу камеры (два кир
пичных канала 6) и под ее верхним перекрытием (девять дымоrар
ных труб 4 диаметром 150 мм). В средней части камеры установле
но 11 О нarpевательных трубок 3 в1iвиде четырехрядноrо пучка.
Обоrрев пекарной камеры Qсуществляется системой каналов
и трубками Перкинса. Дымовые rаЗы из топки 5, отдав часть тепло
ты наrpевательным трубкам 3, поступают в каналы 6. Продукты
сrорания обоrpевают топочные концы четырехрядноrо пучка тpy
бок Перкинса; затем они поступают в нижний канал с большим
термическим сопротивлением, состоящий из двух параллельных
rазоходов. Из нижних каналов rазы по двум вертикальным rазохо
дам 7 поступают в канал с малым термическим сопротивлением,
разделенный на два участка: первый вертикальный участок с пло
СКОЙ поверхностью теплообмена из стальноrо листа и второй уча
сток из однорЯдноrо пучка (девяти) дымоrарных труб 4. Охлажден
ные продукты сrорания поступают в rазоходы теплоутилизатора.
6
5
Рис. 3.29. Печь ХПА 40:
1 люльки; 2 люлечный конвейер; 3 наrpeвательные трубки; 4 ДЫMO
rapHble трубы; 5 топка; 6 кирпичный канал; 7 вертикальные rазоходы
Поверхность rорячеrо хлеба перед выходом ero из пекарной
камеры увлажняется водой. С этой целью над нижней ветвью KOH
вейера вблизи посадочнorо фронта установлены водяные, периоди
чески действующие форсунки.
Стенки печи выполнены из кирпича с изоляционными про
слойками.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
выпечки хлебобулочных изделий; знакомство с классификацией
хлебопекарных печей, устройством и принципом их работы; приоб
ретение практических навыков по выполнению расчета хлебопекар
ных печей.
3 а д а н и е: выполнить расчет хлебопекарной печи, если за
даны: ! продолжительность выпечки, мин; gx масса одной бухан
ки хлеба, Kr; w cn упек относительно rорячеrо хлеба, %; t .K
температура переrpетоrо пара, ОС; t т начальная температура Tec
308
309
" о
та, ос; tф температура формы при выходе из печи, с; t 6 темпе
ратура окружающей среды в цехе, ос; 8 толщина стенки, м.
Методика расчета
1 б n.к
Теоретический расход теплоты на выпечку Kr хле а q 1
q;.K =W cп(iп.n iв)+ gKcAiK tт )+(gcoМCcoМ +WхС в Xi K tт ),(3.225)
rде W cn == 8,1 % упек относительно rорячеrо хлеба (тоrда Mac
совая доля влarи, испарившейся на 1 кr хлеба, составит W cп ==
== 0,081 кr на 1 кr rорячеrо хлеба); i n . n энтальпия переrpетоrо пара
при температуре /п.к и атмосферном давлении р == 100 кПа (прил.,
табл. п з.з), i n . K == 2727 кДж!кr; i в знтальпия воды в тесте при TeM
пературе теста t m , Ос, (прил., табл. П 3.4), i в == 125 кДж/кr; gK
содержание корки в 1 кr rорячеrо изделия, gK == 0,2 85 кr/кr; С К
удельная теплоемкость корки, С к == 1,47 кДж!(кr.К); t K средняя
температура корки, Ос, принимается равной среднеариф етичес ой
температур поверхности корки и подкорочноrо слоя, t к == 120 с;
t m температура теста, ОС; gC.M содержание cyxoro вещества мяки
ша в 1 кr хлеба, кr/кr;
Расчет проuзводителыюсти печи. Производительность печ
Horo arperaTa G x , кr/ч, с люлечно подиковым конвейером [29]
G х = 60п лnфg х / r, (3.222)
rде п л количество рабочих люлек конвейера (п л == 36); пф количе
ство форм с хлебом на люльке (пф == 24); gx масса одной буханки
хлеба, кr; r продолжительность выпечки, мин.
Суточная производительность хлебопекарной печи П суm .
кr/сутки,
П суm == 23П ч , (3.223)
rде 23 время работы печи в сутки, ч.
Расчет тепловО20 БШlallса nекаР1l0Й камеры. Уравнение теп
ловоrо баланса пекарной камеры для непрерывноработающей печи
имеет следующий вид:
qп.K == q;.K + q;.K + q;.K + q:}.K + qS.K + q .K + q9. K + q;.K, (3.224)
rде q;.K теоретический расход теплоты на выпечку 1 Kr хлеба (по
лезная теплота), кДж!кr; q;.K теплота на переrpев пара, подавае
Moro для увлажнения среды пекарной камеры и тестовых заrотовок,
кДж! n.к
Kr; qз расход теплоты на HarpeB вентиляционноrо воздуха,
кДж!кr; q:}X расход теплоты на HarpeB транспортных устройств,
кДж!кr; qS.K потери теплоты в окружающую среду через оrpаж
дения пекарной камеры, кДж!кr; q X потери теплоты через НИЖ
кДж! n.к
нюю стенку пекарнои камеры, кr; q7 потери теплоты излу
чением через посадочное окно пекарной камеры в окружающую
среду, кДж/кr; q;.K расход теплоты на аккумуляцию, кДж/кr.
gC.M = 1 (gK + W x ), (3.226)
W x содержание влаrи в 1 кr хлеба в момент выхода ero из пекарной
камеры, кr влаrи на 1 Kr rорячеrо хлеба, W x == 0,45 Kr/Kr; С С . М удель
ная теплоемкость cyxoro вещества мякиша хлеба, С к == С С . М == ==
1,47 кДж!(кr.К); Св удельная теплоемкость воды, Св ==
== 4,187 кДж/(кr.К); t M средняя температура мякиша rорячеrо хлеба,
( м == 98 Ос.
Расчет теплоты на переrpев пара, подаваемоrо для увлажне
ния среды пекарной камеры и тестовых заrотовок q ;.к ,
q/.K = ип.п iн)D n , (3.227)
rде i H энтальпия насыщенноrо пара при давлении перед пароув
лажнительным устройством р] == 120 кПа и степени сухости пара х ==
0,9, по таблице водяноrо пара в состоянии насыщения (прил., табл.
П 3.4) находим;' == 439 кДж!кr; i H вычисляем по формуле
i H = ;' + xr, (3.228)
i n . n определяем при t'n.K == 125 ОС ир == 100 кПа (прил., табл. П 3.3),
i n . n == 2727 кДж!кr; D n ., массовая доля насыщенноrо пара, посту
пающеrо в пекарную камеру на 1 Kr rорячеrо хлеба, D n == 0,09 кr/кr.
n.к
Расход теплоты на HarpeB вентиляционноrо воздуха qз
q/.K = (W'ucn + D,JCp(t'n.K t в )/( d'n.K d в ),
(3.229)
310
311
r e С р массовая удельная теплоемкость воздуха, С р == 1,005 кДж/кr;
d п.к влаrосодержание rорячеrо влажноrо воздуха в сечении поса
дочноrо окна на выходе из пекарной камеры, кr на 1 Kr cyxoro воз
, о I
духа, при ({Jn.K == 40 % и t n . K == 125 С d n . K == 0,421 кr/кr (см. прил.,
табл. П 3.5); в влаrосодержание воздуха, при ({Jв == 70 % и темпера
туре t в == 25 С d в == 0,0142 кr на 1 кr cyxoro воздуха (см. прил.,
табл. П 3.5).
Расход теплоты на HarpeB транспортных устройст-в q:;oK OT
сутствует, т. к. конвейер печи не выходит за пределы пекарной Ka
меры. Потеря теплоты будет происходить только при охлаждении
форм, выходящих из печи,
n.к N I
q4 = gмфСм(t ф t фУ, (3.230)
rде gм.ф масса металла форм, приходящаяся на 1 кr хлеба, gм.ф ==
== 0,61 Kr/кr; СМ удельная теплоемкость стали, С М == 0,462 кДж/(кr.К);
{ф температура формы при выходе из печи, (ф == 166 ОС; t'ф TeM
пература формы при входе в пекарную камеру, t'ф == 30 ОС.
Потери теплоты оrpаждениями пекарной камеры qsoK
qsn.K = 3,6Qo.c /Gx, (3.231)
rде G x производительность печи, кr/ч; Qo.c потеря теплоты оrpаж
дениями пекарной камеры в окружающую среду, Вт,
Qo.c = aJn(tn t в ) + C o t: n fn[(O,OlT n / (O,OlT cm iJ, (3.232)
rде СО == 5,67.10.8 вт/(м 2 .к 4 ) постоянная Стефана Больцмана.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией а к , вт/(м 2 .к), от по
верхности стенок пекарной камеры в окружающую среду
Nu == C(GrPrY. (3.233)
При теплоотдаче от вертикальных стенок в качестве опреде
ляющеrо размера принимается высота h j боковых стенок (рис. 3.30).
Температура среды t в является опредеЛЯlQщей. Средняя TeM
пература поверхности оrpаждекий t n == 40 ос. Средняя температура
стен помещения t cm принимается равной температуре воздуха в по
мещении t в .
При t в для воздуха находим (прил., табл. П 3.6) следующие
теплофизические характеристики: кинематическую вязкость У, м 2 /с;
коэффициент теплопроводности A-j, Вт/(м.К); число Прандтля Pr.
Коэффициент объемноrо расширения воздуха
f3 = 1/(273 + t в ). (3.234)
1'0..
<"';
/} 7,76м
о
,
Ь z ==ЗО5м
<"t)
с::::.
11
.
-
Ь2 =2,3
..,
-1::
Рис. 3.30. Расчетная схема печи РЗ ХПА
Число rрасrофа
Gr = gf3.t1th 3 /V.
Вычислим произведение
(3.235)
GrPr. (3.236)
При GrPr> 109 (турбулентный режим)
Nu = О,15(GrРrР.з з . (3.237)
Отсюда коэффициент теплоотдачи конвекцией а", вт/(м 2 .к),
а" = NuA-j/h. (3.238)
Для rоризонтальной поверхности оrpаждения печи
а шр = 1,3a. (3.239)
2
ПЛощадь вертикальных поверхностеи оrpаждения, м , COCTaB
ляет (см. рис. 3.30): h z = 2,7 м; h 2 == 1,8 м; l} == 7,76 м; 12 == 5,26 м; 13
== 2,5 м; Ь } == 3,05 м,
F б = Р} + Р 2 + 2F з , (3.240)
rде Р} площадь переднеrо вертикальноrо оrpаждения пекарной
2
камеры, м ,
Р } = hjb z , (3.241)
Р 2 площадь заднеrо вертикальноrо оrpаждения пекарной камеры,
м 2
,
Р 2 = h 2 b j , (3.242)
Р3 площадь вертикальноrо оrpаждения боковой стенки пекарной
2
камеры, м ,
Р3 = h j l з + h 2 1 2 . (3.243)
ПЛощадь верхиеrо rоризонтальноrо оrpаждения пекарной Ka
2
меры, м ,
F zop = ljb j .
(3.244)
312
313
Потеря теплоты пекарной камеры вертикальными поверхно
стями, Вт,
Qoc.B = aJ"(t,, t B ) + С о Еп.!,,[(О,ОlТ,,/ (O,OlT cт /J. (3.245)
Потеря теплоты пекарной камеры верхней rоризонтальной
поверхностью оrpаждения, ВТ,
QO.C.2 = aJit" t в ) + С о Еп.!,,[(О,ОlТ,,/ (O,OlT cm /J. (3.246)
Общая потеря теплоты оrpаждениями Qo.c, Вт,
Qo.c = Qo.c.B + Qo.c.z. (3.247)
Определяем потерю теплоты через нижнюю стенку пекарной
камеры. Про изводим расчет участка стенки длиной 14 == 4,41 м (см.
рис. 3.30), в котором отсутствуют rазоходы и дрyrие тепловыде
ляющие устройства,
q/K = 3,6Q".JG x , (3.248)
Q".c = ()..2/8)J,..c(t cm t"ол), (3.249)
[де Q".c потеря теплоты пекарной камеры через нижнюю стенку
печи, Вт; )..2 коэффициент теплопроводности изоляционноrо Maтe
риала (шлаковая вата),)..2 == 0,086 Вт/(м.К); 8 толщина стенки, M;J,..c
2
площадь поверхности нижнеи стенки, м , через которую теряется
теплота пекарной камеры.
J 00 200 300 400
Рис. 3.31. HOMorpaMMa для определе
ния yrловоrо коэффициента излуче
ния для посадочноrо и разrpузочноrо
окон пекарной камеры
314
Q == C o E/ q ,[(O,OlT IIK / (O,01Tcm/J, (3.252)
rде Е == 1 коэффициент тепловоrо излучения отверстия, q> Уi'ЛОВОЙ
коэффициент (рис. 3.31); Т пК средняя температура пекарной KaMe
ры,К,
t"K := (t"K]+ t"x2)12, (3.253)
Тет температура стен в печном зале, принимается равной темпера
туре воздуха ( в , ос.
Печь рассчитывается для непрерывнои работы и при YCTaHO
вившемся тепловом режиме, поэтому q8".K == о.
Тепловой поток от системы обоrpева в пекарную камеру, ВТ,
Q"K := q"Дх/3,6. (3.254)
Технолоrический КПД пекарной камеры, %,
1]111{ = (q/,.K/ q".K)lOO.
(3.255)
Порядок оформления отчета
/".с = 1 4 Ь], (3.250)
[де ( ст температура стенки со
стороны передней камеры,
принимаем равной темпера
туре среды в нижней зоне
печи, t cm == == 175 ОС; t"ол TeM
пература пола, t"ол == 20 Ос.
Находим потери теплоты
излучением через посадочное
окно печи размерами h] ==
== 0,23 м, Ь 2 == 2,3 м (см. рис.
3.30).
Площадь окна f, м 2 ,
f = h]b 2 . (3.251)
Тепловой поток через
окно можно определить по
формуле
Отчет о расчеТIю проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и ВКJIючает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются основы процесса
выпечки хлебобулочных изделий и КJIaссификация хлебопекарных
печей;
расчетную часть, в которой описываются расчеты хлебопе
карной печи по предлаrаемому варианту (табл. 3.26), ее KOHCТPYK
ция и принцип действия;
rpафическую часть, в которой дается чертеж печи ХПААО и
спецификация к ней.
Контрольные вопросы
1. Какие виды хлебопекарных печей известны?
2. Каковы основные недостатки и преимущества хлебопекар
ных печей?
3. Каковы основные направления повышения тепловой эф
фективности хлебопекарных печей?
4. Каковы устройство и принцип действия хлебопекарной пе
чи ХПА 40?
5. В чем заключается сущность процесса выпечки хлеба? Ka
кие изменения при этом происходят в тестовой заrотовке?
315
6. Какие виды теплообмена имеют место в печах? OxapaKTe
ризуйте их.
7. Какова механика движения rазов в печах?
8. Каковы основные требования к конструктивному оформ
лению пекарной камеры?
9. В чем заключается сущность тепловоrо расчета пекарной
камеры печи?
316
I.D
с"'!
(")
::f
::s::
\о
Е--<
'::s::
::s::
:I:
.
м
:а
:I:
..1:1
@
>.
Q:I
::s::
:I:
::s::
:а
f-<
:I:
::s::
р..
U 0'1 О ...... N ("1 '<t lrJ I.D 1'-- 00 1.0 1'-- 1.0 v1 '<t ("1 N
....0 ...... N N N N N N N N N N N ('"'1 N N N N
("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О ..... ...... N ("1 '<t ("1 '<t lrJ 1.0
GO ;;;; 00 00 00 00 00 00 00 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 00 00 00 00
о о о о о о о о о о о о о о о о о
:cU ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 00 1'-- 1.0 lrJ '<t ("1 N '<t
N N N N N N N N N N N N N N N N N
..jO ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ...... ..... ...... ...... ...... ......
: U '<t ("1 N ...... О 0'1 00 r-- 0'1 О ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'--
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 lrJ lrJ lrJ lrJ 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
.:!?О ...... ...... ...... ..... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
J5;) ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О ..... N О 0'1 0'1 00 00 1'-- 1.0
N N N N N N N ("1 ("1 ("1 N N N N N N
'., ...... о 0'1 00 1'-- 1.0 1'-- 00 0'1 q ...... N r-'l о ...... N
" 00 r-: r-: r-: r-: r-: r-: r-: 00 r-: 00 00 00
. " 00 00 00 00
:I: 00 ...... о 0'1 !;t lrJ '<t N О '<t ("1 N ......
::s;: '<t lrJ lrJ lrJ '<t lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
;;;;
'"' 1.0 lrJ ("1 О. 00 1.0 lrJ О. 00 1.0 lrJ ("1 О. 00 1.0 lrJ
(>():<: О О о ...... о о о о ..... о о а о ...... о о о
'"
p..f-<
(1) :з:: о '<t IrJI.O 1'--
;;;; '" ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 ...... N ("1
О ::s;: ...... ...... ..... ...... ...... ..... ...... .....
:r: @'
'1:1
317
318
1.0
f'.!
м
5;) ("1 '<t lrJ lrJ '<t1.O r-- 00
('"'1 ('"'1 N ('"'1 NN N N
1'-- 00 0'1 О ...... ..... N ("1
r-<:5' 00 00 00 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
О О о о о о о о
' u lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О ...... N
N N N ('"'1 N ("1 ("1 ("1
....:'0 ...... ...... ...... ..... ...... ..... ...... ......
" u 00 0'1 О ...... 00 1'-- 1.0 lrJ
o 1.0 1.0 1'-- 1'-- 1.0 1.0 1.0 1.0
..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ......
J 1.0 0'1 0'1 О О ..... ...... N
N N N ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
'" '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О. N.
"
" r-: r-: r-: r-: r-: r-: 00 00
t-r о о ...... N ("1 '<t lrJ
lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ
!2 ("1 о. 00 1.0 lrJ ("1 О. 00
о ...... о о о о ...... о
'"
p..f-<
(1) 00 0'1 О ...... N ("1 '<t lrJ
::g ::s;:
о о.. ...... N N N N N N
:r: '"
'1:1
Овощи обжаривают в специальных аппаратах, в которых
промежуточным теплоносителем, контактирующим с продуктом,
является растительный или животный жир. В свою очередь жир pa
зоrревается паром. Обработка ведется при сравнительно высокой
температуре 120...160 ос. В продукте под действием теплоты про
текает ряд связанных между собой физических и физико
химических процессов, в результате чеrо происходят выделение и
удаление части влаrи, впитывание масла, объемная усадка продук
та, выделение rазов, повышение давления внутри образцов, увели
чение пористости, а также изменение плотности и теплоемкости
продукта [37].
Скорость протекающих в продукте процессов зависит от фор
мы и размера кусочков продукта, температуры масла, условий теп
лообмена между маслом и продуктом и друrих факторов.
Процесс обжаривания можно разделить на два периода тепло
и массообмена.
В первый период температура в продукте постепенно повы
шается от поверхньстных слоев к центральным до 96...99 ос. В этот
период влаrа движется как наружу в виде пара и жидкости, так и к
центру в виде жидкости. Скорость удаления влаrи в первый период
постоянна, но величина ее зависит от условий теплообмена.
Во второй период температура в каждом слое образца OCTaeT
ся некоторое время постоянной и равной 96...99 ос; затем при дoc
тижении влаrосодержания в продукте 200...300 % к абсолютно cy
хому веществу (начиная с наружноrо слоя) температура постепенно
повышается, приближаясь к температуре масла. В этот период про
ИСХОДЯт rлубокие химические процессы, в результате которых обра
зуются вещества, характеризующие вкус и запах обжаренноrо про
дукта.
При обжаривании овощей удаляется rлавным образом CBO
бодная влarа, выделившаяся из клеток после их плазмолиза под
действием высокой температуры. Максимальное количество влаrи
(примерно 30...35 % общей массы влаrи) удаляется в первый пери
од, т. е. в период наrpевания кусочков продукта. Удаление из про
319
РПР N!! 2. РАСЧЕТ ОБЖАРОЧНОЙ ПЕЧИ
\о
f-<
CI)
::s::
::t::
:r
::t::
о
:.:
О
Теоретическая часть
дукта влаrи наружу происходит в основном под действием rpадиен
та общеrо давления. При этом в первый период обжаривания дви
жение влаrи наружу несколько тормозится из за движения части
жидкости к центру образца под действием rpадиента температуры.
С повышением температуры масла скорость удаления влаrи из
овощей увеличивается.
Паромасляная эмульсия, образующаяся в результате испаре
ния влаrи из продукта, имеет тенденцию перемещаться со значи
тельной скоростью к поверхности зеркала масла. Блarодаря разно
сти плотностей эмульсии в сетке и масла в межсеточных простран
ствах эта тенденция усиливается.
По достижении пузырьками пара BepxHero уровня масла они
прорываются в атмосферу. Масло, температура KOToporo меньше,
чем в нижних слоях, движется между сетками вниз к наrpеватель
ной камере. Таким образом, за счет конвективных токов и движения
паромасляной эмульсии в печи создаются высокие скорости движе
ния масла. Блаrодаря этому вблизи поверхности HarpeBa возникает
турбулентный rидродинамический режим.
В первый период обжаривания интенсивность теплообмена
определяется коэффициентом теплоотдачи от масла к продукту пу
тем конвекции. Во второй период из за образовавшейся корочки,
имеющей на поверхности температуру, близкую к температуре Mac
ла, интенсивность теплообмена определяется уже коэффициентом
теплопроводности корочки и ее толщиной, т. К. теплота передается
в толщу продукта rлавным образом путем теплопроводности.
При установившемся режиме работы обжарочноrо аппарата
количество теплоты, воспринятое маслом от rpеющеrо пара, равно
количеству теплоты, затраченному на весь процесс обжаривания и
потери.
В начале печи, rде происходит заrpузка холодноrо свежеrо
продукта, теплота воспринимается продуктом интенсивнее, чем в
конце печи. Равновесная температура масла по длине печи неодина
кова. Теплопоток от масла к продукту зависит от физическоrо co
стояния последнеrо.
В первый период коэффициент теплоотдачи определяется
конвекцией, во второй период в связи с образованием поджаренной
корочки на поверхности продукта интенсивность теплообмена KO
эффициентом теплопроводности корочки и ее толщиной [37].
При равновесии процесса, коrда теплота, поступившая от па
ра к маслу, равна теплоте, отданной маслом продукту, интенсив
ность теплообмена можно описать следующими зависимостями:
для первоrо периода
kF-r(tn tM )(3=аз F nр -r(t м tnp); (3.256)
для BToporo периода
kF-r(tn t м )(3 = А к Р пр -r(t м t ucп ),
дк
те k коэффициент теплопередачи, вт/(м 2 . о с); F площадь по
верхности HarpeBa, м 2 ; -r продолжительность теплообмена, с; t ll
и t M соответственно температуры пара и масла, ос; (3 коэффици
ент, учитывающий теплоту, воспринятую продуктом «(3 = 0,6..;0,7);
аз коэффициент теплоотдачи от масла к продукту, Вт/(м .ОС);
Р пр площадь поверхности продукта, соприкасающаяся с маслом,
м 2 . t температура поверхности продукта, ос; А к - коэффициент
, пр 2
теплопроводности корочки продукта, Вт/(м .ОС); дк толщина KO
рочки продукта, м; t ucn температура испарения влarи в про
дукте, ос (t uCll == 100 ос).
Анализ уравнений (3.256) и (3.257) показывает, что скорость
движения масла вдоль поверхности продукта интенсифицирует теп
лообмен только в первый период обжаривания, коrда еще нет KO
рочки и передача теплоты осуществляется rлавныМ образом KOH
векцией, а испарение влаrи происходит в поверхностных слоях про
дукта. Во второй период, коrда образуется корочка, представляю
щая собой значительное термическое сопротивление, скорость Mac
ла вдоль поверхности продукта очень мало влияет на интенсивность
теплообмена.
Продолжительность обжаривания овощей зависит от мноrих
факторов и прежде Bcero от вида овощей, степени измельчения
(размеров кусочков), температуры масла, способа обжаривания, Ha
чальноrо и конечноrо влаrосодержания продукта, скорости удале
ния влаrи, толщины корочки и др.
Обжарочные печи MOryт работать при атмосферном давлении,
коrда температура испарения влarи из продукта близка к 100 ос, и
под вакуумом, коrда температура испарения соответствует разре
жению в аппарате и равна примерно 55...60 ос. В обоих случаях
(3.257)
320
321
температура масла достиrает 120...140 ос. Как видно, при обжари )1 I U
О Ф 19 ;
вании под вакуумом разность между температурами масла и про IIQ О ..Q U
U 01:::
дукта будет более высокой и, следовательно, влаrа будет испаряться 1:' tr'
:.: ..,
более интенсивно. о g s1 0..., U
\о U IIQ U
" О 9E 8.
В зависимости от вида теплонос теля различают печи с об t: f-< (.Q
жариванием в масле, в потоке rорячеrо rаза (воздуха), под воздей :.: t>:
U t2 1:::
U
ствием инфракрасных лучей (рис. 3.32). Широко распространены 61 u
печи, в которых обжаривание осуществ:Ляется в rорячем масле. :s: "'f
:Q ..,
(:Q \::\
В печах с паровыМ обоrpевом используют водяной пар давле U U
1::: I::: О
с'1 )1 '"' <") ::Е
ни ем 0,13...1,2 МПа, который подводят в наrpевательные камеры U
U 19 u U
(.Q
трубчатые теплообменники. Наrpевательная камера расположена в u :s:
ванне печи и поrpужена в масло, пар конденсируется внутри тpy )1 ':s:
3'.., u (1)
бок. Трубки располаrают в один или два ряда по высоте, чаще Bcero I tj tr'
IIQ IIQ (1)
gu t:
их сплющивают (овальный вид) и устанавливают по длине ванны u ;i
! u i3 :Q
или по ее ширине (реже). Наrpевательная камера в некоторых слу )1 u
:s: "'f :I:
О !iE .., tr'
чаях выносится за -пределы ванны; такую печь называют печью с IIQ IIQ U 1::: <") О
:s: U U О s g.
tr' f' ::E о
выносной наrpевательной камерой: внутри трубок движется масло, о U !iE
\о <") :s: ф
а снаружи находится пар. о о
Различают обжарочные печи немеханизированные и механи tr' I U I gj
о .., ::r
о. IIQ ! IIQ U ..,
зированные; в последних поток продукта непрерывно перемещается .., о U,:s: :.:
1:'0 :s: :s:
через обжарочную печь при помощи транспортера со съемными или .., 0&
U IIQ t23'
о tj о )1 :s:
несъемными сетками, с поперечными планками либо ленточноrо u ':s: u
:з:: )1 >- u
:.:
транспортера (сетчатая металлическая лента). <") u
,:s: ,4 d3
u
В механизированных печах сетJШ во время обжаривания про o.. о N
о ..Q U (")
... 1:::
дукта находятся в rори;30НТальном положении, во время выrpузки ("1
в наклонном. К цепям транспортноrо устройства сетки прикрепле U О u
е ! )1 :s:
ны шарнирно или на захватах таким образом, чтобы центр их тяже 8 u
"
сти был расположен ниже места прикрепления сетки к цепям. о !3E I
IIQ ..,
Все транспортные устройства механизированных печей дви U IIQ
f' U,:S:
жутся со скоростью примерно 0,4...0,8 м/мин. Такая низкая CKO S f'O
U О 3'
рость обусловлена продолжительностью обжаривания и длиной о ! >Cs:
8 О:':
ванны. '1:1 :s:,:s:
Механизированные обжарочные печи бывают также и с охла !i!
f-< 0....Q
дителями продукта. Охлаждение продукта достиrается при обдува о
u 8 "'f
О
pi о U
g,!
'88
g
323
322
нии ero холодным воздухом (воздушное охлаждение), поrpужении в
холодное масло (масляное охлаждение) и при самоиспарении в Ba
KYYM KaMepax (вакуумное охлаждение).
Механизированная паромасляная печь АПМП l (рис. 3.33)
пред азначена для обжаривания в растительном масле овощей в
непрерывном режиме, основные узлы: ванна 3, транспортер 1, BЫ
тяжное устройство 4, привод 2 и элеватор 5.
Ванна представляет собой сварную конструкцию и разделена
переrородкой на два отсека: в первом (по ходу продукта) размеще
ны две наrpевательные камеры, каждая из которых имеет три ряда
трубок по высоте ванны, во втором две двухрядные нarpеватель
ные камеры, поднятые относительно наrpевательных камер первоrо
отсека на 50 мм.
Масло отделено от днища ванны водяной подушкой. Во из
бежание переrpева воды при работе в условиях постоянной водяной
подушки под нarpевательными камерами установлены трубчатые
охладители. Транспортер представляет собой бесконечное полотно,
собранное из ковшей.
Со стороны заrpузки сырья размещена натяжная станция. Над
ванной печи устанавливается вытяжное устройство. Транспорти
рующая лента печи вносит продукт в ванну, rде происходит ero об
жаривание в масле при температуре 120...160 ос. Обжаренный про
дукт выносится лентой из ванны и выrpужается в месте оrибания
ею приводной звездочки.
Расчетная часть
i'
Ц е л ь р а б о т ы: знакомство с классификацией обжароч
ных печей, изучение их устройства и принципа действия; приобре
тение практических навыков по расчету обжарочных печей.
3 а Д а н и е: выполнить расчет обжарочной печи, если заданы:
производительность печи G, кr/c; вид обрабатываемоrо продукта;
способ HarpeBa масла; диаметр нихромовой проволоки d, мм; cpeд
няя температура активноrо слоя масла t2, ос; масса продукта в oд
ной сетке G пp , кr.
1
J
Afетодика расчета
Рис. 3.33. Паромасляная печь АПМП I:
1 транспортер; 2 привод; 3 ванна; 4 вытяжное устройство;
5 элеватор
Расчет теплоты в обжарочных печах складывается из отдель
ных статей. Расход теплоты на HarpeB продукта, Дж/с,
Qz == Gc( (4 t 3 ), (3.258)
rде G производительность печи по сырью, Kr/c; с удельная тепло
емкость продукта, кДж/(кr.К) (табл. 3.27); tз и t4 начальная и KO
нечная температура продукта, ос (tз == 18...23 ос; (4 == t2 (4...7) ос).
Расход теплоты на испарение влarи при обжаривании, Дж/с,
Q2 ==Of)1GX u r, (3.259)
rде хu истинный процент ужарки, %; r теплота испарения, Дж/кr
(r == 2130 кДж/кr).
Разделение ванны на два отсека со ступенчатым размещением
наrpевательных камер обеспечивает сокращение количества масла,
а распределение поверхности HarpeBa по длине (65 % в первом OT
секе и 35 % во втором) равномерную температуру ero, что способ
ствует более качественному обжариванию продукта.
324
325
н т а б л и ц а 3.27
екоторые характеристики обрабатываемоrо сырья
rде k == 1900 вт/(м 2 .к) коэффициент теплопередачи; t n температу
ра rpеющеrо пара (tn == 145 ОС).
Наrpевание масла в обжарочной печи может осуществляться
либо за счет электроподоrpева, либо за счет паровоrо подоrpева.
При паровом подоrpеве расход пара, кт/с,
D n == Qобщ /(i i k ), (3.265)
rде i и i K энтальпия пара и конденсата, Дж/кт.
При электроподоrpеве необходимо выполнить расчет элек
трических наrpевателей для определения тепловой энерrии, необхо
димой для процесса обжаривания.
Промышленный трехфазный ток и == 380 В дает и ф == 220 В.
Сила тока в каждом из трех сопротивлений 1 ф, А,
1 Ф == Qобщ / зu ф' (3.266)
ила тока в каждом из проводников, создающИх общую фазо
вую наrpузку, должна обеспечивать HarpeB проводников нихромо
вой спирали до определенной температуры. В зависимости от
диаметра нихромовой проволоки и температуры ее HarpeBa выбира
ем силу тока i n (табл. 3.28).
Число параллельных проводников спиралей п, приходящихся
на каждую фазу, шт.,
п == 1 Ф /i n . (3.267)
Сопротивление каждоrо из проводников R n , Ом,
R n == U Ф /i n . (3.268)
Длина нихромовоrо проводника ln, м,
ln == RnS / р, (3.269)
rде R n сопротивление проводника, Ом; S площадь поперечноrо
сечения проводника, м 2 ; р удельное сопротивление проводника
(нихромовой проволоки), Ом,м (р == 1.10.6 Ом. м).
Полная длина нихромовой проволоки данноrо сечения, м,
L == 3nl n . (3.270)
Наименование Удельная Истинный про Расход масла
продукта теплоемкость с, цент ужарки Х и , на обжарива
кДж/(кr.К) % ине М, %
Лук 3,820 64 18,25
Морковь 3,870 56 23,56
Баклажаны 3,119 41,0...53,5 19,48
Кабачки 3,401 42,0...44,0 20,01
Рыба 3,400...3,680 50,0...55,0 16,25
Картофель 3,515 31,5 31,50
Свекла 3,900 33,00 33,00
Расход теплоты на HarpeB сеток, Дж/с,
Qз ==G/GnpGKCj (t2 to), (3.260)
rде G np масса продукта в одной сетке, кт; G K масса одной сетки
(G к == 3...6 Kr); С[ == 0,482 кДж/(кт.К) удельная теплоемкость стали
,
кДж/(кr.К); t2 средняя температура активноrо слоя масла, ос, ( о
начальная температура сеток, ос (to == 20...23 ОС). '
Расход теплоты на HarpeB доливаемоrо масла, Дж/с,
Q4 ==Of)J GMc 2 ((2 t1), (3.261)
rде М расход масла на обжаривание сырья, % к массе сырья; С2
удельная еплоемкость масла, кДж/(кт.К); ([ начальная температу .
ра масла, С (to == t[).
Расход теплоты на HarpeB охлаждающей воды, Дж/с,
Q5 == GсвВ (t6 t5 ), (3.262)
: Св удель ая теплоемкость воды, Дж/(кт.К); В удельный расход
аждающеи воды, Kr на 1 кт сырья; (5 И t6 начальная и конечная
температура охлаждающей воды, ос (t5 == 16...18 ОС; t6 == 50...60 ОС).
Потери теплоты в окружающую среду путем конвекции и лу
чеиспускан Q6, Дж/с, составляют 8 % от общеrо расхода теплоты.
Общии расход теплоты, Дж/с,
Qобщ == Q1 + Q2 + Qз + Q4 + Q5 + Q6 . (3.263)
Площадь поверхности HarpeBa печи, м 2 , по которому YCTaHaв
ливают размеры наrpевательной камеры
F == Qобщ / k( t n t2 ), (3.264)
326
327
328
00
N
("1
::f
::s::
\о
Е--<
::s::
:.:
о
о
Q:I
О
р..
1::
'::s::
о
Q:I
О
:?J
о
р..
::s::
:I:
:.:
о
f-<
:.:
м
>.
р..
::r:
8 8 8 a
O'IОN or)r-:oi"""("1оо оо("1NООr-:r-:
'I"""""I'f"'"""'I'f"'"""'II"""""I N('fj""=t''''OOI''''''''''l","",
Порядок оформления отчета
8 ......0001rJ 1rJ1rJ 0000000000
1': r--. О '<t О 1'-- ч """. . 1': 1.0 0'1 '<t О О
ООО.....N or)r-:ООО'<tN'<tООor)r-: ..оoi
'f"'"""'I'I"""""I'f"'"""'II"""""I'I"""""IN("f")I.r)\C)C\1"""""I
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса обжарки, классификация обжарочных печей, а
также требования, предъявляемые к ним;
расчетную часть, в которой приводится расчет обжарочной
печи по предлаrаемому варианту (табл. 3.29), описание ее KOHCT
рукции и принципа действия;
rpафическую часть, в которой дается чертеж обжарочной
печи и спецификация к ней.
0(''11rJ00 001rJ'<t 01rJ000 8 000
01'-- '<tIrJООNОN"":, 1.000'l("1 OO
1'--О":N ..,f..оr-:oiN"""N..о":N..,fr-:..о
u .......................N("1'<t oo.....
о
r.i
0 00000'<t1rJ 0 2000000
EO ("1...... N'<tI.OO'I ' ,, I.OI.OO'IONN
l.Oо..:NМ..,for)..о °oiОМоо r-:oi..,fоо
..... ..................N("1'<tr--O'I
t::
;:g
8
1rJ
t::
'
.;;;:;
:.:
м
1'--900N IrJОООО ОООООО
1rJ,,0'I1'--1.01.01'--0'I("1......("1 ,......01rJ......1rJ0О
O..:..:N ..,for)"Ooioooi..:"O..,fNN ..,;
............N("1'<tl.Ooo
Контрольные вопросы
000 0 ("1 1rJ0000000000000
'<t 1.O("1......00'l000000000("1r--0'Ir--0("1
O":":N("1..,f..,for)r-:..оr-:oi Мoi ..о..,fм":
............N("1IrJ1'--
1. В каких отраслях пищевой промышленности и с какой цe
лью используется обжаривание?
2. Какие изменения происходят в картофеле в процесс е обжа
ривания?
3. Каково устройство и принцип действия механизированной
паромасляной обжарочной печи?
4. Из каких основных статей складывается расход теплоты
в обжарочных печах?
5. Каковы основные недостатки обжарочных печей?
6. Какие виды обжарочных печей известны?
7. Из каких основных периодов складывается процесс обжа
ривания? Охарактеризуйте их.
йОI.ON IrJОООIrJООООООООООО
0("100("10'1'<t01rJr--......1'--0'I00'l............1rJ r--
("1oo":":NMM..,fIrJ..,for)oo°..oNooMr-:
............NN'<t1rJ
0 0 0 0 0001rJ000000000 8
О '1- . lrJ 0'1 '<t О lrJ 1'-- ...... 1'-- 0'1 О 0'1 '<t N N
Noo":":":N("1M..,f..,f..,for)oo,,:..o": M
.............N("1'<t
8 8
......oooo..................N("1N("1..,for)r-:S
'"
:I: ;:g
(1) ::;;
:r . lrJ
8 Ь S...... 1'--I.O
..Q00("1 00 r--NO'IооООООО("10о.....G'<t 1.00'I
а q . ........ , N. "l 1': "!, r--. ("1. 1'-- ...... 0'1 О "l q
'I:IОоооооооооО........:("1..,fr-:NОО
с> 1"""""1 1"""""1
8 g
t::
::;;
::;;
!3' ::s;:.
S :if g 8S9° 8 ° 88 °
'v . . . . . . . . .. , 1rJ 00
::s;:oOOOOOOOOO.............:..:NNM..,f..,f
1:::['1:1
t::
329
330
0'\
с"!
м
::f
::s::
\о
Е---<
I
,::;;: 12
t:::t о '
0:I:
@'ае,:,
'1:1
:::Е U
о..
(1)
t::
::;;
(1)
Е---<
'"
U
::g с>
о
u
'::s::
::s::
:I:
м
:а
:I:
,.Q
@
>.
::s::
Q:I
::s::
:I:
::s::
:а
f-<
:I:
::s::
р..
::s:
:I: '::;;: ::s::
cl. g :.:
f-< о О '"
(1) '"
::;; " о ::g
'" cl. '1:1
::S;: >( о
1::[ g.
ф '"
8
g
u :I: ::;;
I
.
5е,:,
!s: 51
t:::t (1) u
о t::]
1з
::S;: U
О о
б:I:
I
'"
о..
ф
о
t:Q
о
::;; :.:
'1:1 О
@'
ф е
'"
g.!i;
;:g
о ::S;:
:r:
'1:1
1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1.01.01.01.01.O 1.01.0 1'--r--r--
00000000000000000
O'<tOON'<tOONI.OO'<tOOI.ONOO'<tOI.O
("1("1("1'<t'<t'<tV100I.OIrJIrJ1'--1rJ1rJ1rJ1.01rJ
I I j I I I
00 8 00000 8 0
.000'1 ......NIrJOIrJ о
OO....:;........:..:NNM..,;
'::;;:
о (1)
'1:1 :Ei
S о
E---<
'::;;:
::S;:
:.:
u
(1) (1)
:>' :Ei
S. о
!;;Е---<
(1)
......N("1'<tOI.OIrJ'<t......N("1.....IrJ......N("1'<t
1rJ1rJ1rJ1rJ......1rJ1rJ1rJV11rJ1rJ......1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ
00000000000000000
:Q
:I:
'1:1 "'::;;: '1:1
.Ь :.:g.Q Ф9 :.:g
'" ... '1:1
t=:::::E ::.:: ::.::ut=:::::E
......N("1'<tIrJI.01'--ООO'lS
:Q
::S;:
::.::
:Q
5
'
'" f-<:': ,,
18 o
::.::ut=:::::E
......N("1'<tIrJI.Or--
....... ....... ....... ....... ......... ......... .........
0'1 12
с"! >. '::;;:
м t:::t О '
О:Ж:
tO @'ge,:,
'" '1:1 (1)
f-< u :.:
u f-<
CI) '" f-< (1)
::s:: :::Е U
:I:
:r '"
:I:
О
:.:
О u
о.. ::;; с>
(1)
t::
::;; о
(1) U
Е---<
::s:
:I: '13
6
.
1::[
000000000000000'1
0'0000000
......("1 1rJ1'--0'I......("11rJ
1.O'<t'<t'<t1'--1rJ1rJ1rJ
.............................................................1""""'4
::S;:
:.:
о
о
'1:1
О
cl.
t::
",0000000 8
("1 1rJ1.01'--0О0'l
;:g0000000":
ф '"
о '1:1
U (1)
g
U:I: ::;;
I
5\:i
f-< ::S;:
U
]
::S;: 1)
о о
Cl.:I:
t::
I '"
cis !;;
о.. (1) >.
ф '" t:::t
о '1:1 О
@'
t:Q e
'"
o..f-<
(1)
6 ::S;:
:r:
'1:1
'::;;:
::S;:
:.:
U
(1) (1)
:>' :Ei
8 о
!;;Е---<
(1)
...... N ("1 '<t N N ("1 '''''"
1rJ1rJ1rJ1rJ......1rJ1rJ1rJ
00000000
'1:1
О
:.:
.sg
t=::::E
:Q
:>'
!;i
::.::
I
о
ф g
:Q
::.::
'"
!;i
E
ut=::
OOO'lO......N("1'<t1rJ
............NNNNNN
331
Теоретическая часть
Koro качества охлажденных пищевых продуктов необходимо затор
мозить автолитические процессы на определенной стадии и с этой
целью понизить температуру тканей. Высокая интенсивность био
химических и ферментативных процессов в тканях теплокровных и
холоднокровных животных обусловливает целесообразность BЫCO
ких темпов охлаждения.
Интенсивность биохимических процессов в плодах и овощах
связана с продолжительностью их хранения: чем выше интенсив
ность дыхания (метаболических процессов), тем быстрее дозревают
и отмирают плоды, снижается содержание витаминов, кислот и дpy
rих полезных веществ. Интенсивность метаболических процессов
экспоненциально снижается с понижением температуры.
Биохимические реакции распада и процессы дыхания особен
но интенсивно протекают непосредственно после сбора плодов и
овощей. Поэтому их охлаждение должно быть быстрым и прово
диться.сразу же после сбора.
В промышленном производстве применяются следующие
способы охлаждения пищевых продуктов: в rазообразной среде
(воздух, азот, диоксид уrлерода), в жидкой среде (вода, рассол), в
тающем льде (водоледяная смесь), cHeroM, вакуумированием, а TaK
же при контакте пищевоrо продукта с холодной поверхностью.
Охлаждение в воздушной среде является наиболее распро
страненным и универсальным способом охлаждения п щевых про
дуктов. Длительность охлаждения зависит от начальнои температу
ры продукта, температуры воздуха, скорости движения воздуха,
формы и размеров тела, теплофизических свойств продукта.
Различают OДHO и двухфазный способы охлаждения продук
тов в воздушной среде. При однофазном способе температура воз
духа остается постоянной в течение Bcero процесса охлаждения (не
ниже криоскопической температуры). На первой стадии двухфазно
[о способа (стадии охлаждения) температура воздуха подцержива
ется постоянной и ниже криоскопической (например, 10 ОС). Эта
стадия длится до тех пор, пока температура поверхности продукта
не снизится до криоскопической. На второй стадии двухфазноrо
способа (стадии до охлаждения) температура охлаждающеrо возду
ха постоянная, но не ниже криоскопической. Эта стадия продолжа
ется, пока температура в центре продукта не понизится До заданной
конечной температуры (например, +4 ОС).
rЛАВА5. ОБОРУДОВАНИЕ для ОХЛАЖДЕНИЯ
И ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ
И ПОЛУФАБРИКАТОВ
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯ
Охлаждение и замораживание ПИщевых продуктов являются
важными технолоrическими процессами в холодильной обработке
пищевых продуктов и во MHoroM определяют их качество [14].
Сущность процесса охлаждения заключается в понижении
температуры пищевых продуктов в результате отвода от них тепло
вой энерrии. Нижний допустимый температурный предел совпадает
с криоскопической температурой, при которой в тканях пищевых
продуктов начинают образовываться кристаллы льда.
Значение процесса охлаждения обусловлено влиянием низких
температур на микробиолоrические и биохимические процессы,
протекающие в пищевых продуктах: при низких температурах пре
кращается либо резко подавляется развитие микрофлоры пищевых
продуктов, а также снижается интенсивность биохимических и
ферментативных процессов в них.
Скорость размножения микроорrанизмов зависит от темпера
туры. Так, для мноrих видов психрофильных микроорrанизмов
время rенерации, необходимое для удвоения числа клеток, увеличи
вается в 1,5...2,0 раза при снижении температуры среды Bcero лишь
на 2 Ос. Развитие термофильных и мезофильных микроорrанизмов,
нормально развивающихся при температуре 20...3 ОС, почти полно
стью прекращается при низких температурах, близких к криоскопи
ческим ( 1... 3 ОС).
Интенсивность биохимических процессов распада и фермен
тативных процессов, протекающих при посмертном окоченении
животных, птицы или рыбы и созревании мясных тканей (автоли
за), очень высока при температурах 20...35 ОС; выделяющаяся в
мышечных тканях теплота способна повысить их температуру на
несколько rpадусов и еще более ускорить эти процессы. Для пре
дотвращения порчи свежеrо мяса, рыбы и птицы, получения BЫCO
332
333
Скорость охлаждения продуктов в воздушной среде в значи
тельной степени зависит от скорости движения воздуха вдоль по
верхности продукта. При медленном охлаждении скорость движе
ния воздуха равна 0,1...0,2 м/с, при ускоренном 0,5...0,8 м/с, при
быстром и сверхбыстром 1,0...2,0 м/с.
rазообразная среда охлаждения наиболее широко использует
ся для охлаждения мяса и мясопродуктов, птицы, rOToBbIx блюд,
плодов и овощей, яиц, масла, молочных продуктов.
Охлаждение пищевых продуктов в жидкой среде осуществля
ется орошением, поrpужением и одновременным орошением и по
rpужением. В качестве охлаждающих жидкостей применяют холод
ную или ледяную воду, 2...4 % й раствор поваренной соли, охлаж
денную морскую воду. Продукты охлаждаются в упакованном виде
(в полиэтиленовых пакетах, металлических формах и во фляrах)
либо ЩJИ Н\;11 0средственном контакте с охлаждающей жидкостью.
Процесс охлаждения продуктов можно интенсифицировать непре
рывной циркуляцией охлаждающей жидкости и увеличением CKO
рости смывания. В жидкой среде охлаждают рыбу, птицу, плоды и
овощи.
Для охлаждения свежевыловленной рыбы используют пре
имущественно тающий лед (естественный или искусственный). Лед
различной формы (мелкодробленый, чешуйчатый, прессованный,
снежный, пластинчатый или трубчатый) получают с помощью
льдодробилок или льдоrенераторов.
Охлаждение вакуумированием основано на использовании
интенсивноrо испарения влаrи, содержащейся в тканях пищевых
продуктов, в разреженное пространство. Потери массы продукта
при охлаждении вакуумированием составляют 1...2 %. Этим спосо
бом охлаждают плоды и овощи, салат, шпинат, петрушку.
При контакте пищевоrо продукта с холодной поверхностью
охлаждают в основном жидкие пищевые продукты. Металлическая
холодная поверхность представляет собой внешнюю поверхность
барабана, шнека или плиты технолоrическоrо аппарата либо тепло
передающую поверхность теплообменника для охлаждения воды,
жидких продуктов. Теплота отводится от металлической поверхно
сти холодной водой, рассолом, кипящим холодильным areHrOM.
В rазообразной среде охлаждение пищевых продуктов осуще
ствляют в стационарных холодильных камерах, туннельных холо
дильных камерах (туннелях), в шкафах интенсивноrо охлаждения,
334
на станциях предварительноrо охлаждения непосредственно в поле
и в садах. Холодильные камеры снабжают охлаждающими прибо
рами батареями или воздухоохладителями, подвесными путями,
конвейерами, этажерочными тележками, контейнерами. Процесс
охлаждения в камерах может протекать циклично или непрерывно.
В камерах и туннелях применяют системы канальноrо и бесканаль
Horo воздухораспределения, обеспечивающие равномерное и интен
сивное смывание продуктов холодным воздухом. Двухфазное ox
лаждение чаще Bcero осуществляют с помощью двух рядом распо
ложенных камер с различными температурами: камеры предвари
тельноrо охлаждения и камеры доохлаждения.
Охлаждение птицы в жидкой среде способом поrpужения
производят в ваннах предварительноrо охлаждения с проточной
водопроводной водой и ваннах окончательноrо охлаждения с ледя
ной водой; скорость движения воды 0,2 м/с.
При непосредственном контакте с металлической холодной
поверхностью охлаждение пищевых продуктов осуществляют в
трубчатых, пластинчатых и роторных охладителях. Молоко, сливки
и друrие жидкие продукты охлаждают на трубчатых оросительных
охладителях, в пластинчатых охладителях и охладительных YCTa
новках.
Охлаждение вакуумированием требует сложноrо оборудова
ния вакуумных насосов и вакуумных камер. Размеры последних
определяют количество одновременно охлаждаемой продукции.'
Сущность процесса замораживания пищевых продуктов за
ключается в понижении температуры продуктов ниже криоскопиче
ской до полноrо или частичноrо превращения в лед содержащейся в
продукте влаrи.
Замораживание предназначено для последующеrо длительно
ro хранения замороженных продуктов, получения мороженоrо, льда
и отделения влаrи от продукта в процесс ах сублимационной сушки,
концентрирования соков.
Относительным количеством вымороженной влаrи называют
отношение массы льда, образовавшеrося в продукте при данной
температуре, к общей массе воды, содержащейся в продукте, вклю
чая твердую и жидкую фазы. Относительное количество BЫMOpO
женной влаrи является функцией температуры и изменяется от О ОС
при температуре выше криоскопичсской до 1 ос при полном замо
335
раживании Продукта. Однако полноrо замораживания мноrих про
дуктов не удается добиться даже при очень низких температурах, и
процесс замораживания приостанавливают на промежуточной CTa
дии. В этот момент температурное поле распределено в продукте
неравномерно: в центре продукта температура выше, чем у поверх
ности.
Криоrидратной называется наинизшая температура замерза
ния эвтектическоrо или криоrидратноrо (криоrидрат, или эвтектика
это механическая смесь мельчайших кристаллов водноrо льда и
соли, получаемая при замораживании эвтектическоrо раствора)
водноrо раствора соли.
Криоскопическая температура раствора прямо пропорцио
нальна концентрации соли
t Kp =t o KKPC' (3.271)
[де t o температура замерзания чистоrо раствора, ос; ККР криоско
пическая постоянная раствора (для воды KI<[J == 1,85); С KOHцeHтpa
ция соли, моли на 1 кr раствора.
Тканевый сок пищевых продуктов представляет собой диссо
циированный коллоидный раствор сложноrо состава, которому co
ответствует криоrидратная температура 55... 65 ос, а криоскопиче
ская температура 0,5... 5,0 ос.
Температурный rpафик замораживания раствора, начальная
концентрация KOToporo ниже эвтектической, характеризуется че
тырьмя участками (рис. 3.34).
При охлаждении жидкостей и пищевых продуктов возможно
их переохлаждение на несколько rpaдycoB ниже криоскопической
температуры. Это состояние неустойчиво и при дальнейшем охлаж
дении нарушается. Если переохлажденная жидкость является чис
тым веществом, то повышение температуры при нарушении этоrо
состояния происходит до температуры замерзания. Если же кри
сталлизуется переохлажденный раствор, то температура повышает
ся до температуры, несколько более низкой, чем криоск.опическая,
т. к. часть воды вымерзает в процесс е выхода раствора из переох
лажденноrо состояния. Во избежание поrpешности определения
криоскопической температуры по температурным rpафикам замо
раживания следует избеrать переохлаждения раствора.
.1,
с
20
\
"'
vl"- ...... lJ
'<
........
.20
.40
О
40
80
120
160 т. I11III
Рис. 3.34. Температурный rpафик
замораживания раствора:
1 охлаждение жидкости от Ha
чальной до криоскопической TeM
пературы; II охлаждение от
криоскопической до криоrидрат
ной температуры; III затверде
вание (замораживание); IY ox
лаждение твердой фазы; У пе
реохлаждение
Замораживание пищевых продуктов может осуществляться в
воздушной среде с естественной побудительной циркуляцией воз
духа, в псевдокипящсм слое, в жидкой среде (рассоле, пропиленrли
коле, жидком азоте), на металлической поверхности, а также в льдо
соляной смеси.
Замораживание в воздушной среде является наиболее распро
страненным способом. Мясо в полутушах замораживается при TeM
пературе воздуха зо или 35 ос. Мясо считается замороженным,
если средняя конечная температура достиrает lO... 15 ос. При oд
нофазном способе замораживания парное мясо помещают сразу в
морозильные камеры, а при двухфазном парное мясо предваритель
но охлаждается (первая фаза), а затем замораживается (вторая фаза).
Принудительная циркуляция воздуха в морозильной камере со CKO
ростью движения воздуха 2...3 м/с сокращает длительность замора
живания на 3...8 ч по сравнению с замораживанием при eCTeCTBeH
ной циркуляции воздуха.
Замораживание продуктов в жидкой среде осуществляется
поrружением их в холодную жидкость на требуемое время. Тушки
птицы, упакованные в пленку, поrpужаются в раствор хлористоrо
кальция или в пропиленrликоль с t == 28 ос на 20...40 мин.
Замораживание продукта при контакте с холодной металли
ческой поверхностью предназначено для замораживания блоков
TBopora, которые подпрессовываются между двумя морозильными
плитами, мяса в блоках, rOToBblx блюд, плодоовощных наборов, co
ков и пюре из плодов и овощей. При этом способе теплота от замо
раживаемоrо продукта передается через металлическую стенку MO
розильной плиты непосредственно кипящему холодильному areHTY
или теплоносителю.
336
337
Ц е л ь р а б о т ы: знакомство с классификацие мор зиль
HbIX аппаратов, изучение их устройства и принципа деиствия, при
обретение практических навыков по расчету воздухоохладителя.
З а Д а н и е: выполнить расчет ребристоrо воздухоохладите
я если заданы: диаметр d o =о 32 мм и толщина стенки т =о 2,5 мм
т:Шьных труб; расположение труб в пучке коридорное; ребра
круrлые, стальные, высота h =о 25 мм, толщина 8 =о 1 мм, шаr
S = 15 мм (рис. 3.35); на стенках трубок имеются заrpязнения
р
в виде слоя масла
[AM=0,16 Вт/(м.К)] тол
щиной8 м = 0,1 мм; холо
допроизводительность Qo,
кВт; температура воздуха,
входящеrо в аппарат, tJ,
ос; ero относительная
влажность q>J, %; темпе
ратура воздуха, выходя
щеrо из Hero, t2, ос; ero
относительная влажность
q>2, %; скорость движения
воздуха в воздухоохлади
теле w, м/с; холодильный
areHT аммиак; давление
воздуха р =о 100 кПа.
Пищевые продукты замораживаются в стационарных камерах
замораживания: морозильных камерах и аппаратах.
Камеры замораживания Moryт быть с естественной и прину
дительной циркуляцией воздуха, тупиковыми и проходными, пе
риодическоrо и непрерывноrо действия. Они оснащаются подвес
ными путями или стоечными поддонами. В камерах с естественной
циркуляцией устанавливают пристенные и потолочные охлаждаю
щие батареи, а с принудительной ЦИркуляцией воздуха воздухоох
ладители и специальные системы воздухораспределения. Широко
применяют морозильные камеры туннельноrо типа.
Морозильные аппараты бывают воздушными, плиточными и
контактнь.IМИ.
Воздушный морозильный аппарат является универсальным
аппаратом и представляет собой теплоизолированный туннель,
внутри KOToporo размещены охлаждающие батареи, вентиляторы и
транспортирующие средства (конвейер или тележки).
Плиточные морозильные аппараты предназначены для замо
раживания упакованных продуктов, например rOToBbIx блюд, рыб
Horo филе, мяса в блоках, плодоовощных наборов. Как правило,
плиточные морозильные аппараты имеют систему непосредствен
Horo охлаждения. Замораживание в контактных аппаратах проводят
методом орошения или поrpужения.
Разработан способ холодильной обработки, получивший Ha
звание подмораживания. Сущность способа заключается в охлаж
дении продуктов на 1...2 ос ниже их криоскопической температуры
и в хранении продуктов в подмороженном состоянии при этой TeM
пературе.
Подмороженные продукты мало уступают по качеству охла
жденным, но продолжительность хранения в 2 раза больше. П дмо
роженные продукты приобретают жесткость, их можно складиро
вать в штабеля, что удобно при транспортировке и хранении. ПОk
мораживание является с энерrетической точки зрения более выrод
ным, чем замораживание, но уступает ему по допустимым срокам
хранения.
Расчетная часть
. .... S,, . . .
: ..; ;"'; . Ш.Q
I I I 1,
I I I
: : .
б
i ' '
. . T . . +' . . 'ci
I ,
,.. .
.
;' \ ..'-
, tiJ
: t'{l
t
р ,
r '
I
, '
,
I
,
I
.
l /:
Рис. 3.35. Схема оребренной трубки при
наличии инея (пунктир поверхность
инея)
!
Методика расчета
Вычисляем энтальпию h J , кДж/кr, и влаrосодержание d J , Kr/кr
воздуха, входящеrо в воздухоохладитель [31]
h 1 = h c1 + h lq> 1" d 1 = ер ld; , (3.272)
rде h c1 , h l и d; определяем из таблицы свойств влажноrо воздуха
(прил., табл. П 3.7) при температуре tJ.
Вычисляем энтальпию h 2 , кДж/кr, и влаrосодержание d 2 , Kr/кr
воздуха, выходящеrо из воздухоохладителя
338
339
d " О 351.10'3 Kr/Kr влаrосодержание воздуха при ({>.., 100 %;
rде w ,
t." .., 25 ос температура воздуха при ({>.., 100 %.
.. У четом влarовыпадания,
Коэффициент теплоотдачи с
вт/(м 2 .К),
a ==авs.
Находим коэффициент эффективности ребра
th(mh')
Е== ,
mh'
rде th(mh') rиперболический TaHreHc функции (mh')
mh' mh'
, е e
th( mh ) == , , .
mh + mh
е е
1 '
Для этоrо вычисляем пара метры т, M и h, м,
m == 2a /( А8 ) , (3.288)
. h' {1+0.151п ). (3.289)
rде R == (r o +h) радиус ребра, м; ro == d,)2 наружный радиус трубки
воздухоохладителя,м.
Определяем приведенный коэффициент теплоотдачи со CTO
роны воздуха. Для этоrо находим Р вН ] 'Р о1 ,Р мр] иF р ] для 1 м труб
ки, учитывая, что при mare ребер S р == 15 мм число ребер на 1 м
пр == 66, м 2 /м;
Р вН ] == n( d o 2т);
Р о1 == л:d о ;
Р мр1 ==л:dо(1 пр8);
Р р1 ==2n 2 r; )п р ;
Р ор1 == F рl + F мрl .
Коэффициент теплоотдачи, приведенный к РО, Вт/(м 4 .К),
, ( Р р] F мрl J (3 .295 )
а ==а в E+ .
пр.о РО] Р о l
h 2 == h e2 + h: 2 ({>2 ..
d 2 ==({>2 d ;,
(3.273)
rде h e2 , h: 2 и d; определяем из таблицы свойств влажноrо возду
ха (прил., табл. П 3.7) при температуре (2.
у дельный объем влажноrо Воздуха, м 3 /кт,
V]==l/Pe, (3.274)
тде Ре плотность сухото Воздуха, кт/м 3 (прил., табл. П 3.7)
Средние параметры (температура 1 в , ОС, энтальпия h в , кДж/кr,
влаrосодержание d в , кт/кт) воздуха в аппарате
( в ==O,5(t] + 12); (3.275)
h в ==0,5(h]+h 2 ); (3.276)
d в ==O,5(d] + d 2 ). (3.277)
Массовый расход проходящеrо через аппарат воздуха, кт/с,
G == Qo /( h] h 2 ). (3.278)
Объемный расход Воздуха, м 3 /с,
V == Gv] . (3.279)
Количество влаrи, отнимаемой от воздуха в аппарате, кт/с,
W o == G(d] d 2 ). (3,280)
Коэффициент конвективной теПлоотдачи от воздуха к ореб
ренной поверхности а в рассчитываем по формуле для поперечноrо
обтекания ребристоrо пучка [42]. С учетом коридорноrо располо
жения труб для крyrлых ребер она имеет вид
NU в ==OJ5C z C s Re 72 (djS р f54 (hjS р "'0,14. (3.281)
Принимаем C z == 1 и C s == 1.
Находим теплофизические свойства воздуха при 1 в , (прил.,
табл. П 3.8); v == 12,4-10.6 м 2 /с; А ==2,27.10 2BT/(M.K).
Критерий Рейнольдса
Rе в == wS р / v .
Коэффициент теплоотдачи, вт/(м 2 .к),
а в == NUвА / S р .
Коэффициент влаrовыпадания
d d"
5 == 1 + 2880 в w ,
1 в 1w
(3.282)
(3.283)
(3.284)
340
(3.285)
(3.286)
(3.287)
(3.290)
(3,291)
(3,292)
(3.293)
(3.294)
341
Принимаем, что средняя температура оребренной поверхно
сти равна t w . Тоrда ПЛОтность тепловоrо потока, отнесенная к oc
нов ной поверхности трубки, вт/м 2 ,
qo ==а пр . о ()р/Е, (3.296)
2
Наружная площадь трубок аппарата F о, м ,
Fo==Qolqo.
2
Внутренняя площадь трубок аппарата, м ,
F вн ==Qо/qвн .
Длина трубок аппарата L, м,
L == Fo /(1Cd o ). (3.306)
Общая наружная площадь аппарата с учетом ребер и неореб
ренных участков трубы, м 2 ,
(3.304)
(3.305)
здесь
() р == t в t w . (3.297)
Плотность тепловоrо потока, oTHeceHHoro к внутренней по
верхности трубки, вт/м 2 ,
qвн == qod o /( d o 2т). (3.298)
Коэффициент теплоотдачи кипящеrо аммиака, вт/(м 2 .к), учи
Тывая, что величине qвн соответствует область неразвитоrо кипе
ния, вычисляем по формуле [31]
аа ==74q ; (d o 2т т.{),2 . (3.299)
Термическое сопротивление стенки трубки и слоя масла со
8.
стороны аммиака 2:.....1.. M 2 .КlВT
л.' ,
I
rде А.",р == 45 Вт/(м.К)
трубки.
Тоrда коэффициент теплопередачи, отнесенный к основной
поверхности, вт/(м 2 .к),
ko l +L )!'<>L+
аа Лj F вн а пр . о
Средняя разность между температурами воздуха и холодиль
Horo arента (средний температурный напор), ОС,
()m==qo/ko. (3.302)
Температуру кипения холодильноrо areHTa находим, прини
мая () m == t в t н' что допустимо в связи с небольшим перепадом
температур воздуха, входящеrо в аппарат и выходящеrо из Hero.
При этом температура кипения, ОС,
tн==tв ()m'
2: 8j == 8 м +
Лj л м л m р ,
коэффициент теплопроводности стальной
(3.300)
Fop ==F вн {3'
rде {3 == F op1 / F Bи / == 8,13 коэффициент оребрения,
f3 == F op 1 / Рвн1 . (3.308)
Аэродинамическое сопротивление трубчато ребристоrо воз
духоохпадителя с пластинчатыми ребрами и коридорным располо
ж нием труб определяем по опытной зависимости [42]
. др==АБ(L/d о ХWРв)1 7 . (3.309)
Здесь А постоянный коэффициент (при тщательном выполнении
поверхностей А == 0,075 ); Б коэффициент, учитывающий влияние
капель конденсата на аэродинамическое сопротивление (Б == 1,8 );
Рв плотность воздуха при температуре t B , Kr/M 3 (прил., табл. П 3.7).
(3.307)
Порядок оформления отчета
(3.301)
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса охлаждения и замораживания пищевых продуктов,
классификация воздухоохладителей и скороморозильных аппара
тов, а также требования, предъявляемые к ним;
расчетную часть, в которой приводится расчет воздухоохла
дителя по предлаrаемому варианту (табл. 3.30), описание KOHcтpYK
ции и принципа действия ребристоrо воздухоохладителя;
rpафическую часть, в которой дается чертеж воздухоохлади
теля и спецификация к нему.
(3.303)
342
343
Контрольные вопросы
тов?
1. С какой целью про водят охлаждение ПИщевых продуктов?
2. Какие способы охлаждения известны?
3. Какое оборудование используют для охлаждения продук
4. С какой целью проводят замораживание продуктов?
5. Какое оборудование используют для замораживания про
дуктов?
6. Что называют криоскопической и криоrидратной темпера
турой?
7. Какие факторы влияют на продолжительность охлаждения
и замораживания?
8. Какие способы замораживания известны?
344
о
«)
«)
ro
::f
::s::
\о
ro
Ь
'::s::
::s::
:I:
2
м
:I:
..Q
>.
::s::
Q:I
::s::
\::1:
:I:
::s::
:I:
::s::
р..
ro
N("1'<tIrJ'<t1rJ1.O
i or)or)or)or)..,f..,f..,f
ooO'lO......N("1'<t
r--ооO'lО......N "lI.01'-- 1rJ..o..o..o..o..o
..,f"';..,for)lrJlrJ O'IO'1O'1O'1O'1O'1
'v" 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 ,",' ,",'
O......N("1'<tIrJ'<t"l"!,
......N("1'<t"lI.O.r--oq, . ' ("1("1 NNN
U cicici
....., о \..( \..(' \..( \..( I I I I I I
O......N("1'<tIrJ("1'<t1rJ
......N("1'<t"lI.O.r--.оо. . . 'ooooooooi
oioioioiO'lO'lO'lO'lO'l O'IO'1O'1oooooo
э.. 000000000000000000
N("1'<t lrJ 1.0 r--oo 0'10
("1'<tIrJI.Ot;oo. q""".. .000000......
UoioioioiO'lO'lO'l NNNNNN
......0 "7 II I III III I
N '<t 1.0 00 О N '<t 1.0 00. о. "l r--. .......
. f-< N '<t 1.0 00. О. . . .. 00 00 00 0'1 1.0 1.0 1'--
ct:Q..o..o..oI.Or--1'--r-- 1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ
aI lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ ч.
'"
p..
(1) '"
::g ::s;:
о р..
:I: '"
'1:1
......N("1'<tIrJI.Or--оо
O.....N("1'<tIrJI.Or--ОО
0\ 1""""'41""""'!......-4 ,...-I,...-I'I""""'4,...-1
I
I
345
346
о
м
м
\о
f-<
CI)
::s::
:r
:I:
о
:.:
О
u r-- 00 0'1 О ......
i ("1
..,f """' ..,f or) lrJ lrJ or)
lrJ 1.0 r-- 00 0'1 ("1 '<t
..о ..о ..о ..о ..о ..о ..о
0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
1'-- 00 0'1 О ...... N ("1.
N N N м м м ("1
N N N N N N
, , I I I I
&. 1.0 1'-- 00 0'1 ...... N ("1
0\ oi 0\ 0\ о о о
00 00 00 00 0'1 0'1 0'1
...... N. ("1. """. "l 1.0. 1':
..... ...... ...... ...... ..... ...... ......
N N N N N
I I , I I
. f-< ("1 lrJ 1'-- 0'1 ("1
"t:Q r-: r-: r-: r-: ;2g "l
aI 00
lrJ lrJ lrJ lrJ 1rJ00 lrJ
lrJ
'"
&f-<
:Е а 0'1 о ...... N ("1 '<t lrJ
О ::s;: ...... N N N N N N
:I:
'1:1
РАЗДЕЛ 4
ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ МИКРОБиолоrИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ
rЛАВА1. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРО ВЕДЕНИЯ МИКРОБиолоrИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
РПР.N'!! 1. РАСЧЕТ ДРОЖЖЕРАстильноrо АППАРАТА
Теоретическая часть
в дрожжевой промышленности действует несколько с.хем BЫ
ращивания дрожжей [45]. Различия между ними заключаются в пе
риодичности или непрерывности процессов, кратности разбавления
сырья, количестве стадий, скорости роста, уровне технолоrических
параметров (температура, рН, величина засевов) и др.
Все существующие схемы предусматривают постоянное BЫ
ращивание биомассы. Процесс обычно ведется в три rенерации:
rенерация А маточные дрожжи чистой (ЧК) и естественно
чистой (ЕЧК) культуры;
rенерация Б засевные дрожжи;
rенерация В товарные дрожжи.
Классический процесс роста культуры характеризуется че
тырьмя фазами динамики роста: 1) лаr фаза (исходная); 2) лоrариф
мическая; 3) стационарная и 4) фаза спада.
Ла2 фаза. Является подrотовительным периодом к после
дующей фазе лоrарифмическоrо роста и длится около часа. XapaK
теризуется очень сложными ферментативными процессами, чрез
вычайно чувствительными к составу среды, ее температуре и aK
тивной кислотности. В этой фазе увеличивается объем дрожжевых
клеток, синтезируются нуклеиновые кислоты и аккумулируется
энерrия для дальнейшеrо активноrо накопления биомассы.
ЛО2арифмическая фаза или фаза экспоненциалЫЮ20 роста. В
этой наиболее продуктивной фазе культура находится в состоянии
347
ш ' r цц , JШ' а}'"Ч.llVlU'1I;;\;КШ'U роста. Jlоrарифмическая
кривая позволяет вывести математические законы роста культуры и
определить удельную скорость роста, необходимую длительность
цикла, ожидаемый почасовой прирост и засев. Для протекания про
цесса с расчетной лоrарифмической скоростью с нею должна быть
сбалансирована и подача питания. Питательная среда наряду с
дающими энерrию субстратами (уrлеводы, азот и пр.) должна co
держать все необходимые биоrенные MaKpo и микроэлементы,
стимулирующие рост дрожжей. Фаза лоrарифмическоrо роста orpa
ничена во времени. Темп роста падает по мере увеличения доли
старых, ослабевших и отмерших клеток, а также по мере накопле
ния в среде продуктов жизнедеятельности культуры. Через 8...10 ч
Процесс переходит в стационарную фазу.
Стационарная фаза. Характеризуется постепенным замедле
нием темпа роста. Доля отмирающих клеток увеличивается, и BOC
производство новых замедляется. Наступает фаза спада.
Фаза спада. В этой фазе Количество отмирающих клеток пре
восходит число растущих.
Цели аэрации: непрерывное снабжение клеток кислородом,
удаление образующеrося ДИоксида уrлерода, быстрая доставка к
клеткам добавляемых питательных веществ и поддержание дрож
жевых клеток во взвешенном состоянии. Основная задача снабже
ние дрожжей кислородом, растворенным в ЖИдкости. При YMeHЬ
шении количества кислорода выход дрожжей ПРОПОрционально
снижается.
Подача воздуха в дрожжерастильный аппарат должна COOT
ветствовать подаче сахара и оЖидаемой скорости размножения
дрожжей. Нарушение режима аэрации резко меняет ход дрожжера
стильноrо процесса: при недостатке воздуха наступает перестройка
дрожжевых клеток в сторону анаэробноrо обмена, при этом увели
чивается образование спирта и друrих побочных продуктов. Выход
биомассы резко падает. При избытке кислорода темп размножения
клеток начинает уменьшаться в связи с увеличением расхода сахара
на образование диоксида уrлерода [45].
Все дрожжерастильные аппараты имеют практически одина
ковое устройство и отличаются конструкцией систем аэрации и ox
лаждения [15]. Аппараты представляют собой изrотовленные из He
ржавеющей стали вертикальные цилиндрические резервуары с эл
липтической крышкой и плоским днищем, снабженные аэрацион
348
ной системой, охлаждающим устройством и моющим механизмом.
На эллиптической крышке размещены смотровое стекло, люк, труба
для отвода воздуха и патрубки для подвода питательной среды, пе
ноrасителя, серной кислоты, аммиачной воды, пара на пропарива
ние аппарата, воды к моющим устройствам и др.
Современные дрожжерастильные аппараты должны удовле
творять следующим требованиям:
1. Интенсивная аэрация и перемешивание Bcero объема жиk
кости. Это rарантирует высокую скорость переноса кислорода воз
духа в системе rаз жидкость дрожжевая клетка, доставку в OKO
локлеточную зону питательных веществ, отвод из нее продуктов
метаболизма и теплоты, образующейся в процессе окисления ки
слородом питательных веществ внутри клетки. Для эффективноrо
осуществления процессов Macco и теплообмена требуется опреде
ленное количество воздуха, постоянно подаваемоrо под давлением
в дрожжерастильный аппарат через аэрационную систему. Она
должна обеспечивать равномерное распределение воздуха по всему
объему культуральной среды в виде отдельно всплывающих вверх
пузырьков. От их размера и количества зависит площадь поверхно
сти и скорость массообмена.
2. Простота конструкции, удобство в обслуживании, долrо
вечность и надежность, минимальное rидравлическое сопротивле
ние аэрационной системы.
3. Эффективность системы охлаждения культуральнои cpe
ды.
4. Доступность для качественной мойки и дезинфекции BHYТ
ренних устройств стенок аппарата. С этой целью используются раз
личные форсунки. Внутренняя поверхность аппарата должна быть
полированной.
5. Стерилизуемость и rерметичность аппарата.
Наибольшее распространение получили аппараты ВДА
(рис. 4.1), которые представляют собой цилиндрический резерву р,
смонтированный с уклоном 1: 100 в сторону вывода коммуникации.
349
ОО18
:::s
i
1::)
"t
1::)
r-...
. /J/J/}I,
ООО;'
/J/JЙ.
350
. с)
'" О
::r: р..
I ,
ЕЭ О;
1.. Ф
1.0 ., >-.
..Ei r:-
gjgs:
о.. '" (1j
:.: t:::t I ::с
':= О.....
g
0000(,)
t:::tt>l.....
О ., '
t:::t '" '<t
N
(I) >-'"
p......t:::t0"
::а !;; м О
а:> (1) g !;;
:r '" (1)
, О t:::t r::
"1rJ Oa
<е: .. , :.:
I:::[!ЗN0 1
..в....... 1:: ("1
f-< >-," C"!
::;; g. ..
о.. '1:1 ..Q
'" ' f-< '"
t:: '<t '" Ф f-<
t:: .,М >-':I:
..QOo..(I)O
'$ f-< '1:1
!S:t:
..Q а:> I ...... ., (,)
'1:1 ...... .. '" (1)
:= u...... '" :.: О
!:)o.,a S i5..
'" , '" О '" Q)
&("1 U ::g
!Е ., О ' о.. ,
!E 1rJ
.8" ., s N
q(l) ,
.....; g s '6 "{
'<i о .. f-< i(i
r:-:.:(,)
i:L, U ЕЭ...... О
о: :i
:? t:::t
::s;:' О
о.. '<t '1:1
(1) ::s;:...... '"
аз :::r O:s t:::t
о..,ф О
'::;;: 00
::s;: ., 5' о
t::
(1) >-. (1)
r:-
Et ..Qg.
:I: :I: t;;
:= !S: (Ij
t:
:::r ..Q
, '1:1 (1)
...... g.
Резервуар 1 с охлаждающей рубашкой 20, состоящиЙ из деся
ти секций (поясов), установлен на балках 14 и стойках 15. Аппарат
снабжен люками 18 и 21 для обслуживания и ремонта, смотровым
окном 2, осветителем 3, rидрозатвором 11 для перекачивания дрож
жевоЙ суспензии под давлением не более 0,04 МПа, воздухоподво
дящей трубой 17, коробами 13 аэрационной системы, соплами 16
для промывки коробов, коллектором 19 для подвода вОДЫ в секции
охлаждающей рубашки.
На крышке аппарата установлена вытяжная труба 7, которая
перекрывается заслонкОй 10. Заслонка соединена муфтой 4 со што
КОМ 9, несущим движущийся в цилиндре 8 поршень. поршень пе
ремещается rидравлическим приводом, снабженным четырехходо
вым краном 5. По шланry 6 поступает вода для промывки. Венти
лем 22 реryлируется подача воздуха через распределительный кол
лектор 23.
Культуральная среда опускается по трубе 24. За уровнем
жидкости в аппарате наблюдают через мерное стекло. Каждый пояс
охлаждающей рубашки имеет в нижней точке штуцер для входа ox
лаждающей воды и в верхней точке штуцер для ее выхода. Пояса
соединены параллельно. Таким образом, вода в каждом поясе OMЫ
вает обечайку аппарата с внешней стороны по ее образующей и че
рез стенку аппарата отводит теплоту.
В настоящее время в дрожжерастильных аппаратах применя
ются следующие типы воздухораспределительных систем: пластин
чатая, трубчатая, тарельчатая и лопастная [45].
Аппараты ВДА оснащены пластинчатой аэрационной систе
мой. Воздуходувка подает воздух по трубе 17 в распределительный
коллектор 23 и далее в короба 13, закрытые сверху перфорирован
ными пластинами с отверстиями диаметром 0,5 мм.
В пластинчатой аэрационной системе (рис. 4.2) к каждому
воздухораспределительному коллектору 1, приваренному к днищу
аппарата, присоединяются с боковых сторон по восемь съемных
коробов 2 с отверстиями в верхней части для выхода воздуха.
Коллектор 1 и короба 2 имеют переменное сечение для более
paBHoMepHoro распределения воздуха. Число отверстий в коробах
1 О 900, диаметр 3 мм, шаr отверстий 25 мм. Короба 2 отсоединЯЮТ
ся от коллектора 1 с помощью скоб 4.
351
а 2
Рис. 4.2. ПЛастинчатая аэрационная система:
а общий вид системы; б узел крепления короба;
1 воздухораспределительный КОJШектор; 2 короба; 3, 4 скобы
Ф1ВО
Одной из перспектив
ных воздухораспределитель
ных систем является тарельча
тая аэрационная система (рис.
4.3). Она состоит из 64 тарель
чатых аэраторов общей пло
щадью 0,865 м 2 , к которым по
воздуховоду диаметром 0,25 м
через распределительные пат
рубки подводится воздух под
давлением 0,04 МПа.
Аэратор (рис. 4.4) пред
ставляет собой штампованную
тарелку 1, закрытую сверху
сеткой 2 с размером ячейки
0,4 мм. Резьбовой втулкой 3
он соединен с распредели
тельным патрубком 4. Стойка
5 опирается на Днище дрож
жерастильноrо аппарата.
Рис. 4.4. Тарельчатый аэратор:
1 тарелка; 2 сетка; 3 резьбовая
втулка; 4 распределительный патру
бок; 5 стойка
352
'oq;
I
'"
t:::t
'4 о
'1:1
О
t:::t
95и м
о
'1:1
'::;;:
:Q
:I:
, ..Q
I @
;,,; :I:
::;; (1)
I ::f
I
M
U '.,
:I:
5
"" 0..:I:
.....
::s;:
'" 1::::
:r (1)
..Q t:::t
(1)
(1) g.
о..
("1 I
..,fN
U :з.
::s;: о..
р., о
!;
(1)
:Q
t;;
:r
..Q
cu
f-<
9'51
353
Трубчатая аэрационная система (рис. 4.5) состоит из перфо
рированных трубок, расположенных по всему днищу аппарата с
определенным шаrом. В поперечном сечении трубки имеют 7 рядов
отверстий диаметром 0,8...0,9 мм, расположенных через 15°, шаr
отверстий в ряду 5 мм. Трубки соединяются с воздухораспредели
тельным коллектором и монтируются на специалЬ!fЫХ опорах. Сис
тему периодически разбирают для мойки и дезинфекции.
A A
liI "288
"
j
Тепловой расчет. Тепловой баланс аппарата [45]
Qбuол = Qв + Qвозд + Qnum + Quзл, (4.1)
rде Qбuол количество теплоты, выделяемое при выращивании
дрожжей, кДж:
'"
8 8
Расчетная часть
Ц е ль р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
производства дрожжей; знакомство с классификацией дрожже
растильных аппаратов и воздухораспределительных систем, YCT
ройством и принципом работы дрожжерастильных аппаратов.
3 а д а н и е: выполнить расчет дрожжерастильноrо аппарата,
если заданы: Т] температура входящеrо в аппарат воздуха, К; ([J 1
относительная влажность входящеrо в аппарат воздуха, %; 'т2 TeM
пература уходящеrо из аппарата воздуха, К; СР2 относительная
влажность уходящеrо из аппарата воздуха, %; СР2:; 100 %; Vвозд
массовый расход воздуха в аппарате, кr/ч; т,t, т к температура
ВОДЫ на входе в аппарат и выходе из Hero, К; k коэффициент теП
лопередачи от охлаждающей воды к охлаждаемой культуральной
среде, вт/(м 2 .к); т' прирост дрожжей, кr/ч.
....
t
Afетодика расчета
Qбuол = Сдр . т',
(4.2)
здесь Сдр == 4171 кДж/кr среднее удельное тепловыделение дрожжей
при их выращивании; т' прирост дрожжей, кr/ч; Qв количество
теплоты, отводимой воздухом, подаваемым на аэрирование, кДж;
Qвозд количество теплоты, отводимой воздухом, подаваемым па
Рис. 4.5. Трубчатая аэрационная система:
1 распределительный коллектор, 2 трубки; 3 опоры трубок;
4 опоры КОШlектора; 5 накидная rайка
355
354
аэрир<Jвание, кДж; Qnum суммарное количество теплоты, pacxo
дуемое на нarpевание доливаемой в аппарат воды (Qв.д. ), меласеной
рассиропки (QM ) И растворов солей (Qc ), кДж;
Qnum == Qв.д. + QM + Qe,
количество теплоты, отводимой за счет теплоизлучения,
(4.3)
Расчет трубчатой воздухораспределителыюй системы.
Диаметр наrнетательноrо в оздуховода, м,
D == ,J 4V возд /( ЗБООnVРв ) ,
rде v скорость воздуха в воздуховоде, м/с (v ==
плотность воздуха, Kr/M 3 (прил., табл. П 3.7).
Диаметр воздухораспределительноrо коллектора также при
мите равным D.
Суммарную площадь отверстий в воздухораспределительных
трубках, м 2 , принимают равной площади сечения коллектора:
F отв == тcD 2 /4. (4.11)
Скорость воздуха на выходе из отверстия воздухораспредели
тельных трубок, м/с,
v отв == V возд / ЗБООF отв . (4.12)
Диаметр отверстия в воздухораспределительных трубках при
мем d';'" 0,8 мм. Тоrда количество отверстий п, ШТ., в трубках
2
п==F отв / 10тв ==4F отв / л:d , (4.13)
2
rде !отв площадь отверстия, м .
Принимаем наружный диаметр трубки 51 мм, толщину стенки
1,5 мм.
В поперечном сечении трубки размещено 7 рядов отверстий
через 15°, по длине отверстия располаrаются с шаrом 5 мм. Число
отверстий, приходящихся на 1 м длины, равно Z] == 1400 отверстий.
Тоrда общая длина трубок, м,
lобщ ==п/1400. (4.14)
(4.10)
14...17 м/с); Рв
Quзл
кДж.
По:.ери теплоты на наrpевание доливаемой в аппарат воды,
меласснои рассиропки и растворов питательных солей можно при
нять примерно 25 % от Qбuол' Потери теплоты за счет теплоизлуче
ния в окружающую среду принимаем 1 % от Qбuол' Тоrда (4.1) при
нимает вид
Qбuол == Qв + Qвозд +О,25Qбиол + о Р1Qбиол . (4.4)
Количество теплоты Qвозд' кДж, уносимой с уходящим из ап
парата воздухом,
Qвозд == V возд ( J 2 J j ), (4.5)
rде J l' J 2 энтальпия соответственно входящеrо и выходящеrо из
аппарата воздуха, кДж/кr (J] и J 2 определяются с помощью 1 d
диаrpаммы).
Количество теплоты, отводимой водой, кДж,
Qв == Qбuол Qвозд Qnum Quзл .
Расход воды для отвода теплоты, кr/ч,
Qв ==Qв /[С(Т К TH )р],
rде с удельная теплоемкость воды, кДж/(кr.К); с ==
кДж/(кr.К); Р == 1000 кr/M 3 плотность воды.
Необходимая ПЛощадь поверхности охлаждения дрожжера
стильноrо аппарата, м 2 ,
F==Qв/(ЗрkД Тер)' (4.8)
rде k коэффициент тепло ередачи от охлаждающей воды к охлаж
даемой среде, вт/(м 2 .к); ДТ ср средняя разность температур, К.
Средняя разность температур ( в расчете примите Т 2 Ж == Т 2 ):
культуральная жидкость Т j Ж Т 2 Ж Д Т б == Т 2 Ж Т
::> н
Т К Т Н ДТ М ==ТК Т j Ж
<::
ДТ ер == (ДТ б + ДТ-м)/ 2 .
(4.6)
(4.7)
4,187
Из равенства
Р еuет ==2Reuemlcp ==7rR ucm/2, (4.15)
. 2
rде F cuст и Rcucm соответственно площадь, м , и радиус, м, аэраци
онной системы; lcp средняя длина трубок, м;
имеем
если
ДТе)ДТ м <2, то
(4.9)
lep ==27rR cuem /8 ==О78БR еuет . (4.16)
При расстоянии между концами трубок и обечайкой аппарата
150 мм и диаметре коллектора D радиус аэрационной системы, м,
Reuem==Daп 2.0J5 D. (4.17)
Количество трубок, ШТ.,
п тр == lобщ / lcp. (4.18)
357
вода
356
Расстояние между трубками, м, по осям
Roc =4Rcиcт/птP' (4.19)
Длина каждой трубки, м,
li = ( 2R zЯ ос )zR oc ' (4.20)
rде z порядковый номер трубки в четверти окружности аэрацион
ной системы.
8. С какой целью и как осуществляется пеноrашение?
9. Каковы способы отвода биолоrическоrо тепла из дрожже
растильноrо аппарата? ,
10. В чем заключается сущность расчета воздухораспредели
тельной системы?
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса производства дрожжей, классификация дрожжера
стильных аппаратов и воздухораспределительных систем, а также
требования, предъявляемые к дрожжерастильным аппаратам;
расчетную часть, в которой приводится расчет дрожжера
стильноrо аппарата по предлаrдемому варианту (табл. 4.1), описа
ние конструкции и принципа действия дрожжерастильноrо аппарата
ВДА;
rpафическую часть, в которой дается чертеж дрожжера
стильноrо аппарата ВДА и трубчатой аэрационной системы.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные фазы динамики роста дрожжей?
2. Какова классификация воздухораспределительных систем
дрожжерастильных аппаратов?
3. Каковы основные требования, предъявляемые к дрожже
растильным аппаратам?
4. В чем заключается сущность аэрации?
5. Каковы устройство, принцип работы дрожжерастильноrо
аппарата типа ВДА?
6. Какие компоненты питательной среды подаются в дрож
жерастильный аппарат?
7. В чем заключается сущность стерилизации дрожже
растильных аппаратов?
358
359
360
......
..,r
::f
::s::
Е--<
'::s::
::s::
:I:
м
:а
:I:
,.Q
а
::s::
Q:I
::s::
::s::
т
::s::
:r'
8 О О О :if О О О О О О О О О О О О
...... N ("1 lrJ 1.0 1"-- 00 0'1 :if ...... ("1 N ...... 0'1
. ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 '<t '<t '<t '<t ("1
Е:
:.:: О
'" О lrJ О lrJ 8 lrJ О lrJ О О lrJ lrJ О lrJ О lrJ О
";6 00 00 0'1 0'1 О ...... ...... N N ...... ...... О О 0'1 0'1 00 00
f:; N N N N ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 «) ("1 ("1 N N N N
t:Q
::.:: ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 '<t '<t '<t '<t '<t lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ 1.0 1.0 1.0
, 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
F--.'" N N N N N N N N N N N N N N N N N N
;;g О lrJ О lrJ О lrJ О lrJ :if, lrJ О lrJ О 8. О lrJ О lrJ
Q' q q ..... ...... N. N, ("1. ("1. """. "l "l О. ...... ..... N.
lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ Ir) lrJ lrJ
::.:: '<t '<t '<t '<t 1.0
, ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 '<t lrJ lrJ lrJ lrJ 1.0 1.0 1.0
F--.:t 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
N N N N N N N N N N N N N N N N N N
{ 8 О О 8 8 8 О 8 8 8 @ О О О О О О
, О О О О О О О О О
lrJ 1.0 r-- 00 0'1 ..... N ("1 lrJ ("1 N ...... О 0'1 00
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1"-- 1.0 1.0
';:;..'"
::.:: 8 ...... N ("1 О ...... N ("1 ...... N ("1 '<t '<t lrJ lrJ N ("1 '<t
, О О О О О О О О О О О О О О О О О
("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 «) ("1
. О lrJ О lrJ О О lrJ О lrJ О О lrJ О lrJ О О lrJ О
э- 1.0 1.0 r-- r-- 00 1.0 1.0 1"-- 1"-- 00 1.0 1.0 1"-- 1"-- 00 1.0 1.0 1"--
::.:: О О О О О ...... ...... ...... ...... ..... N N ('--1 N N ("1 ("1 ("1
, 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
N N N N N N N N N N N N N N N N N N
1",
::;; ::S;: f-< .....N ("1 '<t lrJ 1.0 r-- 00 0'1 О ...... N '<t lrJ 1.0 1"-- 00
c..:I: ..... ...... ...... ..... ...... ...... ..... ......
'"
О О
. lrJ О О lrJ lrJ
1"-- 00 1.0 1.0 1"-- 1"-- 00
э-
::.:: ("1 ("1 '<t '<t '<t '<t '<t
, 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
F--...... N N N N N N N
, '"
::;; s.. f-<I 01:--< N ("1 '<t lrJ
о "':z::......NNNNNN
1':;:< '1:1 '"
361
{ О О О :if О О
О
'<t :.: 00 1"-- 1.0 lrJ 1.0 00
. «) ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
Е:
f-<
CI) :.::
::s:: '" 8 lrJ О lrJ О lrJ lrJ
т ";6 0'1 0'1 О ...... ...... 00
("1 N N ("1 ("1 ("1 N
:r f:;
:I: t:Q
о
:.:
О
::.:: 10 1.0 1.0 1"-- 1"-- 1"-- 1"--
, 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1 0'1
F--.'" N N N N N N N
;;g OIrJ:if1rJ О 1rJ0
("1("1 '<t1rJ1rJ1.O
Q'
1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ1rJ
::.:: 1.0 1"-- 1"--1"--1"-- 1"-- 1"--
. 00 00 00 00 00 00 00
F--.:t N N NNN N N
:r'
8 О 8 О
О О
"" ...... N ("1
'" 101.01.01"-- 1"-- 1"-- 1"--
<::>
';:;..'"
::.:: lrJ g ...... N lrJ '<t lrJ
, О О О О О О
("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
+
7
11
rЛАВА2. ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ
И ПОЛУФАБРИКАТОВ
7
Теоретическая часть
6
z
5
I
"
3
8
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОФЛОТ Ационноrо
АППАРАТА
9
8
Электрофлотацией называется процесс очистки жидкости от
содержащихся в ней частиц твердой фазы за счет осаждения на их
поверхности пузырьков водорода и кислорода, образующихся в pe
зультате разложения воды под действием постоянноrо электриче
CKoro тока [30]. Для флотации в основном используются пузырьки
водорода, выделяющиеся на катоде, т. к. они обладают большей
подъемной силой и по количеству их в 2 раза больше.
Электрофлотацию применяют в различных отраслях пищевой
промышленности: для очистки виноrpадноrо сока в винодельческой
промышленности, сточных вод мясокомбинатов, выделения KOpMO
вых дрожжей из паточной барды и т. д.
При очистке виноrрадноrо сока электрофлотация не влияет на
содержание инвертноrо сахара, дубильных и красящих веществ,
содержание аминноrо азота, золы, титруемую кислотность и рН.
При этом наряду с разделением фаз происходит эффективная дe
аэрация сока, т. к. пузырьки водорода пронизывают весь объем co
ка, вытесняют кислород и тем самым снижают уровень окислитель
но восстановительноrо потенциала.
И, наоборот, процесс очистки сточных вод протекает более
блаrоприятно в присутствии кислорода, т. к. толщу воды пронизы
вают пузырьки водорода и кислорода, оказывая определенное бак
терицидное действие. ЭлектрофлотациSl обеспечивает 90...95 % из
влечение жира из сточных вод.
Электрофлотационные аппараты [30] классифицируются на
три rpуппы (рис. 4.6). Они представляют собой вертикальный сосуд
1, в который продукт поступает в верхнюю часть через патрубок 2 и
удаляется через патрубок 3. В аппарате размещены электроды 4 и 5
5
а б
2
9 6 9
G ff 6
1 13 7
,
10
5
(2 3
в
Рис. 4.6. rруппы электрофлотационных аппаратов:
а с rоризонтально расположенным дном и катодом и вертикально YCTa
новленным анодом; б односекционные с наклонно расположенными
электродами; в мноrосекционные с наклонно расположенным днищем и
электродами; 1 сосуд; 2, 3 патрубки для подвода и отвода обрабатывае
Moro продукта; 4 катод; 5 анод; 6 осветляемый продукт; 7, 8 пузырь
ки водорода и кислорода; 9 пенный продукт; 1 О диафраrма; 11 трубо
провод для отвода кислорода; 12 патрубок для слива продукта из aHOД
Horo пространства; 13 сборник отходов
362
363
Расчетная часть
== 0,0899 Kr/M\ А постоянная величина (А == 9/2 для аппарата с
сетчатым катодом с диаметром проволоки 0,2 мм); 1] динамиче
ская вязкость обрабатываемой среды, Па.с (1] == 1 ,7.1 0 3 Па.с).
Степень насыщения жидкости пузырьками водорода, %,
E==g.i/(pz'v). (4.22)
Параметр процесса электрофлотации
R==E.v/( j'Jl'Pz), (4.23)
rде j == Vп/V ч отношение среднеrо объема V ч одной частицы, фло
тируемой пузырьками водорода, к среднему объему V n пузырьков
водорода, флотирующих частицу объемом V ч (j == 0,2 0,3); Jl KO
эффициент пропорционалЫIOсти (J1 == 0,4).
Объем ПУ5ырька водорода, м 3 ,
V п ==(4/З)пr 3 . (4.24)
Массовая доля пуЗырьков водорода в единице объема жид
кости, '}о,
(катод и анод), имеющие различные формы и расположенные в раз
ной комбинации. Образующиеся пузырьки rаза разделяются BOДO
род 7 используется на флотацию, а кислород 8 удаляется из аппара
та. Выделенные из жидкости частицы собираются на поверхности в
виде пенной шапки 9, которая затем удаляется из аппарата.
Электрофлотационные аппараты обладают следующими пре
имуществами: простота конструкции и высокая эксплуатационная
надежность, обусловленные отсутствием вращающихся частей;
невысокий удельный расход электроэнерrии; возможность ведения
процесса разделения в непрерывном режиме и плавноrо реryлиро
вания скорости процесса; возможность флотации инертным rазом и
одновременной деаэрации обрабатываемой жидкости. Однако они
имеют и недостатки: не возможность очистки от крупных примесей,
потеря части продукта при удалении с поверхности жидкости
всплывших частиц; недолrовечность диафраrмы.
Afетодuка расчета
A.i
/3 ==, (4.25)
F.v.pz
rде F == 9,652.107 Кл/(кr,моль) число Фарадея; i плотность тока на
аноде, А/м 2 .
Количество пузырьков водорода в единице объема обрабаты
/ 'j
ваемои жидкости, шт. M ,
N ==O/J] /3/V n . (4.26)
Количество водорода, выделяющеrося за время 'f при посто
янной температуре системы и при допущении, что средний объем
образующихся пузырьков водорода остается постоянным, опреде
ляется по формуле
т} == N. Н. Sk . V n . Pz, (4.27)
rде Sk отношение площади проекции проволочноrо катода на rори
зонтальную плоскость к площади поперечноrо сечения аппарата.
Сила тока, необходимая для работы электрофлотационноrо
аппарата, А,
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
электрофлотации; знакомство с классификацией электрофлотаци
онных аппаратов, устройством и принципом их действия, приобре
тение практических навыков по расчету электрофлотационноrо ап
парата.
3 а Д а н и е: выполнить расчет электрофлотационноrо аппара
та, если заданы: производительность G, кr/c; начальная KOHцeHтpa
ция РО взвешенных частиц, кr/M 3 ; динамическая вязкость 1], Па.с, и
3 б б . А/ 2
плотность р, Kr/M', о ра атываемои среды; плотность тока с, м ;
радиус пузырьков водорода r, м; высота столба обрабатываемой
среды в аппарате Н, м; продолжительность процесса 'f, с.
Среднюю скорость подъема пузырьков водорода, м/с, вычис
ляем по закону Стокса
4r2g,(p pz)
v
А'1]
rде r радиус пузырьков водорода, м; р, рс плотность COOTBeTCT
венно обрабатываемой жидкости и rаза, кr/M 3 (р == 1030 Kr/M 3 ; рс ==
364
I==SkH.i/(v.'f).
( 4.28)
(4.21 )
Концентрация частиц, к которым не прилипли пузырьки,
Kr/M 3 , определяется из уравнения электрофлотации
365
п 2 т п. z
р == ро ехр( R 4н 2 ) cos 2Н '
/ 3
rде ро начальная концентрация частиц, кт м; т продолжителъ
ностъ процесса, с; R параметр процесса.
Ширина аппарата, м, для производительности G, кт/с,
п
4G . Н .lп р о . cos( 2 S k )
К==
п 2 S 2 L.R
k
2
Площадь поперечноrо сечения аппарата, м ,
S==l/i.
( 4.29)
т а б л и ц а 4.2
Варианты индивидуальных заданий
(4.30)
Номер G, Ро. i, r. 1 06, Н, .,
варианта кт/с кr/M 3 А/м 2 м М с
1 0,027 3,12 180 30 1,42 920
2 0,026 3,02 190 31 1,43 930
3 0,025 2,90 200 32 1,44 940
4 0,024 2,94 210 33 1,45 950
5 0,023 2,98 220 34 1,46 960
6 0,022 2,88 230 35 1,47 970
7 0,021 2,82 240 36 1,48 980
8 0,020 2,79 250 37 1,49 990
9 0,027 2,76 260 38 1,50 1000
10 0,026 2,72 270 39 1,51 1010
11. 0,025 2,68 180 40 1,52 1020
12 0,024 2,64 190 30 1,53 1130
13 0,023 2,62 200 31 1,54 1140
14 0,022 2,66 210 32 1,55 1150
15 0,021 2,70 220 33 1,56 1160
16 0,020 2,74 230 34 1,57 1170
17 0,021 2,58 240 35 1,58 1180
18 0,022 2,54 250 36 1,59 1190
19 0,023 2,50 260 37 1,60 1210
20 0,024 2,48 270 38 1,61 1220
21 0,025 2,42 180 39 1,62 1230
22 0,027 2,40 190 40 1,63 1240
23 0,026 2,38 200 35 1,64 1250
24 0,025 2,34 210 37 1,75 1260
25 0,024 2,30 220 38 1,66 1270
( 4.31)
Ширина аппарата, м,
K==S/L,
rде L длина аппарата, м (принимается конструктивно).
( 4.32)
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно проектной работе оформляется в COOTBeTCT
вии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса электрофлотации, описание конструкции и прин
ципа действия электрофлотационноrо аппарата;
расqетную часть, в которой приводится расчет электрофло
тационноrо аппарата по предлаrаемому варианту (табл. 4.2);
rpафическую часть, в которой дается схема электрофлотаци
oHHoro аппарата.
Контрольные вопросы
1. Что называется электрофлотацией?
2. Как классифицируются электРофлотационные аппараты?
3. Каковы недостатки и преимущества электрофлотационных
аппаратов?
4. В каких отраслях промышленности и для чеrо использует
ся электрофлотация?
5. От каких факторов зависит скорость флотации пузырьков
водорода?
366
367
Дозаторы
РАЗДЕЛ 5
ТЕхнолоrИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛ!( ВЗВЕШИВАНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ,
ФАСОВКИ И УПАКОВКИ rотовой
ПРОДУКЦИИ
rЛАВАl. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ
И ДОЗИРОВАНИЯ ПРОДУКЦИИ
Непрерывноro
действия
Дискретноrо
действия
Дискретноrо
действия
Непрерывноrо
действия
Теоретическая часть
Тарель
ча1Ые
IllнeKo
вые
Вибраци
OlПlые
Ленroч-
ные
Бункер.-
ные
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАтоrо ДОЗАТОРА
к числу важнейших процессов, осуществляемых на пище
вых предприятиях, относится дозирование продуктов с различ
ными физико механическими и химико биолоrическими свойст
вами.
При конструировании рабочих opraHoB дозирующих машин
необходимо учитывать физико механические свойства исходных
продуктов. Влаrосодержание различных компонентов оказывает
влияние на их сыпучесть. При повышении влажности некоторые
продукты (например, сахар, мука, соль и Т. д.) комкуются И теря
ют сыпучесть [35].
По структуре рабочеrо цикла дозирование бывает непре
рывным или дискретным (порционным), а по принципу дозиро
вания объемным или весовым (рис. 5.1).
Для дискретноrо (порционноrо) дозирования характерно
периодическое повторение цикла выпуска дозы (порции) про
дукта. При дискретном объемном способе (рис. 5.2, а) дозирую
щее оборудование периодически отмеривает порцию массой, Kr,
М == "/;,. v.p, (5.1)
rде "/;, коэффициент заполнения камеры; v скорость подачи
продукта, м/с; р насыпная плотность продукта, Kr/M 3 .
Дискретное весовое дозирование основано на отмеривании
дозы заданной массы.
Реryлирование пу-
тем изменеЮIЯ ШIO
щади поперечноrо
сечеЮIЯ продукта
Реrулирование
nyreM изменеЮIЯ
скорости продукта
Одноком-
понеППlЫе
Мноroком
понекmые
Рис. 5.1. Классификация дозаторов
При непрерывном объемном дозировании (рис. 5.2, б) pac
ход продукта Q, Kr/c,
Q;: F.v.p,
2
rде F поперечное сечение потока продукта, м .
При непрерывном весовом дозировании (рис. 5.2, в) поток
продукта, выходящий из питателя, постоянно взвешивается.
В зависимости от результатов взвешивания автоматически
корректируется производительность питателя.
Объемные дозаторы дискретноrо действия используют в
основном при фасовке rотовой продукции, т. к. У них большая
производительность. Однако они менее точны, чем весовые. Co
временные весовые дозаторы дискретноrо действия допускают
поrpешность 0,2...0,5 %, а непрерывноrо действия 0,5...2,0 %.
(5.2)
368
369
w .......
:', .: , .:.: I
....:.. ....
:"'.. .
1
......
.>..:.::....
-e}>.. .....
. I . :
J
4-
'.....
...1'"
\ \ .
.:( \;: ;.. 2
5
а
б
в
Рис. 5.2. Схемы дозирования продукта:
а дискретное объемное; б непрерывное объемное; в дискретное
весовое; J бункер с материалом; 2 мерная камера; 3 объемный
дозатор непрерывноrо действия; 4 весовой механизм; 5 ковш
Точность объемных дозаторов зависит в первую очередь от
стабильности физико механических свойств дозируемоrо MaTe
риала [16, 39]. Для предварительной оценки можно полаrать, что
поrpешность приблизителыю равна колебаниям объемной массы
материала, выраженным в про центах от ее номинальноrо
значения.
Принцип действия объемных дозаторов непрерывноrо дей
ствия основан на подаче продукта из бункера рабочим opraHoM,
совершающим вращательное, поступательное или возвратно
поступательное движение (рис. 5.3).
Тарельчатые дозаторы применяются для дозирования cы
пучих пищевых продуктов. Основной рабочий opraH тарельчато
ro дозатора (рис. 5.4) вращающийся диск 2, с KOToporo продукт
сбрасывается скребком. Высоту слоя продукта реrулируют пере
движной манжетой 5, надетой на выходной патрубок 3 бункера.
Вертикальный вал 1 приводится во вращение от электродвиrате
ля через передаточный механизм. Продукт располаrается на дис
ке усеченным конусом, размеры KOToporo зависят от высоты pac
положения манжеты. При вращении диска часть продукта сни
мается скребком. Производительность дозатора зависит от BЫCO
ты продукта, находящеrося на диске, расположения скребка и
частоты вращения диска.
Форма скребка соответствует лоrарифмической спирали.
в
ф
\l
. ... . .i : iY ,
/
" . +"" .!,....yt:J ..: --..
-$-' ,'" /
J .
r
д
Рис. 5.3. Схемы объемных дозаторов:
а барабанный; б шнековый; в тарельчатый; r ленточный;
Д вибрационный
При этом достиrается постоянный уrол встречи продукта
со скребком, что повышает равномерность подачи. Редуктор
трехскоростной. Это позволяет получить три различных частоты
вращения диска 2.
Положение по высоте манжеты может изменяться при Bpa
щении ее BOKpyr приемноrо патрубка 3 (наружная поверхность
KOToporo представляет собой винтовую линию) с помощью Mexa
низма реrулирования 5. Привод диска осуществляется от элек
тродвиrателя. Между редуктором и валом диска расположена
червячная передача 10. Для равномерной подачи продукта в пат
рубок на валу диска установлен ворошитель.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса
дозирования продуктов; знакомство с классификацией дозаторов,
370
371
rде Fo площадь поперечноrо сечения потока продукта, м 2 ; V o
средняя скорость движения потока продукта, м/с; р насыпная
/ 3
плотность продукта, Kr м .
Продукт на диске располar'ается в виде кольца треyrольно
ro сечения (рис. 5.5). Площадь поперечноrо сечения кольца, м 2 ,
2
Fo = h / 2tgepo, (5.4)
rде h высота подъема манжеты над диском, м; еро yrол eCTeCT
BeHHoro откоса продукта при движении, rpад (еро == 27...430).
Расстояние Ro, м, между центром тяжести радиальноrо сече
ния кольца и осью вращения
Ro = R + h / Зtgеро ' (5.5)
rде R радиус манжеты, м.
,Средняя скорость движения потока продукта v o , м/с, равна
скорости центра тяжести
h
V o =7m / ЗО=7m( R+ )/ зо. (5.6)
Зtgеро
Предельную частоту вращения диска определяют из усло
вия, что наибольший модуль центробежной силы, действующей
на частицу массой т, Kr, меньше силы трения ее о диск:
Рис. 5.4. Тарельчатый дозатор:
1 вал; 2 диск; 3 патрубок; 4 ворошитель; 5 механизм реryлирова
ния положения манжеты; 6 цепная передача; 7 шестерня; 8 зубчатое
колесо; 9 звездочка; 1 О червячная передача
2
ты RJ IJmg ,
(5.7)
их конструкциями и принципом работы; выполнение расчета Ta
рельчатоrо дозатора.
3 а д а н и е: выполнить расчет тарельчатоrо дозатора, если
заданы: h высота подъема манжеты над диском, м; R радиус
манжеты, м; п частота вращения диска, мин. 1 ; R/ наибольший
радиус вращения частицы, м; L путь перемещения продукта, м.
rде Ы уrловая скорость, рад/с (ы == п.п/ЗО); R/ наибольший
радиус вращения частицы, м; jj динамический коэффициент
трения скольжения частицы о диск (jj == 0,36... 0,40); g = 9,81 м/с 2
ускорение свободноrо падения.
Из формулы (5.7) следует,
п = зо IJ /( R + h/tgepo ).
(5.8)
l\{етодика расчета
Производительность тарельчатоrо дозатора, Kr/c,
Q == Fo V o р,
(5.3)
372
373
Z'l,
2Р
Рис. 5.5. Схема для расчета
тарельчатоrо дозатора
При определении МОЩно
сти, потрсбной для привода Ta
рельчатоrо дозатора, необходимо
учесть сопротивление от трения
продукта о поверхность диска и
скребка, сопротивление дробле
нию продукта скребком, сопро
тивление скручиванию столба
продукта, опускающеrося из BO
ронки дозатора.
Для тарельчатоrо дозатора
приближенно мощность электро
двиrателя N, кВт, определяют из
выражения
расчетную часть, в которой приводится расчет тарельча
Toro дозатора по предлаrаемому варианту (табл. 5.1 ), описание
конструкции и принципа действия тарельчатоrо дозатора, YKa
занноrо в индивидуальном задании;
rpафическую часть, в которой дается чертеж тарельчатоrо
дозатора и спецификация к нему.
Таблица 5.1
Варианты индивидуальных заданий
Номер Высота Радиус Частота Радиус Путь пере
вари подъема манже вращения вращения мещения
анта манжеты TblR, м диска п, частицы продукта
h, 1 I R j , м L,M
мин
1 0,065 0,34 4,0 0,44 1,5
2 0,064 0,35 4,5 0,45 1,6
3 0,063 0,36 4,8 0,46 1,7
4 0,062 0,37 5,0 0,47 1,8
5 0,060 0,38 5,2 0,48 1,9
6 0,066 0,39 5,4 0,49 1,5
7 0,067 0,40 5,8 0,51 1,6
8 0,068 0,34 6,0 0,45 1,7
9 0,069 0,35 6,2 0,46 1,8
10 0,070 0,36 6,4 0,47 1,9
11 0,065 0,37 4,0 0,48 1,5
12 0,064 0,38 4,5 0,49 1,6
13 0,063 0,39 4,8 0,50 1,7
14 0,062 0,40 5,0 0,49 1,8
15 0,060 0,34 5,2 0,43 1,9
16 0,066 0,35 5,4 0,44 1,5
17 0,067 0,36 5,8 0,45 1,6
18 0,068 0,37 6,0 0,47 1,7
19 0,069 0,38 6,2 0,47 1,8
20 0,070 0,39 6,4 0,48 1,9
21 0,066 0,40 5,0 0,49 1,5
22 0,067 0,35 5,2 0,45 1,6
23 0.068 0,36 5,4 0,45 1,7
24 0,069 0,37 5,8 0,48 1,8
25 0,070 0,38 6,0 0,48 1,9
N =:N]( 1 + /2 cos f3)k / 1], (5.9)
rде N j мощность, потребная для преодоления сопротивления от
трения продукта о диск, кВт,
N]=:lO 3pvo' (5.10)
здесь Р сила трения, возникающая при движении продукта по
диску, н,
P=Fo.L.p.g./], (5.11)
здесь L путь перемещения продукта, M;.iI коэффициент трения
скольжения продукта о диск (fj == 0,36...0,40); h коэффициент
трения скольжения продукта о скребок (f2 == 0,26...0,40); f3 yrол
установки скребка относительно ПЛОСКОСти сечения кольца
продукта, rpад (fЗ == 35...600); k коэффициент, учитывающий дpy
rие сопротивления (k == 1,5... 2,0); 1] кпд приводноrо механизма
дозатора (1] == 0,82...0,94).
Порядок оформлеllия отчета
Отчет о расчетно практической работе оформляется в COOT
ветствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы дозирования сыпучих пищевых продуктов, классифика
ция дозаторов и характеристика способов дозирования;
374
375
Контрольные вопросы
r ЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФАСОВКИ
И УПАКОВКИ rотовой ПРОДУКЦИИ
1. Какие способы дозирования пищевых продуктов ис
пользуются в пищевой промышленности?
2. Какие видыI дозаторов применяются в пищевой про
мышленности?
3. Каковы устройство и принцип действия тарельчатоrо
дозатора?
4. or каких факторов зависит мощность привода тарельча
Toro дозатора?
5. Какие виды дозаторов обеспечивают более высокую
точность дозирования?
РПР Х!! 1. РАСЧЕТ РАзливочноrо АВТОМАТА
Теоретическая часть
376
Современные автоматы, предназначенные для розлива раз
личных пищевых жидкостей в бутылки и придания бутылкам TO
BapHoro вида, выполняют заданные технолоrические операции
без вмешательства человека [7].
Разливочные автоматы применяются для розлива в бутылки
различных ликеро водочных изделий и вин. Устройство И KOHCT
рукции автоматов должны отвечать техническим и технолоrиче
ским требованиям производства, определяемым rлавным образом
физико химическими свойствами rотовых к употреблению пище
вых жидкостей. Следует учитывать, что при розливе внешние
факторы MOryT ухудшать качество пищевых жидкостей и особен
но вин [46].
При любом способе розлива ликеро водочные изделия и
вина не должны подверrаться аэрации, т. к. под действием кисло
рода воздуха в продукте нарушаются окислительно
восстановительные процессы, изменяющие вкусовые качества
разливаемой жидкости. В результате этоrо вино теряет стабиль
ность и нередко мутнеет. Аэрация вызывает также пенообразова
ние, что затрудняет нормальное наполнение бутылок и нарушает
необходимую точность дозирования.
Требования, предъявляемые к качеству пищевых жидко
стей, определяют не только тип тары, в которую фасуют эти
жидкости, но и условия, принципы И методы фасования, а также
обусловливают наличие различных типов и марок фасовочных
машин, применяемых в современной промышленности.
Вместе с тем существующие фасовочные машины, HeCMOT
ря на различные назначения и разнообразие конструкций, имеют
мното общеrо в принципиальных схемах и методах расчета [8].
Важность проблем, связанных также с применением тары
для пищевых продуктов, в т. ч. И жидких, совершенно очевидна.
Проблемы эти имеют мното аспектов, основные из которых сле
дующие: санитарно rиrиенические требования, прочностные xa
377
рактеристики, экономические показатели и эколоrические вопро
сы.
Технолоrическим циклом (т,I1) машины называется время, в
течение KOToporo обрабатываемое изделие находится в машине,
т. е. промежуток между моментами ero заrpузки и выrpузки из
машины.
Отличаются автоматы друr от друrа методами розлива и
принципами дозирования жидкости, что изменяет их расчетные
rидравлические схемы и конструкции приборов для наполнения
бутылок. Основными методами розлива пищевых жидкостей яв
ляются: rpавитационный, изобарический, вакуумный и сифонный
[46].
Травиmационный (изобарометрический) метод характери
зуется тем, что истечение жидкости из дозатора или расходноrо
бака происходит под действием rpавитационных сил (самотеком)
в условиях атмосферноrо давления. Напор зависит только от сил
rpавитации и величина ero определяется rидростатической BЫCO
той жидкости. По этому методу разливают водку, ликеры, тихие
вина, не содержащие леrколетучих компонентов.
J1зо6арический (изосверхбарометрический) метод отлича
ется тем, что истечение жидкости из дозатора или из расходноrо
бака происходит в поле действия rpавитационных сил, но при
избыточном давлении в дозаторе или в расходном баке и в Ha
полняемой таре. По этому методу разливают иrpистые вина, Ha
сышенные диоксидом уrлерода, пиво, минеральную воду и т. д.
Вакуумный метод характеризуется тем, что в расходном pe
зервуаре, дозаторе и бутылке создается одинаковое разрежение, и
слив жидкости в бутылку происходит под напором rидростатиче
cKoro столба жидкости. Это способ розлива с уравновешенным
вакуумом. Разрежение создается только в бутылке, и истечение
жидкости происходит под действием разности давлений в pac
ходном баке (атмосферное) и в таре (разреженное).
Сифонный метод осуществляется в условиях одинаковоrо
давления в бутылке и в расходном резервуаре. В верхней изоrну
той части сифона создается разрежение. Расход жидкости зависит
от напора, опрсделяемоrо расстоянием от уровня жидкости в pac
ходном резервуаре до выходноrо отверстия сифонной трубки.
Дозирование жидкостей осуществляется по объему или по
уровню.
в настоящее время для производства тары под пищевые
жидкости применяют множество различных материалов: стекло,
разнообразные полимерные материалы, металл, бумаrу с пропит
кой, а также используют двухслойную тару, в которой различно
сочетаются вышеперечисленные материалы [41].
Однако по прежнему основным и наиболее распространен
ным видом тары для пищевых жидкостей является стеклянная.
Она химически устойчива, обеспечивает длительное, обуслов
'!енное видом и качеством caMoro продукта хранение ero без
ухудшения качества. Стекло не выделяет вредных для здоровья
вешеств, rиrиенично, хорошо защищает содержимое от фотохи
мическоrо воздействия, от различных заrрязнений. Прозрачность
стекла позволяет покупателю видеть продукт. С точки зрения
rерметичности укупоривания стеклянная тара не уступает метал
лической или пластмассовой, она rазонепроницаема и способна
выдержать значительное внутреннее давление, что особенно
важно для хранения напитков, содержащих диоксид уrлерода.
Недостатком стеклотары являются малая механическая проч
ность и относительно большая масса на единицу затрачиваемой
продукции [46].
Современные разливочные автоматы для ликеро водочных
изделий, вина и друrих пищевых жидкостей последовательно
осуществляют ряд заданных технолоrических операций, дЛЯ BЫ
полнения которых необходимо, чтобы рабочие и холостые ходы
чередовались, а рабочие opraHbI периодически приходили в свои
исходные положения. Различаются три цикла движения техноло
rических машин: кинематический, рабочий и технолоrический.
Кинематическим циклом (Т к ) механизма называется период
между двумя последовательными моментами начала рабочих xo
дов:
Tk = ( р + t x Ноет, (5.] 2)
rде ( р время рабочеrо хода; ( х время холостоrо хода; t ocm Bpe
мя остановки.
Рабочим циклом (Т р ) машины называется период времени,
по истечении KOToporo машина выпускает вырабатываемое изде
лие. Часто рабочий цикл равен или кратен кинематическому.
378
379
В соответствии с указанным отличием и по конструктив
Hым признакам на рис. 5.6 приведена классификация разливоч
ных автоматов.
Действующий напор при розливе определяется уравнением
H==h+(Pl P2)/P, (5.13)
rде h высота столба жидкости, м; р J давление rаза над жидко
стью в расходном резервуаре или в дозаторе, МПа; Р2 давление
rаза в бутылке, МПа; р плотность жидкости, кr/M 3 .
Как правило, разливочные машины настраивают на один
тип бутылок. С конструктивной точки зрения различных типов
фасовочных машин сравнительно HeMHoro.
Современные разливочные автоматы являются в основном
устройствами карусельноrо типа, в которых на неподвижной CTa
нине с расположенными на ней механизмами установлен Bpa
щающийся расходный резервуар для приема жидкости с разли
вочными приборами и поплавковой системой, поддерживающей
при фасовке постоянный уровень продукта в нем. Модуль всех
разливных машин, т. е. отношение диаметра карусели к числу
фасовочных устройств, равен 35 мм.
Виноrрадные вина, ликеро водочные изделия, коньяки, co
ки можно фасовать на барометрических и вакуумных разливоч
ных автоматах. Практически все существующие отечественные
разливочные автоматы для тихих напитков по условиям фасовки
относятся к rpавитационным.
Фасовочная машина Тl BPA 6A (рис. 5.7) состоит из CTa
нины 2, карусели 3, механизмов заrpузки 4 и выrpузки 5.
Пустые бутылки подводятся к разливочному автомату пла
стинчатым конвейером и ЗaI'рУЗОЧНОЙ звездочкой подаются на
подъемные столики. Перед заrpУЗОLJНОЙ звездочкой установлен
делительный механизм шнековоrо типа. Подъемные столики
поднимают бутылки к фасовочным устройствам, бутылки при
этом центрируются колокольчиками.
Постоянный уровень жидкости в расходном резервуаре
поддерживается поплавком. Наполнение MepHoro стакана фасо
вочноrо устройства происходит при открывании наполнительно
ro клапана с помощью неподвижноrо BepxHero копира, YCTaHOB
ленноrо в передней части машины. По окончании фасовки столик
опускается по копиру , бутылки снимаются со столиков разrpу
зочной звездочкой и выставляются на конвейер.
380
)1
!а
=
0:1
IJ'
О
gj
1=:
о
-&
==
CJ
)1
i
:.=
()
Q)
g.
\с)
о
:s:
;
1:1
OПIа:odЛ aJ
:&Iюf..{dиro)1
OПIsodЛ aJ
:ИrюlAdиro)1
0lI
atnIOIAdиro)1
OПIsodЛ aJ
:ИrюlAdиro}1
ЛJvщo 0lI
:emrAdиtо)1
OПIsodЛ 00
:emrAdиto}1
0lI
3йIDL\dиto}1
a"ISrnlИШOЩ
aчннвuв1l)J
a"ISrnlИШOЩ
;ачннепвU)l
a"ISФIИКIDЩ
;ачннепвU)l
a"IаanкI)J
a"Iа:ФlИКlDЩ
irIННВIIV U)I
a"ISФIИКIDUOE
:rIНН8ПВU)I
:lAsamd)l
a"ISФIИКIDЩ
:rnIН1IШIU)I
a"ISФlИНI.OЩ
:rnIН1IШIU)I
a"IаanкI)J
::с
О
'--
0:1
::;;
О
f-<
'1:1
о:!
><:
::а
:I:
:r
о
'1:1
::s;:
м
о:!
о..
::s;:
о:!
:.:
:;:
-&
::s;:
u
u
о:!
:2
<r)
u
::s;:
381
......
RtнJuVQ
J//vqКОСI1lЦ
!I:
8(00
"5!.1тЬ/ПQ/I
1910
а
Рис. 5.7. Разливочный автомат:
а общий вид: 1 фасовочное УСIРОЙСТВО; 2 станина; 3 карусель;
4 механизм заrpузки бутылок; 5 механизм выrpузки бутылок; б раз
рез общеrо вида: 1 редуктор; 2 копир; 3 вращающийся стол; 4
подъемный столик; 5 платформа; 6 стойка; 7 фасовочное устройст
во; 8 трубка; 9 труба; 1 О расходный бак; 11 поплавок; 12 патру
бок; 13 кран; 14 КOJшектор; 15 копир; 16 шнек; 17 станина; 18
электродвиrатель
382
2
10
11
.;
4
,
б
Рис. 5.7. Окончание
/7
383
На выходе из машины установлена блокировка привода,
если падает бутылка при переrpузке укупорочной машины.
Расчетная часть
rде Z" количество приборов (подъемных столиков), OДHOBpeMeH
но работающих на наполнение бутылок; 1" время наполнения
бутылки жидкостью, с.
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процес
са дозирования пищевых жидкостей; знакомство с классифика
цией разливочных автоматов, их конструкциями и принципом
работы; выполнение расчета разливочноrо автомата.
3 а д а н и е: выполнить расчет разливочноrо автомата, если
заданы: Z количество наполнительных устройств, шт.; п часто
та вращения карусели, мин. 1 ; 1/1 коэффициент использования
рабочих позиций разливочных устройств; J1 коэффициент pac
хода, характеризующий сопротивление сливноrо тракта и физи
ческие свойства разливаемой жидкости; !отв - площадь выходноrо
отверстия наполнителя, м 2 ; Н высота столба жидкости в дозиро
вочном стакане, м; Z] число подъемных столиков, одновременно
перемещающихся по rоризонтальному участку копира, шт.; С/
усилие сжатой пружины, Н; С 2 - сила тяжести штока, столика с
подшипником, роликом и порожней бутылки, Н; G 3 сила тяже
сти штока, подшипника, ролика и бутылкой, наполненной жиk
костью, Н; С 4 сила тяжести rлавноrо вала с прикрепленными к
нему деталями, Н; D диаметр шарикоподшипника, м; d диа
метр окружности по центрам шариков подшипника, м.
ZH ==1fI' Z, (5.17)
rде 1fI == ZH / Z коэффициент использования рабочих позиций раз
ливочных устройств, равный отношению количества приборов,
одновременно работающих на наполнение, к общему количеству
приборов на карусели (1fI 0,3...0,6).
Время наполнения бутылки жидкостью, с,
2Q
'r H == /1' foтB 2gH '
(5.18)
Методика расчета
rде Q объем жидкости в стакане дозатора, м З (Q 5.10-4 м З );
J1 коэффициент расхода, характеризующий сопротивление
сливноrо тракта и физические свойства разливаемой жидкости
(J1 0,4...0,7); !отв площадь выходноrо отве р стия наполнителя
2 2 '
М ; g 9,81 м/с ускорение свободноrо падения; Н высота
столба жидкости в дозировочном стакане, м.
Время 1" является важнейшим параметром разливочных
машин и зависит от метода розлива и принципа дозирования
жидкости. Производительность разливочной машины является
функцией времени наполнения бутылки жидкостью, paBHoro
времени опорожнения MepHoro стакана дозатора.
Фактическая производительность Пф, бут/с,
П Z
ф
1 р2 . л . 'r н
rде л коэффициент запаса, учитывающий неточное определение
и изменение 1" при фасовке пищевых жидкостей (л 1,4).
Коэффициент использования технической мощности раз
ливочноrо автомата
s==Пф / Пт, (5.20)
При расчете разливочных автоматов необходимым элемен
том проектирования является определение следующих условий:
неопрокидывание и несоскальзывание бутылок, находящихся на
подъемном столике вращающейся карусели. При этом paCCMaT
ривается два варианта: для порожней и наполненной бутылки.
(5.19)
Теоретическая производительность разливочноrо автомата,
бут/с,
П Т ==zn==zw/ 2п, (5.14)
rде Z количество наполнительных приборов (разливочных YCT
ройств); п частота вращения карусели, c. l ; w уrловая скорость
карусели, рад/с.
Длительность одноrо оборота карусели, с;
Т==lI n==z/ П т . (5.15)
Расчетная производительность Пр, бут/с,
Пр == ZH / 'r н ' (5.16)
384
385
Условие неопрокидывания бутылок
d б
F цб . h 5: G б (5.21)
2
Условие несоскальзывания бутьток с подъемноrо стола
F цб < G б . fmp , (5.22)
rде F цб центробежная сила, действующая на бутылку, Н; h
высота центра тяжести бутылки, м (h == 0,095 м);
F цб == m.йl.R , (5.23)
rде w yrловая скорость вращения карусели, рад/с; R радиус
окружности по центрам подъемных столиков, м; (R == 0,28 м); m
масса бутылки, наполненной жидкостью, кr,
т== mб + m ж , (5.24)
rде mб масса пустой бутылки, кr (mб == 0,45 Kr); m ж масса ЖИk
кости, наполняющей бутылку, кr (m ж '= 0,500 j: 0,035 Kr); G б вес
бутылки, Н (Gб==m g); g == 9,81 м/с 2 ускорение свободноrо паде
ния; fтp коэффициент трения скольжения стеклянной бутылки о
материал столика ([тр '= 0,1).
Энерrия, расходуемая разливочным автоматом, затрачива
ется на перекатывание роликов подъемных столиков по копиру И
вращение карусели автомата.
Сопротивление Р] от перекатывания роликов по rоризон
тальному участку копира, Н,
Р] == 2j(G j +G 2 )(2k + f.d)/ D, (5.25)
rде 2] число подъемных столиков, одновременно перемещаю
щихся по rоризонтальному участку копира; G] усилие сжатой
пружины, Н; G 2 сила тяжести штока, столика с подшипником,
роликом и порожней бутылкой, Н; k коэффициент трения каче
ния шарикоподшипника ролика, м; k == 0,005 м; f условный коэф
фициент трения скольжения подшипника (f '= 0,15); d диаметр
окружности по центрам шариков Подшипника, м; D диаметр
шарикоподшипника, м.
Сопротивление Р 2 на участке подъема штока с учетом уrла
подъема копира, Н,
Р2 == {(G] + Gз ).siпa + cosa 2k + fd J , (5.26)
D cos а
rде G з сила тяжести штока, подшипника, ролика и наполненной
бутылки, Н; а уrол подъема профиля копира, rpад, а'= 450.
Сопротивлением движению ролика на участке копира с
опусканием штока можно пренебречь. Суммарное сопротивление
р движению всех роликов, одновременно находящихся в KOHTaK
те с копиром, Н,
Р==Р]+Р 2 . (5.27)
Мощность N], кВт, расходуемая на перекатывание роликов
по копиру
N j ==JO 3 Р.д , (5.28)
rде д линейная скорость перемещения столиков, М/С (19 == w.R).
Мощность N 2 , кВт, расходуемая на вращение карусели без
учета сопротивления роликов
N 2 ==JO 3G4 .fвп.dj.W, (5.29)
rде G 4 сила тяжести rлавноrо вала с при крепленными к нему
деталями, H;.rв условный коэффициент трения скольжения под
шипн"ка (.fв '= 0,1); d] диаметр окружности по центрам шариков
упорноrо подшипника rлавноrо вала, м (d] == d); w уrловая CKO
рость вращения rлавноrо вала, рад/с.
Суммарная мощность N на rлавном валу разливочноrо aB
томата, кВт,
N =( N j + N 2 )/ 17 к ' (5.30)
rде 17к кпд подшипников качения (17к '= 0,98).
Мощность электродвиrателя привода разливочноrо aBTOMa
та N дв , кВт,
Nдв == К. N / 17пр , (5.31)
rде К коэффициент пуска (К == 1,15); 17пр кпд привода (17пр '=
'= 0,8).
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно практической работе оформляется в COOT
ветствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrаются теоретические
основы процесса розлива пищевых жидкостей, классификация
разливочных автоматов и краткая характеристика методов розли
ва;
386
387
расчетную часть, в которой Приводится расчет разливоч
Horo автомата по предлаrаемому варианту (табл. 5.2 ), описание
конструкции и принципа действия разливочноrо автомата, YKa
занноrо в индивидуальном задании;
rpафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо
типа автомата и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
1. Для чеrо предназначены разливочные автоматы и какие
пищевые жидкости разливают в стеклянные бутылки?
2. Какова классификация разливочных автоматов?
3. Чем характеризуются методы розлива пищевых жидкостей?
4. Что такое модуль разливочных машин?
5. Какие основные конструктивные элементы характерны для
всех разливочных автоматов?
6. Что называется кинематическим, рабочим и технолоrическим
циклами автомата?
7. Чем отличаются автоматы, дозирующие жидкости по объему и
по уровню?
388
"
N
v1
::f
::s::
tO
Е--<
<r: .
со \D ("fj ,.......,
:<: ",J: :<: ::Z:: I N """""
:т :::<r:NN
v :т о
f-< О :S:d,NN sp..N.
о.. <r:uu о colI)u
v о u ::< p..
u ::<II) [ со
::r со е ....
е
00V)00 f5
.::;; V)
6600000000000000
gg g . .
Q::;;6660000000000000
N
'::s::
::s::
::I:
м
:а
:I:
..Q
@
::s::
Q:I
::s::
\::1:
::I:
::s::
:а
f-<
8
::s::
0000r--00r--00'DV)V) !;:;
= V) NN
oooooor--ооr--ОО'D оо !;:;
O=
c5
'D'DV)V)'DV)V)
'DV)V)V)'D 00
N NNN ......NN NN
V)'D'Dr--0о V)'DV)'D'Dr--0о 'Dr--
N а
g . . . .
::;; ooooooooooo
..,.
о
...........
''0 ::g
Е
00 О ..... N . . vl r-- vl . . N
00...:....:.....................................................................
':I: 8 8 !;:; g. 8. :;
::s;: "' 'DV)V) V)
::g
'DooONV)oo'Doo'Doog
N а N N N N , " "
о:!
& O N V)'D
......N OO ..........................................
О ::s;:
g.
'1:1 I
389
390
r"!
v1
f-<
CI)
::s::
:I:
g:!
:I:
о
О
N
:х: ....... /"""""\
::r:: I \Ij ("f'I
v :r ::;::<r:N<'i
f-< о
о.. S::r: u .
v о "'O?
::r' u
'" :;: р-
е f--<
.,.,0 о.,., о.,., о
::;; .,., \о r--'<t .,., .,., r--
r') r') r') r') r') r') r') r') с')
<5 00 о 00 00 о
N О oo'<t Оon 000 О
Q ::;; r-- 00 00 0\ r-- 00 00
r') r') r') с') r') с') с')
о о 00 о о 00 о
с5:!: v) о v) v) on v)
'<t '<t с') r') r')
0\ N r') v) '<t N
N r') с') r') r') r') r') с') с')
cSх .,., \о 00 r-- r-- 00 'D
0\ N r') v) \о 0\
N
:!: \о 00 r-- r-- ас 00 00 \о
0\ 'D v) r') N О 0\
с5:!: 'D v) v) \о \о v) v) v)
0\ N 00 0\ r') '<t N
N N N N N N
t:; v) 'D \о r-- 00 0\ v) \о \о
а
о v) о о о о о
::;; v) N v) 'D r-- 00 v)
N N N N N N N N N
О О о о о о о о о
" .
о
........... О. 0\ 00 v). \о. r-: v). r--.
" ::;; о о
'7 v) \о 8. v) 8 r-- v) 'D 8.
:I: N v). v) v). N v).
::s;: 'li ."f ."f 'li
::g v) v) r') v) v)
N \о 00 О N v) 00 'D 00 О
а N N N N C'!
'"
o..f-<
V :I:
::g '" r-- 00 0\ o N r') '<tv)
О ::s;: N N N N N N
x
Этикетировочные автоматы классифицируют по ряду призна
ков: характеру движения рабочих opraHoB (периодические и непре
рывно действующие), способу перемещения обрабатываемоrо объ
екта (карусельные и линейные), конструкции этикетопереносчика
(рычажный и вакуумно барабанный); количеству и виду наклеивае
мых этикеток (с одной или двумя этикетками, с кольереткой или без
нее) [46].
Процесс нанесения штучных бумажных этикеток на стеклян
ную тару состоит из следующих основных операций: вывод этике
ток из маrазина, пере нос этикеток на передающий opraH (этикето
переносчик), нанесение штемпеля на этикетку, нанесение клея на
этикетку, передача этикетки на бутылку, разrлаживание этикетки на
бутылке [7].
Последовательность операций может быть изменена в зави
симости от выбранной конструкции этикетировочноrо автомата.
Этикетировочный автомат ВЭМ (рис. 5.8) предназначен для
наклеивания этикеток на цилиндрическую поверхность бутылок и
стеклянных банок с одновременной простановкой штемпеля на эти
кетках с указанием даты и смены выпуска продукта. Он состоит из
пластинчатоrо транспортера 1, вакуум барабана 2, механизма Mara
зина этикеток 7, клеевой ванны 5, станины 3 с при вод ом штемпель
Horo 6 и блокировочноrо устройств, комплекта оrpаждений и BaKY
YM Hacoca [23].
Пластинчатый транспортер предназначен для перемещения
бутылок (или банок) по автомату в процессе этикетирования. Он
представляет собой дистанционное устройство, выполненное в виде
шнека, и HaKaTHoro транспортера, состоящеrо из приводноrо, Ha
тяжноrо и шести опорных роликов, соединенных пятью прорези
ненными ремнями.
rЛАВА3. ОБОРУДОВАНИЕ для МЕХАНИЗАЦИИ
ФИНИШНЫХ ОПЕРАЦИЙ
РПР К!! 1. РАСЧЕТ ЭТИКЕтиРовочноrо АВТОМАТ А
Теоретическая часть
391
I
IШI
1/50
'"
,
i
I
I
1':
f
i
I
,
Шнек распределяет поступающие на оклейку бутылки и CBoe
временно выдает их к этикетопереносчикам вакуум барабана. Ha
катный транспортер приводит бутылку во вращение, обеспечивая
тем самым разrлаживание этикетки на ее цилиндрической части.
Для поджатия бутылок к этикетопереносчику и накатному тpaHC
портеру в процессе накатки этикетки и ее разrлаживания служат
подушки из мяrкой ryбчатой резины.
Вакуум барабан является основным рабочим ортаном aBTOMa
та и предназначен для переноса этикетки от этикетноrо маrазииа к
бутьтке и накатки ее на бутылку, для чеrо он оснащен шестью ти
кетопереносчиками. Вакуум барабан вращается на вертикальной
оси и снабжен золотниковым устройством, распределяющим BaKY
ум по этикетопереносчикам. Рабочая поверхность этикетоперенос
чика оклеена слоем резины и представляет собой часть цилиндра,
на которой удерживается взятая из маrазина этикетка. На рабочей
поверхн'ОСТИ этикетопереносчика имеются отверстия. Они в опре
деленный момент соединяются с вакуум системой, обеспечивая
присасывание этикетки к рабочей поверхности.
Этикетный механизм предназначен для помещения в нем за
паса этикеток и передачи их на вакуум барабан. Привод этикетноrо
механизма состоит из механизмов качания и поступательноrо дви
жения этикетноrо маrазина. Сложное движение этикетноrо мarази
на обеспечивает правильную передачу этикеток из маrазина на Ba
куум барабан и блокировку «Нет бутылки нет этикетою).
Находящиеся на транспортере автомата бутьтки расставля
ются шнеком с определенным шаrом и поступают далее по Kaca
тельной к вакуум барабану. Одновременно этикетный маrазин при
движении вперед и по направлению вращения вакуум барабана Ha
жимает роликом на клапан, соединяя отверстия присосов этикето
переносчиков с вакуумом. Вследствие равенства скоростей BaKYYM
барабана и этикетноrо механизма на определенном участке пути их
движения этикетка присасывается к этикетопереносчику передним
краем и при замедлении движения этикетноrо маrазина в конце ето
рабочеrо хода извлекается.
Клеевая ванна предназначена для нанесения клея полосами на
внутреннюю сторону этикетки в момент прохождения ее в зоне
клеевой ванны. Привод клеевой ванны обеспечивает вращение
клсевоrо и намазноrо роликов и качательное движение ванны. Ka
чательное движение создает предпосылки для создания блокировки
J080
15.0
I
,/00
J
э
/100
Рис. 5.8. Этикетировочный автомат:
1 пластинчатый транспортер; 2 вакуум барабан; 3 станина; 4 шнек;
5 клеевая ванна; 6 штемпельное устройство; 7 механизм мarазина
этикеток
392
393
«Нет этикетки нет клея». В момент нанесения клея этикетка при
держивается на вакуум барабане rpебенкой.
Штемпелирующий механизм совершает качательное движе
ние, позволяющее осуществить блокировку «Нет этикеток нет
штемпеля». Механизм блокировки «Нет этикетки нет клея» и «Нет
этикетки нет штемпеля» предназначен для предупреждения зама
зывания клеем и штемпельной краской поверхности этикетопере
носчика при отсутствии на нем этикетки.
Частота вращения шнека, скорость движения транспортера и
частота вращения вакуум барабана обеспечивают синхронность
движения этикетки и бутылки, а исходное относительное положе
ние пера шнека и этикетопереносчика вакуум барабана точную
встречу бутылок и этикетки. При встрече бутылка входит в клин
между подушкой из rубчатой резины и вакуум барабаном и захва
тывается им, поскольку уrол клина меньше уrла трения резины о
стекло. Этикетка накатывается на бутылку, т. к. В момент встречи
этикетки и бутылки вакуум перекрывается и присосы этикетопере
носчика сообщаются с атмосферой.
Бутылки, попадая между накатным транспортером и второй
подушкой из ryбчатой резины, движутся, вращаясь BOKpyr своей
оси, со скоростью, равной скорости движения транспортера. При
этом происходит разrлаживание этикетки на бутылках.
Внутри станины размещен привод механизмов автомата, co
стоящий из электродвиrателя и системы передач, а также BaKYYM
насос с электродвиrателем.
п.Q
йJб := 1800u '
rде Q производительность, бут/ч; и количество cerMeHToB этике
топереносчиков, шт. (и == 6 шт.).
Скорость перемещения бутылок шнеком V ш , м/с,
V Ш := t..йJ ш .
rде t шar шнека, м (принимается равным диаметру бутылок);
W ш уrловая скорость врашения шнека, рад/с.
Скорость движения пластинчатоrо транспортера V тp , м/с,
v := k. v (5.34)
тр Ш'
rде k коэффициент, учитывающий проскальзывание бутьшок на
транспортере (k == 1,2...1 ,3).
Уrловая скорость вращения ведущеrо ролика HaKaTHoro
транспортера определяется из условия равенства линейных c opo
стей H KaTHoro транспортера и качения бутылки по резиновои по
душке WJ, рад/с,
(5.32)
(5.33)
Ы] ==D б .Wб / D з ,
rде Dб и D3 диаметр барабана и ведущеrо ролика, м.
Уrловая скорость намазноrо ролика должна соответствовать
уrловой скорости BaKYYMHoro барабана для обеспечения оптималь
ных условий нанесения клея на этикетку. Уrловая скорость враще
ния ролика l1Jp, рад/с,
(5.35)
Расчетная часть
Ы р =D б .Wб/Dн.р'
rде D H . p диаметр намазноrо ролика, м (D H . p == 0,040 м).
Определение расхода мощности. Расчет энерrии, потребляе
мой линейным этикетировочным автоматом типа ВЭМ, сводится к
определению всех затрат мощности, необходимых для привода Ka
ждоrо механизма:
N := N м + N п + N н + N к + N б + N тр , (5.37)
rде N м' N п' N н' N к' N б, N тр соответственно мощность, He
обходимая для привода механизмов качания маrазинов, механиз
мов перемещения маrазинов, HaKaTHoro транспортера, клеевоrо Me
ханизма, BaКYYMHoro барабана, эластичноrо транспортера.
Мощность, необходимая для привода механизмов качания
этикетных мarазинов N"" кВт,
N M := NMZ +N M 2.
(5.36)
Ц е л ь р а б о т ы: изучение классификации этикетировоч
ных автоматов, их конструкций и принципа работы; выполнение
расчета этикетировочноrо автомата.
3 а д а н и е: выполнить расчет этикетировочноrо автомата,
если заданы: Q производительность, бут/ч; w.u уrловая скорость
вращения шнека, рад/с; D3 диаметр ведущеrо ролика, м; D бут
диаметр бутылки, м; D б диаметр BaKYYMHoro барабана, м.
Методика расчета
(5.38)
Уrловая скорость вращения BaKYYMHoro барабана Wб, рад/с,
395
394
rде N MJ мощность, необходимая для привода кулачковых механиз
мов, кВт,
N м] = 1 o 3 FJ . rJ . ())к , (5.39)
здесь Fz усилие на ролике, Н (F J = 45 Н); rz расстояние от точки
приложения силы до оси рычаrа, м (rJ == 0,018 м); Щ, уrловая CKO
рость вращения кулачка, рад/с; N M2 мощность, необходимая на
преодоление трения ролика, кВт,
N M2 =10 3 FJ' f '!'n '())к 'r K / rp' (5.40)
здесь f коэффициент трения скольжения стали по бронзе (j == 0,8);
r n , r" и rp соответственно радиусы пальца, кулачка и ролика, м (r n
== 0,004 м, r" == 0,030 м и rp == 0,006 м).
Мощность, расходуемая на перемещение маrазинов, включает
мощности, необходимые для привода механизмов качания рычаrа,
перемещения плиты и кассеты (в расчете прими те N n == 0,2 кВт).
Мощность, необходимая для привода HaKaTHoro транспортера
N",кВт,
N H =NHJ +N H 2 +N н з, (5.41)
rде N HZ мощность, расходуемая на трение скольжения бутьшки по
резиновой подушке, кВт; N H2 мощность, расходуемая на скольже
ние бутылки по накатным ремням, кВт; N нз мощность, pacxoдye
мая на преодоление различных сопротивлений, кВт.
На накатной транспортер бутылки поступают с шаrом (.
При длине транспортера L на нем одновременно находится
количество бутылок, шт.,
К = L/t . (5.42)
Скольжение бутылки по резиновой подушке происходит при
увеличении длины опорной плоскости подушки на l = lacb lab
(рис. 5.9, а). С усилием q, Н, бутылка вдавливается в подушку на
половину cBoero диаметра (обычно q == 600...800 Н в зависимости от
вместимости бутылки).
Увеличение длины l, м, опорной поверхности подушки при
поrpужении в нее бутылки
п' D бут те
l= 2 Dбут =Dбут(2 1). (5.43)
ш
Рис. 5.9. Схема для расчета мощно
сти, затрачиваемой на преодоление
сопротивления движению бутьuuюк
по резиновой подушке (а), ДВИЖе
нию бутылки по HaKaTHblМ ремням
(б)
а
б
Скорость скольжения бутылки по транспортеру, м/с,
V = V mp .ZjD бут'
rде v mp скорость движения пластинчатоrо транспортера, м/с.
Мощность на преодоление сопротивления сил упруrости по
душки одной бутылкой, кВт,
N' =P'V mp '
rде р усилие перемещения бутылки вдоль транспортера, Н,
Р = Q' fc ' (5.46)
здесь !с == 0,4 коэффициент трения скольжения стекла по резине;
q усилие, с которым бутылка вдавливается в подушку на половину
cBoero диаметра (обычно q == 600...800 Н, зависит от вместимости
бутылки), Н.
Окончательный расход мощности, кВт, на преодоление cu
противления сил упрyrости подушки бутылками
N//J =10 3 P'Vmp.K.
Резина накатных ремней деформируется под
тылки на rлубину h == 0,003 м (рис. 5.9, б).
Увеличение длины опорной плоскости ремня, м,
Zр=Rбут.аjЗ, (5.48)
rде R бут радиус цилиндрической части бутылки (R бут == D бут /2), м;
а половина уrла контакта, рад;
а = arccos l( R бут h) I Rбут J.
Скорость скольжения бутьшки по ремням, м/с,
V p ==v mp .Zр/Dбym' (5.50)
Мощность на преодоление сопротивления бутьшок движению
ремней, кВт,
(5.44)
(5.45)
(5.47)
давлением бу
(5.49)
N //2 = 10 3 k J . Р . V р ,
(5.51)
396
397
rде k] коэффициент запаса (k] == 1,05...1 ,08).
Для расчета мощности, затрачиваемой на преодоление сопро
тивлений поддерживающих, направляющих и ведущеrо роликов, а
также потерь мощности на изrиб ремней разбиваем трассу HaKaTHO
ro транспортера на участки (рис. 5.10).
Натяжение в точке 3
.J
s17
2
Рис. 5.10. Схема для расчета
мощности, затрачиваемой на
преодоление сопротивления
движению HaKaTHoro тpaHC
портера
SЗ == S2 +W2 3' (5.55)
Сопротивление на участке 3 4 равно нулю, следовательно,
S4 == S 3 . (5.56)
Окружное усилие на ведущем ролике
р == S4 == SI +W4 /, (5.57)
rде 54 натяжение в точке 4; W 4 .] сопротивление на участке 4 1;
сВо 2, о
R Z
W4 1 == d (5.58)
1 со о.р. ( /2)
/4 sтп
R Z D2
Мощность, необходимая для преодоления сопротивлений при
движении HaKaTHoro транспортера, кВт,
N н3 = 1O 3 р. V в . р ' (5.59)
rде v B . p окружная скорость ведущеrо ролика, м/с,
V в . р =0,5 .D3 '(J)p, (5.60)
rде D3 диаметр ведущеrо ролика, м.
Определение мощности, необходимой для привода клеевой
ванны. Мощность, затрачиваемая клеевым механизмом, кВт,
N K ==NKI +N K 2 +N к з, (5.61)
rде N,,] мощность, необходимая для привода кулачка, кВт,
N KI =10 3 Fp .rкул '(J)K' (5.62)
rде Рр усилие на ролике, Н (Р р == 200 Н); rкул плечо силы Рр OTHO
сительно оси кулачка, м (r кул =' 0,026 м); (J)" уrловая скорость Bpa
щения кулачка, рад/с.
Потери мощности на трение в ролике, кВт,
N K 2 =1O 3 Рр' 15 .r п .(J)K .r K / rp' (5.63)
rде fs коэффициент трения скольжения (fs =' 0,08 при трении брон
зы по стали); r n радиус пальца ролика, м (r n =' 0,004 м); r" мини
мальный радиус кулачка, м (r" =о 0,034 м); rp радиус ролика, м (r p ==
=' 0,006 м).
Мощность, кВт, затрачиваемая на вращение клеевоrо и Ha
мазноrо роликов, зависит от консистенции клея:
N к3 = 1O 3 F кл . r K . p . (J) р , (5.64)
399
'1
ФФ<l>Ф;ФФ
Принимаем натяжение в точке 1 равным 5] =' 180 Н. Тоrда Ha
тяжение ремней в точке 2
52 == SI +W/ 2, (5.52)
rде W].2 сопротивление на участке 1 2;
т. 13 . ( 11 + 12 ). d ц
W/ 2 (5.53)
D тp . p
здесь т количество поддерживающих роликов (т == 6); Jз =' 0,05 M
коэффициент трения качения ролика; jj коэффициент трения каче
ния (для шарикоподшипников jj =о 0,05...0,01 м); h коэффициент
трения скольжения для ленты (h == 0,05); d ц диаметр цапфы, м (d ц ==
=' 0,05 м); Dтp.p диаметр ролика транспортера, м (D тp . p =' 0,022 м).
-Сопротивление на участке 2 3 складывается из потерь на из
rиб ремней
s: d cB s: 2 'r o
Си 2 .f о.р . ( /2) и
+ J4 sт\a
R Z D2 R Z
W2 3 =' d S2 + d ' (5.54)
l 14 siп(a/2) l 14 siп(a/2)
R Z D2 R Z D2
rде с безразмерный коэффициент (для резиновых ремней с == 0,5);
о толщина ремней, м (О=' 0,014"м); R радиус направляющеrо po
лика, м (R == 0,02 м); z показатель степени (для резиновых лент z ==
== 1,3); h коэффициент трения качения (для роликов с шаРИКОПОk
шипникамиh =о 0,025 м); d o . p диаметр оси ролика, м (do.p== 0,005 м);
D 2 диаметр направляющеrо ролика, м (D 2 == 0,06 м); 1'0 допусти
мое напряжение, МПа (для резиновых ремней 1'0 == 0,8 МПа); В
общая ширина ремней (В == 0,075 м); а == 160...170° уrол охвата.
398
rде F IOl сопротивление клея, Н (F IOl == 25 Н); r K . p радиус клеевоrо
ролика, м (rk-р == 0,034 м); wp yrловая скорость вращения ролика,
рад/с.
Определение расхода мощности на вращение ваКУУМНО20 ба
рабана. Мощность, необходимая для привода BaKYYMHoro барабана
N б , кВт,
N б ==( N бl +N б2 +N бз )/1J п . c ' (5.65)
rде 1Jп.c == 0,95 КПД подшипника скольжения; NБI мощность, pac
ходуемая на преодоление трения в упорном шарикоподшипнике,
воспринимающем наrpузку всех вращающихся частей, кВт,
N бl ==lO з F подш . 16 .r'(J)б, (5.66)
здесь F подш наrpузка на rrодшипники, Н (F подш == 150 H);.f6 == 0,01
приведенный коэффициент трения скольжения; rд.з радиус иска
золотниковоrо устройства, м (rд.з == 0,014 м); (J)б уrловая скорость
вращения aKYYMHoro барабана, рад/с; N б2 мощность, затрачивае
мая на преодоление трения трубы о неподвижный диск золотнико
Boro устройства, кВт,
Порядок оформления отчета
Отчет о расчетно практической работе оформляется в cooт
ветствии с требованиями, изложенными в [20], и включает в себя:
цель работы;
теоретическую часть, в которой излаrается классификация
этикетировочных автоматов;
расчетную часть, в которой приводится расчет этикетиро
вочноrо автомата по предлarаемому варианту (табл. 5.3 ), описание
конструкции и принципа действия этикетировочноro автомата, YKa
занноrо в индивидуальном задании;
rpафическую часть, в которой дается чертеж заданноrо типа
автомата и спецификация к нему.
Контрольные вопросы
з d З d З
N б2 == 1O F д . f п.н п.в (J)
по ш 7 2 2 б,
d п . H d п . в
здесь h коэффициент трения скольженияil'7 == 0,097 при трении
чуryна по бронзе); d п . H наружный диаметр опорноrо кольца под
шипника, м (dn'H == 0,10 м); d п . e виутренний диаметр опорноrо коль
ца подшипника, м (dn.e == 0,04 м); N бз мощность, расходуемая на
преодоление трения подвижноrо диска о неподвижный, кВт,
d З d
N lO з f З.Н З.в
БЗ F подш . 7 2 2 (J)б,
d З . Н dз.в
здесь d з . н наружный диаметр золотника, м (d з . н == 0,05 м); d з . в BHYT
ренний диаметр золотника, м (d з . в == 0,03 м).
ощность, необходимая для привода пластинчатоrо тpaHC
портера, кВт,
N тр == Р тр . V тp / 1J тp ' (5.69)
rде Р тр окружное усилие на ведущей звездочке транспортера, Н
(Р тр == 1250 Н); 1Jтp == 0,78...0,84 кпд привода транспортера.
(5.67)
1. Для чеrо предназначены этикетировочные автоматы?
2. Какова классификация этикетировочных автоматов?
3. Какие основные конструктивные элементы характерны для
всех этикетировочных автоматов?
4. Какие виды блокировки имеются на этикетировочных aB
томатах?
5. Из каких основных составляющих складывается мощность
привода этикетировочных автоматов?
6. Каковы устройство и принцип действия этикетировочноrо
автомата?
7. Каковы основные направления совершенствования KOHCT
рукции этикетировочных автоматов?
(5.68)
400
401
402
м
v1
::f
::s::
\о
Е--<
'::s::
::s::
:I:
м
:а
:I:
..Q
>.
::s::
Q:I
::s::
:I:
::s::
:I:
::s::
'" v) ...... 00 ,......, v)
.....
'" 1; lrJ I v1 1.0 lrJ
:.: ...... f--< ..... '<t ...... ......
I
U ::.::: u u u
::Е t:Q , ::.:: t:Q
'<t ("1 ("1
'"
I
::;;
'" Q..
'1:1 '" .
Q 1.0 1'-- 00 0'1 :if ...... ...... :if 0'1 00 1'-- 1.0 v1 ...... N .....
("1 ("1 ("1 ("1 '<t '<t ("1 ("1 ("1 ('f") ("1 '<t '<t '<t
v '"' '" о о о о о о о о о о о о о о о о о
о :I:
:I: '"
::s;: ::;;Ф
1:::(:>'
::;; '<t 0'1 ("1 lrJ О '<t 0'1 ("1 lrJ О '<t 0'1 «) v1 О 0'1 lrJ
CI) ,
:д . 1.0 00 0'1 0'1 ...... 1.0 00 0'1 0'1 ...... 1.0 00 0'1 0'1 ...... 00 0'1
О О О О ...... О О О О ..... О О О О ...... О О
::s;: !;, "" о о о о о о о о о о о о о о о о о
I:::(фQ
, I
V ::s;:
'1:1
О :::;;
о.. ' lrJ 1'-- 00 О ...... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 lrJ r-- 00 о ......
2Q 1.0 1.0 1.0 1'-- 1'-- 1'-- r-- 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- \о 1.0 1.0 1'-- 1'--
О О О О О О О О О О О О О О О О О
v '" О о о о о о о о о о о о о о о о о
:s:: S :<:
1:::(:>'
t:::t
,
о 5
:<:
u [
lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О. ц') 1.0 1'-- 00 0'1 О, "l 1.0 r-- 00 0'1
'1:1 О О о о о ...... о о о о о ...... о о о о о
о '"
..Q :<:
'"' f-< V
» U :I:
8.з
;kci
а 1з ;!' 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
'1:1 U 1:<
"" о :>. о N 00 :if N о N 1.0 00 О 0'1
8:а ф ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 '<t lrJ lrJ ц') v1 v1 1.0 lrJ
Q..
t:: v
f-<
'"
&
:::;; '" ..... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О ..... N ("1 '<t lrJ 1.0 1'--
О ::s;: ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
::r: о..
'"
'1:1
м
v1
\о
f-<
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
v) ..... ,......,
'" 00
'" 1; lrJ , ц')
:<: ...... f--< ,.....
u
u ::.::
::Е \Q t:Q I
("1 ("1
'" N
........
I
:>"
:<: '" :::;;
'" Q..
'1:1 '" ,
ф "" 0'1 :if ...... 0'1 00
oQ ("1 '<t ("1 ("1
v '"' '" о о о о о о о о
::;; о :I:
'" :I: '"
:s:: ::;;Ф
1:::(:>'
g ::;; '<t 0'1 ("1 lrJ О ('f") lrJ 0'1
v ' 1.0 00 0'1 0'1 ..... . 0'1 00
::;; :Q , о о о о ..... о о
'" !;, "" о о о о о о о о
фQ
, =
CI)
'1:1 а ::;;
о.. ' lrJ 1'-- 00 О ...... 1.0 '<t lrJ
О .., 1.0 1.0 1.0 r-- 1'-- g 1.0 1.0
'"' Q о о о о о о о
v '" О о о о о о о о
:<:
t:::t.
I
О
:.:
u [
ц') 1.0 1'-- 00 0'1 О. 1'-- 00
'1:1 '1:1 '" О о о о о ..... о о
о
1:: ..Q :.:
f-< v
» U :I:
&3
;kci
g 1з ;!' 8 8 8 8 8 8 8 8
'I:Iu.....
"" О !;, 1'-- lrJ ("1 ...... 0'1 lrJ ("1
8:а ф lrJ lrJ lrJ ц') '<t '<t '<t
5
f-<
'"
о.. ,..
v :I: О N '<t
::;; '" 00 0'1 ...... «) lrJ
О ::s;: ..... ...... N N N N N N
::r:
'1:1
403
БИБлиоrРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В учебном пособии рассмотрены теоретические положения,
классификация оборудования для осуществления KOHкpeтHoro Tex
нолоrическоrо процесса, схемы и конструкции этоrо оборудования,
расчетные формулы, достоинства и недостатки каждоrо аппарата
или машины, приведены контрольные вопросы. Материал практи
кума подобран из различных литературных источников и обработан
на единой методической основе, что позволяет уrлубленно изучать
курс «Технолоrическое оборудование» и активизировать самостоя
тельную творческую работу студента.
Полученные знания будут необходимы при профессиональ
ной подrотовке студентов по специальности «Машины и аппараты
пищевых производств», решении практических задач, непосредст
венно связанных с эксплуатацией и ремонтом OCHoBHoro технолоrи
ческоrо оборудования, а также с интенсификацией производствен
ных процессов.
Создание и внедрение в производство принципиально новой
техники, современных технолоrий и материалов, способствующих
повышению производительности оборудования, улучшению каче
ства выпускаемой продукции, экономии материальных ресурсов и
активной охране окружающей среды rлавная задача техническоrо
проrpесса, которую предстоит решать молодым специалистам в Ha
стоящее время и в перспективе.
1. Астанин Н.М. Бутылкомоечные машины. М.: Аrpопром
издат, 1986. 224 с.
2. Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р.
ПЛастинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машинострое
ние, 1973. 288 с.
3. Вайткус В.В. fомоrенизация молока. М.: Пищ. пром сть,
1967. 216 с.
4. fатилин Н.Ф. Проектирование хлебозаводов. М.: Пищ.
пром сть, 1975. 374 с.
5. fребенюк С.М. Технолоrическое оборудование сахарных
заводов. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1983. 342 с.
6. . fрязнов ВЛ. Практическое руководство по ректификации
спирта. М.: Пищ. пром сть, 1968. 192 с.
7. Зайчик У.Р., Трунов В.А., Яшин В.К Машины для фа
сования пищевых жидкостей в бутылки. М.: Аrpопромиздат, 1989.
239 с.
8. Зайчик У.Р. Сборник задач по расчетам оборудования ви
нодельческоrо производства. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1983.
200 с.
9. Касаткин A.f. Основные процессы и аппараты химической
технолоrии. 8 e ИЗД., перераб. М.: Химия, 1971. 784 с.
10. Климовский Д.Н., Стабников в.н., Смирнов В.А. TeXHO
лоrия спирта. М.: Пищ. пром сть, 1967. 452 с.
11. Кожуховский И.Е. Зерноочистительные машины. М.:
Машиностроение, 1965. 220 с.
12. Колесник Б.f., Лысенко ВЛ., Пароходько АЛ. Справоч
ник механика caxapHoro завода. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1983.
264 с.
13. Колесников В.А., Нечаев Ю.f. Теплосиловое хозяйство
сахарных заводов. М.: Пищ. пром сть, 1980. 392 с.
14. Коренев А.М., Харитонов ВЛ. Практикум по холодильной
технолоrии пищевых продуктов и холодильной технике. М.: Ar
ропромиздат, 1986. 191 с.
15. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технолоrическое оборудование
предприятий бродильной промышленности: Учеб. Воронеж: Изд
во Воронеж. YH Ta, 1997. 624 с.
404
405
16. Кретов И.Т., Остриков А.Н., Кравченко В.М. Технолоrи
чес кое оборудование предприятий пищеконцентратной промыш
лен ности: Учеб. Воронеж: Изд во Воронеж. YH Ta, 1996. 448 с.
17. Липатов н.н., Новиков ОЛ. Саморазrpужающиеся сепа
раторы. М.: Машиностроение, 1975. 247 с.
18. Лисовенко А.Т. Технолоrическое оборудование хлебоза
водов и пути ero совершенствования. М.: Леr. и пищ. пром сть,
1982. 208 с.
19. Маклюков И.И., Маклюков В.И. Промышленные печи
хлебопекарноrо и кондитерскоrо производства. 4 e изд., перераб. и
доп. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1983. 272 с.
20. Методические указания к оформлению расчетно
проектных, расчетно rpафических работ, курсовых и дипломных
проектов / Воронеж. roc. технол. акад.; Сост. Ю.Н. Шаповалов, B.r.
Савенков, Е.В. Вьюшина. Воронеж, 1997. 21 с.
21. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материа
лов. М.: Химия, 1988. 352 с.
22. Назаров н.и. Технолоrия макаронных изделий. М.: Пищ.
пром сть, 1978. 288 с.
23. Оборудование пищеконцентратноrо производства: Справ.
/ В.А. Воскобойников, В.М. Кравченко, И.Т. Кретов и др. М.: Ar
ропромиздат, 1989. 303 с.
24. Оборудование спиртовых заводов / СЛ. Колосков, ВЛ.
Яровенко, В.Н. Стабников, Б.А. Устинников. М.: Пищ. пром сть,
1975. 296 с.
25. Островский Э.В., Эйдельман Е.В. Краткий справочник
конструктора продовольственных машин. 3 e изд., перераб. и доп.
М.: Arpопромиздат, 1986. 621 с.
26. Парфенопуло M.r., Остриков А.Н., Шевцов А.А. Практи
кум по курсу "Технолоrическое оборудование пищевых произ
водетв": Учеб. пособие / Воронеж. технол. ин т. Воронеж, 1993.
96 с.
27.Практикум по расчетам оборудования хлебопекарноro и
MaKapOHHoro производств / М.Е. Чернов, В.М. Хроменков, Ю.А. Ka
лошин и др.; Под ред. Ю.А. Калошина. М.: Аrpопромиздат, 1991.
16 с.
28. Прудиус Б.Б., Хоменко АЛ. Расчет оборудования caxap
ных заводов. М.: АrpОПРОМИЗ.J;\ат, 1985. 223 с.
29. Расчет и конструирование печей хлебопекарноro и конди
TepcKoro производств / А.А. Михелев, Н.М. Ицкович, М.Н. Сиrал,
А.В. Володарский. М.: Пищ. пром сть, 1979. 326 с.
30. POroB И.А. Электрофизические методы обработки пище
вых продуктов. М.: Аrpопромиздат, 1988. 272 с.
31. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и xo
лодильной промышленности. 4 e изд. / r.H. Данилова, в.н. Фи
латкин, M.r. Щербов, Н.А. Бучко. М.: Колос, 1995. 303 с.
32. Сиrал м.н. и др. Оборудование предприятий хлебопе
карной промышленности. М.: Arpопромиздат, 1985. 296 с.
33. Силин П.М. Технолоrия сахара. М.: Пищ. пром сть, 1967.
625 с.
34. Система научноrо и инженерноrо обеспечения пищевых и
перерабатывающих отраслей АПК России / А.Н. Боrатырев, В.А.
Панфилов, В.И. Тужилкин и др. М.: Пищ. пром сть, 1995. 528 с.
. 35. Соколов АЯ. Основы расчета и конструирования машин и
автоматов пищевых производств. М.: Машиностроение, 1969.
639 с.
36. Сурков В.Д., Липатов н.н., Золоти н ЮЛ. Технолоrиче
ское оборудование предприятий молочной промышленности. 3 e
изд., перераб. и доп. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1983. 432 с.
37. Технолоrическое оборудование консервных заводов / М.е
Аминов, МЯ. Дикис, А.Н. Мальский, А.К rладушняк. М.: Пищ.
пром сть, 1986. 319 с.
38. Технолоrическое оборудование пищевых производств /
Б.М. Азаров, Х. Аурих, С. Дичев и др.; Под ред. Б.М. Азарова. М.:
Arpопромиздат, 1988. 463 с.
39. Технолоrическое оборудование предприятий по хранению
и персработке зерна / А.Я. Соколов, В.Ф. Журавлев и др. 5 e изд.,
перераб. и доп. М.: Колос, 1984. 445 с.
40. Флауменбаум БЛ. Теоретические основы стерилизации
консервов. 2 e изд., испр. и доп. Киев: Выща шк. Изд во при Ки
ев. YH Te, 1981. 196 с.
41. Харитонов Н.Ф., Ярмолинский Я.А. Автоматы и поточные
линии розлива вин М.: Машиностроение, 1967. 248 с.
42. Холодильная техника. Теплофизические основы получе
ния искусственноrо холода: Справ. М.: Пищ. пром сть, 1980.
232 с.
406
407
43. Чернов М.Е., Медведев r.M., Неrpуб ВЛ. Справочник по
макаронному прОИЗБОДСТВУ. М.: Леr. и пищ. пром сть, 1984. 304 с.
44. Чернов М.Е. Оборудование предприятий макаронной
промышленности. М.: Аrpопромиздат, 1988. 264 с.
45. Шишацкий Ю.И., Семенов Н.Ф., Федоров В.А., Востри
ков с.в. Справочник механика дрожжевоrо завода. М.: Arpопром
издат, 1987. 295 с.
46. Ярмолинский Д.А., Зайчик У.Р. Элементы конструкций
автоматов линий разлива вин. М. : Машиностроение, 1974. 256 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
408
409
::f
::S::
\о
Е--<
410
N
::s;: gj
:Е
о :I:
:I: v
S
U gj
,.. gj
g '1:1
gj :I: О :I: :I:
v v
S '"' v S
v о
::;; v '1:1 V V (!)
::s;: :Q v :Q :Q :Q
о.. :I: '1:1 '1:1 '1:1 :I: :I:
t:: :Е о v о о :Е :Е
'"' :Q '"'
v о '"' о v v v
:Q ф '1:1 '1:1 О '1:1 Ф Ф Ф
g о '1:1 @ g
о.. :<: v
о U
,.. t::
О == v :I: :I: :I:
:<: v v :Q v v v v
'1:1 ::r :Q '1:1 :Q ::r ::r ::r
'1:1 о '1:1
::s;:. о ..Q :<: о
:.: :I: U :<:
:<: U :Е fl U
м fl fl
v v
8- ф
12
v 5
'1:1
U ::r
ci' О О О 8 :if lrJ О lrJ
U '"' :if О lrJ N lrJ r--
:<: lrJ '<t lrJ ("1 '<t '<t '<t
:Е о о' о о о о о о
",'
:I:
::s;: ::g 00 00 00 00 00 00 00 00
s ::g ..о ..о ..о ..о ..о ..о ..о ..о
а
r--<
ci'
:I:
::s;: ::g N О 00 О lrJ 00 00 00
::;; 00 0'1 0'1 '" 00 0'1 0'1 0'1
а
ci'
:I: ::;; '<t lrJ :if lrJ r-- :if :if lrJ
::s;: ::;; 1.0 1.0 1.0 ("1 1.0
...... ..... ..... ..... ...... ..... ..... .....
I
V ::g
;!'
'1:1
О N ("1 0'1 О ...... N ("1 r--
v О О О ...... ...... ..... ...... ......
;; О О О О О О О О
..... ..... ...... ...... ...... ..... ...... .....
t:: ::;;
t:: 12
U
:.:
CI)
!;Е
::S::
:::r
>::S::
CI)
!;Е
о
:I:
:а
:I:
rJ
Q:I
О
р..
CI)
м
CI)
р..
.е<
:а
1::
::S::
Е--<
::f
::S::
\о
Е--<
N
N
::f
::S::
:а
:I:
:I:
о
:.:
::s
'"
::f
'"
::;;
О
:I: lrJ О "1
..Q I lrJ О
0'1 ..... .....
о ("1
о
;:g
.
t::
'" О
::f
g о О
'" :if 1.0
::g , I 00
о N
lrJ N
Е: ("1 N
00
0'1
N
::g
::g
v
::g t '" '"
& '" :I: 15
:I:
::g ::s;: U
V '" :Q
:Q ::s;:
:I: t:::t '1:1
f-<
'"
ф
'"
.....
:а
р..
CI)
::g
р..
CI)
:а
:I:
f-<
::S::
\о
CI)
:а
:I:
Q:I
О
:I:
u
О
:s:
::s
::r
::Е
t6
I!)
о
:.:
=
:s:
S
о
Е-<
м
N
t::
::f
::S::
\о
Е--<
N
t:
>( ;>,
=
<> :s:
<> р.
I!) :S:
g. 3
11) 'i
iC ::Е
о '"
<> '"
0\
Р. ;>,
=
i:
<>
о f-<
= i2
..Q I!)
5 ::Е
Е-< :S:
а
а -ь
g.
f-< 11)
О 8
Е-< <>
о:: I!)
<> р.
:S:
о::
g
::r
:S:
::Е .
:< ::Е
::s ::Е ::Е
о I!)
.... '" ::s
;>'м =
Р. I ..Q
а а
!::
I!) о
::Е , ::Е
а
:<!::
.
N
g.
:t:
11)
.
t3'
N
::Е
о
t
::Е
'i
::Е
о
о
о 6. r..:
g S
15 v.
ш
о S !;
:<: 2 ::;;
;>, '1:1
S ::;; ,::;;:
ф о.. ::s;:
oz.t)
::S::
::s х
'" ::s;:
:.: а'::;;:
Q:I :а о
'"
f-< r..:
u S
Q:I 0..:<:
1s: О '1:1 v.
::g -9<,::;;: :<:
:а о ::s;: '1:1
'1:1 f-< '"
Q:I f-< U f-<
О uo..u
:.: v v '1:1
U CI) :r '1:1
::S:: S ::s;: f-<
::S:: а о
u ::s
::f fl<
::S::
Q:I
::S::
::s ::S:: r..:
S о S
:.:
:а 1:: u :<:'
::s;: о
:I: t:::t '1:1
S о '"
f-<
U
:I: u '1:1
::s;:
:::r
::s о
::s
:.: р..
:I:
fl<\::1: v
;!'
f-< v
:.: u
о..
v
;:g
::Ё а
::Е о..
о v'
'"
о ::s;:
v
'" t:::t
м ""
Е-< ::s::
о
о::
<>
Е-<
I!)
0000
("1......"""
0'1 1.0 .....
..... lrJ ......
0'I1rJ0
...... lrJ ......
NN'<t
00......
..... ...... ......
..Q
5 '"
IrJNIrJ
::g............ N '"
g&&&
t:Q
NON OO
NONI.O'<t
::::\O=('t")N
:::V)::: N
NONOO
ONONN
..............
::;; ::;; ::g ::;; ::;;
::;; ;:g ::;; ::;; ::;;
OI.OONN
... .... .... ..... .....
........ ...... ...... ...... .......
х
OOOON
M or)r-:
I
I
I
412
'<f:
N
I
t::
::f )::S::
::s:: ::s::
5
\0\::1:
gJ
Е--<
:а
:I:
:r
о
\о
>.
:I:
Q:I
О
::s
р..
о
.е<
::s
::s
00
0'1
N
;;;s
О
::s
::s::
::f
::s::
;;;s
:.:
u
::s::
р..
CI)
f-<
:.:
::;;
;:g
(1)'
::f
'"
::;;
'1:1
'::;;:
i5
(1)
'1:1
f-<o О N N'<t 00 8
00 ("1 r-- ..... r--
I.O '<t NN N 1.0
S
О
'1:1
f-<
U
(1)
:r
О
::.::
о
r--:-
::g "l (s!
0:1' О "l
lrJ (1)' or) lrJ "l lrJ
::s:
:I: (s! :Q (s! & lrJ lrJ
(1) (1)' :I: 1.0. (s! &
:r :I: (1)' (1)'
(1) :а (1) ("1 :Q :Q (1)' (1)'
u Ф '1:1 (s! ::s:
О О 5 :I: :Q
u :I: (1) :<: ф
::Е О :<: 12' .ш l.ш О
:Q Е u
1Ei S S О
:I: О О 12 12
(1)' с.. ::s: ::s:
'" :<: 1Ei 1Ei
:<: 1Ei О О
(1) '" О О с..с..
'" с.. с..
:s:
:Е
::f
::s::
\о
Е--<
v1
N
t::
т а б л и ц а п з.1
Состав кипящей водно спиртовой жидкости, образующerocJl
из нее пара и температура кипения этой жидкости при атмосфepвdм
давлении
:I:
Q:I
О
U
U
CI)
р..
1::
.
u
о
g.
1;(
u
CI)
::s::
ff
cr
::g
0:1'
::s:
:I:
'"
lrJ lrJ lrJ lrJ
О
U с"'! r<")C"'!
u
v1 О.,.; "';0
t:: ...... ..... N N
1з
u
8
О
:<:
U
::;; о
::;; """'
00 '"
"""' \о "l ...... S
(1) ("1 t::
::;; :а lrJ '"
o;:j r-- О
F} ф '<t
:Q о ..Q
:I: u '"
8 о :<: (1) '1:1
::: :Q ::Е S о
О u
'" :I: ::s: u
:.: 8 а ]
'"
о:: :Е u
(1) '" (1) t::
t:::t t:Q
м
::s::
Содержание спирта Температура Содержание спирта
в жидкости кипения, в па ах
% мас. % мол. ОС % мас. % мол
1 2 3 4 5
0,10 0,04 99,8 1,3 0,51
0,15 0,055 99,7 1,95 0,77
0,20 0,08 99,6 2,6 1,03
0,30 0,12 99,5 3,8 1,57
0,40 0,16 99,4 4,9 1,98
0,50 0,19 99,3 6,1 2,48
.0,60 0,23 99,2 7,1 2,90
0,70 0,27 99,1 8,1 3,33
0,80 0,31 99,0 9,0 3,73
0,90 0,35 98,9 9,9 4,12
1,00 0,39 98,75 10,75 4,51
2,00 0,79 97,65 19,7 8,76
3,00 1,19 96,65 27,2 12,75
4,00 1,61 95,80 33,3 16,34
5,00 2,0] 94,95 37,0 18,68
6,00 2,43 94,15 41,1 21,45
7,00 2,86 93,35 44,6 23,96
8,00 3,29 92,60 47,6 26,21
9,00 3,73 91,90 50,0 28,12
10,00 4,16 91,30 52,2 29,92
11,00 4,61 90,80 54,1 31,56
12,00 5,07 90,50 55,8 33,06
13,00 5,51 89,70 57,4 34,51
14,00 5,98 89,20 58,8 35,83
15,00 6,46 89,00 61,0 36,98
16,00 6,86 88,30 61,1 38,06
17,00 7,41 87,90 62,2 39,16
18,00 7,95 87,70 63,2 40,18
19,00 8,41 87,40 64,3 41,27
413
Продолжение табл. П 3.1
Продолжение табл. П-З.l
1 2 3 4 5
20,00 8,92 87,00 65,0 42,09
21,00 9,42 86,70 65,8 42,94
22,00 9,93 86,40 66,6 43,82
23,00 10,48 86,20 67,3 44,61
24,00 11,00 85,95 68,0 45,41
25,00 11,53 85,70 68,6 46,08
26,00 12,08 85,40 69,3 46,90
27,00 12,64 85,20 69,8 47,49
28,00 13,19 85,00 70,3 48,08
29,00 13,77 84,80 70,8 48,68
30,00 14,35 84,70 71,3 49,30
31,00 14,95 84,50 72,7 49,77
32,00 15,55 84,30 72,1 50,27
33,00 16,15 84,20 72,5 50,78
34,00 16,77 83,85 72,9 51,27
35,00 17,41 83,75 73,2 51,67
36,00 18,03 83,70 73,5 52,04
37,00 18,68 83,50 73,8 52,43
38,00 19,34 83,4 74,0 52,68
39,00 20,00 83,30 74,3 53,09
40,00 20,68 83,10 74,6 53,46
41,00 21,38 82,95 74,8 53,76
42,00 22,07 82,78 75,1 54,12
43,00 22,79 82,65 75,4 54,54
44,00 23,51 82,50 75,6 54,80
45,00 24,25 82,45 75,9 55,22
46,00 25,00 82,35 76,1 55,48
47,00 25,75 82,30 76,3 55,74
48,00 26,53 82,15 76,5 56,03
49,00 27,32 82,00 76,8 56,44
50,00 28,12 81,90 77,0 56,71
51,00 28,93 81,80 77,3 57,12
52,00 29,80 81,70 77,5 57,41
53,00 30,61 81,60 77,7 57,70
54,00 31,47 81,50 78,0 58,11
1 2 3 4 5
55,00 34,34 81,40 78,2 58,39
56,00 33,24 81,30 78,5 58,78
57,00 34,16 81,25 78,7 59,10
58,00 35,09 81,20 79,0 59,55
59,00 36,02 81,10 79,2 59,84
60,00 36,98 81,00 79,5 60,29
61,00 37,97 80,95 79,7 60,58
62,00 38,95 80,85 80,0 61,02
63,00 40,00 80,75 80,3 61,44
64,00 41,02 80,65 80,5 61,76
65,00 42,09 80,60 80,8 61,22
66,00 43,17 80,50 81,0 62,52
67,00 44,27 80,45 81,3 62,99
68,00 45,41 80,40 81,6 63,43
69,00 46,55 80,30 81,9 63,91
70,00 47,72 80,20 82,1 64,21
71,00 48,92 80,10 82,4 64,70
72,00 50,16 80,00 82,8 65,34
73,00 51,39 79,95 83,1 65,81
74,00 52,68 79,85 83,4 66,28
75,00 54,00 79,75 83,8 66,93
76,00 55,34 79,72 84,1 67,42
77,00 56,71 79,70 84,5 68,07
78,00 58,11 79,65 84,9 68,76
79,00 59,55 79,55 85,4 69,59
80,00 61,02 79,50 85,8 70,29
81,00 62,52 79,40 86,3 71,14
82,00 64,05 79,30 86,7 71,86
83,00 65,64 79,20 87,2 72,71
84,00 67,27 79,10 87,7 73,61
85,00 68,92 78,95 88,3 74,69
86,00 70,62 78,85 88,9 75,81
87,00 72,36 78,75 89,5 76,93
88,00 74,15 78,65 90,1 78,00
414
415
Окончание табл. П 3.1
т а б л и ц а П 3.3
Термодинамические свойства переrpетоrо пара прир == 100 кПа
1 2 3 4 5
89,00 75,99 78,60 90,7 79,26
90,00 77,88 78,50 91,3 80,42
91,00 79,82 78,40 92,0 81,83
92,00 81,82 78,30 92,65 83,15
93,00 83,87 78,27 93,4 84,70
94,00 85,97 78,20 94,2 86,40
95,00 88,15 78,18 95,05 88,25
95,57 89,41 78,15 95,57 89,41
Т а б л и ц а П 3.2
Температура (, ос У дельный объем пара ЭнтальпЮl пара i.
v, мЗ/кr кДж/кr
100 1,696 2676,5
110 1,745 2696,7
120 1,793 2716,8
130 1,841 2736,8
140 1,889 2756,6
150 1,937 2776,4
160 1,984 2796,2
170 2,031 2816,0
180 2,078 2835,7
190 2,125 2855,4
200 2,172 2875,2
210 2,219 2894,9
220 2,266 2914,7
230 2,313 2934,5
240 2,359 2954,3
250 2,406 2974,2
260 2,453 2994,1
270 2,499 3014,0
280 2,546 3034,0
290 2,592 3054,0
300 2,639 3074,1
310 2,685 3094,3
/
у пруrость водяных паров
(, ОС О м , Па (, ОС Dм,Па
О 610,5 40 7371,5
5 871,8 50 12330,2
10 1227,7 60 19861,7
14 1599,6 70 31192,2
16 1812,9 80 47321,5
18 2066,2 90 70115,8
20 2332,8 100 101308,0
25 3172,5 150 470880,0
30 4238,9 200 1500930,0
417
416
'<f:
м
t::
::f
::s::
\о t>::
::s::
Е--< 5
g
;:Q
u
:I:
::s::
::s::
:I:
f-<
u
О
u
Q:I
1::
О
О
:I:
о
Q:I
::s::
:а
Q:I
'"
u
)::S::
о
Q:I
U
CI)
::s::
:.:
u
CI)
:r
::s::
:I:
::s::
::s
е-
Е--<
418
12
!З
о .
а ....
(!) O'I'<tNIrJO'I'<tO'l""'NO'IO'<tOI.ON'<tO
f-<:I:ООмr-:оN..,f..,f..,fNоо..,fr-:oiоо..о,,:..,f
"'00о1rJ("101"--'<t......0о'<t.....1"--("10'1V1"""1.O
f-< ;:::;;:::;;:::;
:JS а
!2-
U о
'"
t::
'. 00 ("1 ("1 00 1.0 1"-- О ("1 1"-- О ...... 0'1 '<t '<t 0'1 1"-- 1.0
I g
1: .... , N N N N N N N N N N N N
gj'
t::
..Q.
. 0'1 0'1 О ("1 1"-- ("1 ...... N lrJ ...... ..... lrJ '<t 00 1"-- ("1
1S!:JS..,f......... .....1"--
:I:t:::t("1 8 b ("1
g("1("1'<t'<tIrJIrJIrJI.OI.01'--l"--ооооооO'lO'ls
12. '<t
ОN'<t.....NООооNI"--N'<tI.OI"--ОI.O.....O'I
::;;"' 1.01"--......0'I1.О00'l0'<t0'lIrJN......0О1'--1rJ
. 9- .("1."!, "l("1. N............... o qqo.
S("1N..........ooooooooooooo
'"
Ф
о ,
'::;;:
:JS' 8 8 с!; g ь s ;:::;
5а88888888888888888
'I:I00000000000000000
(!)
'" ("1("1IrJ...... O'Ioo1': ...... q
(!) d..:Мооо..:or)ооNNlrJlrJl"--оl"--
'<tl"--s ......0'I8 ("1
'" """1 \...... \' ...... \о r---- '/""""1 '/""""1 ......... N N ("'f")
1:::[
'"
",u o о 8 о о о :if о о о о о 8 о о о :if
& о..: 00 0'1 ..... N ("1 lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 ...... N ("1
t:: ..... ..... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... N N N N N
::;;
(!)
f--<
'<f:
м
I
t::
\о
f-<
CI)
::s::
:I:
:r
:I:
о
:.:
О
i
о .
; 1': N. 00. 1.0. ...... q 0'1. t"'! q "l N. "!, "l "l
f-<5Э("10N......IrJ("1("1I.О00IrJ("1NO'I.....
"'......I.OO'<t1'--ОN("1("1 N О O'lN("1......
"''I:II''--I.OI.OIrJ'<t'<t(''1N...... 001"--'<t.....
o ,......,......,...................................................
:JS а
!2-
U о
8
'"
t::
. lrJ N ("1 1.0 '<t '<t 00 1.0 lrJ ("1 ..... 1'-- 1"-- 1':
oi or) 00 00 or) 00' ..о oi or) N ..о or) or) о
O'IO'1oo1'--I.O'<tNO'II.ONI.O ("11rJ
N ;:::;
12
I
.
t::
..Q '. 00 О '<t О ("1 '<t 0'1 '<t lrJ 00. ...... N. N.
@ or) or) or) r-: О . . . r-: 1.0 N ("1 1.0 0'1
f-< ("1оо("10'1 8 NO'I1'--1.00'I("1
:I: ............NN("1'<t'<tIrJIrJI.01'--ооО
CТ)CQ'...................................................................................................N
12 . lrJ 1.0 ("1 '<t 0'1 00 00 0'1 0'1 lrJ
""...... ONIrJ°IrJ......OOIrJNOool.O'<t("1
1""" "'1rJ'<t("1("1NN......................0 8 0 8
-: gqqqo.o о qqqqo. .с::. .
::;;"'00000000000000
(!) t::
Ф
о
, . lrJ 1"-- О ("1 1.0 О lrJ О 1.0 '<t '<t 0'1 ("1 ("1
..Q NN("1("1("1'<t'<tIrJIrJI.01'--ОО$::!
:= :а ...... ...... ...... ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... \...... \......
5 a88888888. 8. 8. &
t:::t'l:l06000000000000
>-
(!)
::s: '" 1.0 О ....... ....... ос:. 1'--.
::t $N
,.:' 1.01rJ'<t 1rJ00
, ....,'. '<t lrJ 1.0 1'-- 00 0'1
1:::[
1rJ001'--'<t(''1'<t
I.OO("11'--IrJОО
:2 S
...........................NN
'"
о..
U о о о о о о о о о :if о о о '<t
0..0 lrJ 1.0 1"-- 00 0'1 О ...... N ("1 lrJ 1.0 1'-- 1'--
g":N N N N N ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1 ("1
::;;
(!) I
f--<
419
v1
М
I
t::
::f
::s::
\о
Е--<
О
О
......
420
11
::s::
р..
1::
>.
м
О
Q:I
О
О
>.
u
6
>.
о
Q:I
О
О
:I:
!;Е
CI)
::s::
:I:
!;Е
р..
CI)
о
u
О
00о8 "l qr-'l O'IN
01'--....... .1'--1.O01.O1'--...... 00
.....1'--1rJ0r--1'--0'I1.О0о......1rJ.....0О0'l1'--1'--1rJ1.O I
.....NN("1 I.OOO..........NN("1IrJOO.....("1
Таблица П 306
Физические характеристики воздуха при давлении 0,1 МПа
8 1.00'I0'I("1NOO1'--0'<t1rJ1'--1'--ОN..... 0О 1'--
О '<T("100'<tI.ON'<tooIrJ.....N("1I.o1'--"l q
0'Ir-:моо"';м..,fо\0о8r--м or)":":
...........N("1'<tIrJ1'--...... N !;t$ООO'l
.....NIrJ
(, Uc У о l0 6 ,м 2 /с л о l0 2 ,Вт/(м к) Pr
О 13,28 2,44 0,707
100 23,13 3,21 0,688
200 34,85 3,93 0,680
300 48,33 4,60 0,674
400 63,09 5,21 0,678
500 79,38 5,74 0,687
600 96,89 6,22 0,699
700 115,4 6,71 0,706
800 134,8 7,18 0,713
900 155,1 7,63 0,717
1000 177,1 8,07 0,719
111)0 199,3 8,50 0,722
1200 233,7 9,15 0,724
1300 247 9,27 0,73
1400 273 9,65 0,73
1500 300 10,02 0,73
1600 327 10,38 0,74
1700 355 10,75 0,74
1800 384 11,10 0,74
1900 415 11,45 0,74
2000 448 11,86 0,74
2100 478 12,09 0,75
2200 511 12,44 0,75
.....'<t0'l("1'<t1rJ'<t0'l0'l1rJ0'I("11rJ1.01rJ'<t0'l'<t
ONO'INOIrJ("1.....1'--I.O("1I.О1'--NОNN
оо..о..:"О о\о\Nоооoir-:о\N ..,f..,f
.....NNN("1IrJI.OO'I ("11rJ
..... N
("1N.....O'IoI.OIrJ01.0 8 ..... 1rJ1rJ ("11rJ("11'--0'I
О'<t'<tN.....1'--...........("100 1'--.....ООIrJ1'--("1N
1'--or)о..,foior)..,for)о\r-:NМ"ОМ..,fNor)..,f'<t
'" ................N("1'<tIrJ1'--°("11'--("1......("1.....("100
...............N("1'<tI.OO'I
t:::t
м
О
'1:1
1з
u
о
:I:
'1:1
1rJ......'<t1'--ОIrJ...........1'--'<tI.OI.O......NООN1'--O'I
О 1.0 0'1 ....... ("1. r-'l N. "l """. N. r-'l 1.0.
l.O..,fooN 1.0..... 0'1 0001rJ1rJ......1rJ О...... 1'--("1"""00
...........NN("1IrJI.OOO
1'--......0О0'l'<t("100'l0.....1.O("10'11rJ1rJIrJNIrJ
OOO'<t° IrJ ......OI.ON1'--I.OO'I("1О'1IrJ("1............'<t
IrJМr-:о оо..,;..:..:Мoiо\"Оо"Ооо..,foiо
..................N("1'<tIrJI.OOO..... IrJ O'IIrJ'<tI.O("1
N
V
f-<
::s;:
U
О
:I:
О
0'I......'<t N ("11'--("10'<tООN("1......I.OIrJNОIrJ
:if00'l000'<t О 01.0 N'<tOOO N 0'10'1"""1.0("1
Mor)ooo..,fo\or)NN..,foo\or) o "Ooi
.................N("1'<tIrJ1'--ОО ...... N
0 ......N......0О 00О("11rJ0О1.O("10 0 1'--'<t1rJ1rJ
("1'<t00, NIrJ"""""'0'I001.O' ("11'--.....
("1 N..,f"OOO0..,fOO..,;...... oi":or)N..,fMo\..oo\
..................N("1("1IrJI.OOOS ;:::;
О """""" 0'11.0("1 01'--00 ("1 01rJ0 '<t1rJ("1 '<t1rJ.....
N lrJ 0'1 0'1("1..... '<t NOO '<t...........O'I1'--..... 00 IrJIrJ 00
":Nmor)r-:о\Nor)о..о("1":N..оN ..о
............NN("1'<tlrJl.Ooo......
01'--1'--0'I1'--1rJ1.01'--'<t1rJ 0 '<t1'--0'<t'<t"""ООN
:..... 1': """. 0'1 1.0 lrJ 1.0 О 00 .' N. ("1. 00 00 00 1.0 1.0
O........:NM..,f..or-:oNI.OОоооооr-:ооо\
..................NNN("1'<t1rJ1.O
cis5;)
о..
V"':OOIrJOIrJ
t:: "'...... N N ("1 ("1
8
:if g:2 6
О
......
421
422
r---
м
::f
::s::
\о
Е--<
о
о
......
'" ..... ..... '<t N ...... lrJ 1.0 lrJ lrJ 0'1 1.0 О N 0'1 '<t '<t
::;; 1.0 1.0 1.0 1'-- ("1 lrJ 00 N 1'-- ("1 ..... ...... 0'1 0'1 1'-- N
1:< 8. & ..... ...... ..... N N ('f) '<t v1 1.0 1'-- 0'1 N lrJ
:.: q q q О. О. О. О. О. q q q ..... .....
..... ..... ..... ..... ..... ...... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ...... ...... ..... ..... ..... .....
'" N lrJ '<t 1'-- lrJ ("1 '<t lrJ 1.0 1'-- 0'1 О ...... N N N ..... 0'1
. ::;; 1.0 0'1 ("1 1'-- N 1'-- lrJ ("1 ..... 0'1 1'-- 1.0 '<t N О 00 1.0 ("1
ct1:< "l """. """. ("1. N. N. ..... ..... ....... ...... ...... ....... О. О. О.
:.: ...... ..... ..... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ...... ..... ...... ..... ..... .....
. !2 N lrJ '<t 1'-- lrJ 1.0 00 :if ("1 1.0 0'1 ("1 00 N 00 ("1 0'1 lrJ
: 1.0 1'-- N 1'-- lrJ N О 00 1'-- lrJ '<t N ..... 0'1 00
"l ("1. N. N. N. N. ..... ..... ..... ..... ..... ..... О. О.
..... ...... ..... ..... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ...... ..... ..... ..... ..... .....
!2 '<t N ..... '<t '<t ..... ..... ..... 00 ("1 О ("1 '<t 0'1 ..... N '<t 1.0
.J N О 1.0 lrJ О 1.0 00 О ("1 N 0'1 00 v1 1.0. ..... 00 ..... 1'--
О oi 00 -.6 lrJ -.6 or)' ..,; '4 r-: N О ..... r-: r-: or)' О
lrJ N ..... oi ..... ("1 1.0 О lrJ
I I , I I ..... N ("1 lrJ 1'-- 0'1 ..... ..... ..... N N
::.::
;; О '<t 00 0'1 g 1'-- О N lrJ 1'-- О ("1 1.0 00 ("1
("1 N ..... ..... N lrJ О ..... ..... ...... ..... N N N N .....
u!. О О О О О О q N -.6 О ..,; 00 N -.6 1
lrJ ("1 N ...... ..,; 00 ..... ...... N N N ("1 ("1
I I I I I
::.::
. 1.0 1.0 1.0 & 1.0 ..... ..... N ("1 '<t lrJ lrJ
& & 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
8 8 О 8 О 8.
О О
..... ..... ..... ..... ...... ..... ..... ...... ...... ...... ......
...... ..... ...... ...... ...... ...... .....
lrJ ("1 ("1 00 ..... ("1 ..... v1 ..... '<t 1'-- ("1
:if ...... 00 ("1 00 ...... ......
. !2 1'-- N :if ...... N 0'1 '<t '<t ...... 00 N N 00 N 1.0 '<t
1:< N 1'-- ("1 "!, 00 q 1'-- 00 "l 00 ...... '<t q N lrJ N ......
О О N 1.0 -.6 00 ...... ..,; oi ..,f ...... oi N 00
О О О О ...... lrJ ..... ...... ...... N ("1 ("1 1.0 1'--
. 0'1 О lrJ ...... "l О 00 '<t v1 1.0. ...... 0'1 00 О.
1.0 N 00 0'1
= " '" 1.0 0'1 ("1 0'1 О N N ..... r-: -.6 N 00 ("1 ..,f .....
("1 ("1 1.0
t:: 00 N r-: N' oi ..... ..... 1'-- :if ..... ("1 00 1'-- lrJ 1'-- ......
О lrJ 1.0 00 О 00 ("1 0'1 1'-- !;t 0'1 ("1 ......
...... ("1 ...... ...... ...... N N ("1 lrJ 1'-- 0'1
..... N .....
..:}> О :if О О О '<t N 1.0 О '<t 00 N 1.0 :if
lrJ ("1 N ...... О 00
I I I , I ..... ..... N N N ("1 ("1
11
З
о
Q:I
О
О
:I:
!;Е
Q:I
;:Q
::s
t::
00
м
6
::f
:s:
\о
Е--<
...
Q.,
ooOO("1I.ON1'--V1("1.....O'I00I.O NОООI.O N
NNN............OOOOO'lO'lO'lO'lO'lO'loooooooo
r--r--1'--1'--1'--1'--1'--r--1'--1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.O
0000000000000000000
Ъ ("1g g8 gs
........... N. OO ...... N ..,;or)'-.6"Or-- 00 О..: N ("1or)'r-:o
NNNN N
t::
:.:
о
о
.
О I.ON1'--Nr--NI.O.....I.O""'I.O""'I.O"""IrJO'Iооr---V1
......"'..,;or)'or)'''O-.6r-:r-:ооооoioiоо........:..: ..,f
t::.................................................................NNNNNNNN
11
:s:
р..
1::
>.
\::1:
м
О
Q:I
О
О
>.
u
Q:I
f-<
u
)::S::
о
Q:I
u
CI)
:s:
:.:
u
CI)
:r
:s:
м
::s::
е+
ъ 1'--ООO'lN ооо'<tO'l("1r--NI.ONO'II.OОО("1О'1
...... ..,;..оr-:ООО..:N..,;or)'r-:ООО..: "ОО
....................................NNNNNNN("1("1("1("1
<:'
Ъ:':: '<tN О 00 1.0 ...... 0'1 1'--1.0("1 О 1.0 lrJ ("1 ...... '<t
...... q.......N. N ("1 lrJ lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 0'10 ...... N r-'l
E:<NNN N N N N N' N N N м м ("1 мм
t:Q
::.::
. «) ("1 0'1 0'1 lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ lrJ 0'1 0'1 0'10'10'1("11'--
...... ...... 8. 8. 8. 8. 8. 8. 8. 8. О 8. О 808............
u S q О. О. q .0. .qo.
...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..... ..... ...... ...... ""'""" 1"""1 ,......4,......4
."'::g :ri !;t :2 g О -;J..
IrJIrJ'<t("1("1NNN...........00080'10'100oo00
OOOOO
О О О О О О О :if О О О О О О О :if О
...:5;) lrJ ("1 ...... О N ("1 lrJ 1.0 1'-- 00 0'1 О N 1.0
I I I ..... ..... ..... ...... ......
423