Процессы и аппараты пищевых производств

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Теория подобия

Процессы и зависимости, описывающие рабочий процесс в шнековых прессах

Признаки, используемые для разделения систем

Массообменные аппараты с барботажем

Задача №1

Задача №2

Задача №3

Задача №4

Библиографический список

Теория подобия

Теория подобия. Она дает ответ на вопрос, как следует поставить эксперимент и обработать полученные результаты и на какие процессы их можно распространить, установить условия эксперимента, при которых число опытов будет минимальным; определить наименьшее количество измеряемых величин и правильно обработать результаты экспериментов, установить области применимости полученных результатов.

Процессы пищевой технологии сложны. В ряде случаев для их математического описания удается составить дифференциальные уравнения, которые, однако, как правило, неразрешимы.

Геометрическое подобие аппаратов заключается в том, что отношение всех сходственных размеров сравниваемых аппаратов является величиной постоянной. Например, если два аппарата (рис. 1) геометрически подобны, то

Наглядным примером геометрического подобия служат географические карты, которые различаются только масштабом.

Рис. 1. Геометрически подобные аппараты

Временное подобие заключается в том, что отношение между интервалами времени завершения аналогичных стадий процесса сохраняется постоянным.

Например, продолжительность нагрева смеси до температуры кипения в первом аппарате составляет , а во втором -- продолжительность испарения определенного количества воды составляет соответственно и .

Подобие физических величин имеет место при соблюдении геометрического и временного подобия. В этом случае говорят также о подобии полей физических величин [№1,с. 15].

Процессы и зависимости, описывающие рабочий процесс в шнековых прессах

Процессы в шнековых формообразующих прессах. В шнековых прессах реализуются следующие основные процессы: продвижение материала к матрице; нагрев материала с использованием наружных нагревателей или путем преобразования механической энергии его движения в тепловую; пластификация, или уменьшение вязкости, материала; продавливание материала через матрицу.

В одношнековых прессах решающим фактором, обеспечивающим перемещение материала, является взаимодействие материала со шнеком и стенками цилиндра. Это взаимодействие определяется значениями коэффициентов трения на соответствующих деталях. Для эффективной работы пресса трение о шнек должно быть малым, а о цилиндр -- большим. Иначе при некоторых значениях этих параметров возможно вращение материала вместе со шнеком без продвижения в осевом направлении.

В многошнековых прессах со шнеками, находящимися в зацеплении, поступательное движение материала не зависит от коэффициентов трения о поверхности; в них отсутствует и обратный поток. Движение материала побуждается перемещением в осевом направлении поверхности выступа одного из шнеков во впадине другого по мере их вращения. Это приводит также к отсутствию перемешивания материала в полостях шнека и к пульсациям подачи материала через матрицу в случае неравномерного заполнения каналов шнека на входе в него.

Зависимости, описывающие рабочий процесс в шнековых прессах. В зависимости от вязкости материала и конструктивных параметров пресса движение в нем может реализовываться и при наличии, и при отсутствии обратного течения. Модели таких течений различны. В ряде конструкций, например таких, в которых по длине шнека вязкость материала существенно изменяется, обе модели течения могут иметь место на различных участках шнека. В частности, при переработке пластических масс, переходящих от стеклообразного состояния к высокоэластическому и далее -- к вязкотекучему, модель движения без обратных токов соответственно переходит к модели течения с обратными токами. Поэтому рассмотрим закономерности таких течений в предельных случаях.

Силы, действующие в канале шнека, изображены на рисунке 2. На рисунке изображена модель без обратных токов.

Рис. 2. Силы, действующие в канале шнека при движении без обратных токов

Угол ц --угол подъема винтовой линии шнека. Силы, действующие на частицы перерабатываемого продукта в этой модели:

Rn -- сила давления рабочей поверхности лопасти шнека на материал;

Rp -- сила, обусловленная перепадом давлений вдоль канала шнека и стремящаяся вызвать обратное движение материала;

Rs -- равнодействующая сил трения материала о поверхность шнека, препятствующая движению материала;

Rz -- тангенциально направленная сила трения материала о поверхность неподвижного цилиндрического корпуса. [№2, c. 671-673].

Признаки, используемые для разделения систем

Неоднородные (гетерогенные) системы состоят из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть механически отделены одна от другой. Любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды (внешней фазы), в которой распределены частицы дисперсной фазы.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

В пищевой технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газовых неоднородных систем. Выбор метода их разделения обуславливается главным образом размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсной и сплошной фаз, а также вязкостью внешней фазы.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование, центрифугирование [№3, с. 68-69].

Признаками, используемыми для разделения однородных систем, являются:

различие растворимости жидкостей в жидкостях;

различие температур фазовых переходов ингредиентов;

изменение растворимости твердых веществ в жидкостях;

изменение сорбционной способности жидкостей;

различие влажности сушильных агентов при изменении внешних параметров;

задерживание твердых частиц на пористых мембранах в процессах ультрафильтрования.

Для разделения неоднородных систем используют следующие признаки:

различие плотностей составляющих неоднородной системы;

различие их магнитных свойств;

различие электрических свойств;

задерживание частиц дисперсной фазы на твердых перегородках;

невозможность объединения частиц белка при малых их концентрациях в суспензиях.

Можно назвать и другие признаки для разделения систем.

Признак различия температур фазовых переходов ингредиентов жидкостно-жидкостных систем используют в процессах либо выпаривания, либо перегонки. Выпариванию подвергают системы, температуры кипения компонентов которых существенно различаются. Систему доводят до кипения низкокипящего компонента, т. е. компонента, имеющего более низкую температуру кипения. При этом он интенсивно испаряется. В парах оказывается практически чистый кипящий компонент, а в оставшейся смеси продуктов соответственно повышается концентрация второго компонента. Перегонке подвергают системы, температуры кипения компонентов которых различаются менее сильно. При их кипении образуются пары, содержащие оба ингредиента жидкой смеси, но концентрация более летучего компонента в них выше. При многократном повторении кипения и конденсации таких бинарных систем они разделяются на две жидкие однородные системы, в одной из которых повышена концентрация одного компонента, а во второй -- второго.

Признак изменения растворимости твердых веществ в жидкостях используют в процессах кристаллизации и экстрагирования. В процессе кристаллизации, уменьшая растворимость твердого вещества, например охлаждением раствора, доводят его до состояния пересыщения и выпадения части растворенного вещества в виде кристаллов, В процессе экстрагирования продукт, состоящий из нескольких твердых веществ, помещают в растворитель. Проникая в твердый продукт, он растворяет один из компонентов смеси. В растворе он диффузией перемещается к поверхности, через которую переходит в окружающий растворитель. Выделение экстрагированного вещества в чистом виде осуществляется в других процессах.

Признак изменения растворимости жидкостей в жидкостях используют в процессе экстракции, или разделения смеси жидкостей. Прибавляя к смеси третью жидкость, растворимость одной из которых в ней повышена и которая впоследствии легко отделяется от исходной смеси, разделяют ее на две жидкие смеси. Далее оба ингредиента исходной смеси отделяют от третьей прибавленной к ним жидкости, называемой в данном процессе экстрагентом.

Признак изменения сорбционной способности жидкостей применяют в процессе десорбции растворов газов в жидкостях. Нагревая жидкость, насыщенную газом, десорбируют газ из нее.

Признак различия влажности сушильных агентов при изменении внешних параметров используется в процессах сушки. В них сушильный агент, которым в большинстве случаев является воздух, подогревают с целью уменьшения его относительной сухости, вводят в контакт с высушиваемым продуктом, и он отбирает из системы часть влаги.

Признак различия проникающей способности частиц сквозь пористые мембраны используют, например, в процессах ультрафильтрации растворов. Несмотря на то что раствор относят к гомогенным системам, выделение из него растворенных частиц происходит так же, как из гетерогенных, т. е. фильтрованием, но через фильтры с более мелкими отверстиями.

Признаки, используемые для разделения неоднородных систем, имеют общее свойство. Все они являются следствием наличия четких границ между дисперсной фазой и дисперсионной средой [№2, с. 241-243].

Массообменные аппараты с барботажем

Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки -- тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

В настоящее время в промышленности применяются разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов. По способу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить на колонны: 1) с тарелками со сливными устройствами и 2) с тарелками без сливных устройств.

Размещено на http://allbest.ru

Тарельчатые колонны со сливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств -- сливных трубок, карманов и т.п. Нижние колонны трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождение газа через сливное устройство.

Принцип работы колонн такого типа виден из рис. 3, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляются из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распределяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимопротивоположных направлениях. За последнее время все шире применяют сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом -- переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые.

Гидродинамические режимы работы тарелок. Эффективность тарелок любых конструкций в значительной степени зависит от гидродинамических режимов их работы. Поэтому до описания основных конструкций тарелок рассмотрим эти режимы.

В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают три основных гидродинамических режима работы барботажных тарелок: пузырьковый, пенный и струйный, или инжекционный. Эти режимы отличаются структурой барботажного слоя, которая в основном определяет его гидравлическое сопротивление и высоту, а также величину поверхности контакта фаз.

Пузырьковый режим. Такой режим наблюдается при небольших скоростях газа, когда он движется сквозь слой жидкости в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз на тарелке, работающей в пузырьковом режиме, невелика.

Пенный режим. С увеличением расхода газа выходящие из отверстия и прорези отдельные пузырьки сливаются в сплошную струю, которая на определенном расстоянии от места истечения разрушается вследствие сопротивления барботажного слоя с образованием большого количества пузырьков. При этом на тарелке возникает газо-жидкостная дисперсная система -- пена, которая является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения подачи газа. В указанном режиме контактирование газа и жидкости происходит на поверхности пузырьков и струй газа, а также на поверхности капель жидкости, которые в большом количестве образуются над барботажным слоем при выходе пузырьков газа из барботажного слоя и разрушении их оболочек. При пенном режиме поверхность контакта фаз на барботажных тарелках максимальна.

Струйный (инжекционный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа длина газовых струй увеличивается, и они выходят на поверхность барботажного слоя, не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг. Поверхность контакта фаз в условиях такого гидродинамического режима резко снижается.

Следует отметить, что переход от одного режима к другому происходит постепенно. Общие методы расчета границ гидродинамических режимов (критических точек) для барботажных тарелок отсутствуют. Поэтому при проектировании тарельчатых аппаратов обычно расчетным путем определяют скорость газа, соответствующую нижнему и верхнему пределам работы тарелки, и затем выбирают рабочую скорость газа.

Ситчатые тарелки. Колонна с сетчатыми тарелками (рис. 4) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1--5 мм. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3, нижние концы которых погружены в стаканы 4.

Рис. 4. Ситчатая колонна:

а - схема устройства колонны, б - схема работы тарелки, 1 - корпус, 2 - тарелка, 3 - переливная труба, 4 - стакан

Газ проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. При слишком малой скорости газа жидкость может просачиваться (или «проваливаться») через отверстия тарелки на нижерасположенную, что должно привести к существенному снижению интенсивности массопередачи. Поэтому газ должен двигаться с определенной скоростью и иметь давление, достаточное для того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелке и предотвратить стекание жидкости через отверстия тарелки.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном диапазоне нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок. В случае внезапного прекращения поступления газа или значительного снижения его давления с ситчатых тарелок сливается вся жидкость, и для возобновления процесса требуется вновь запускать колонну.

Разновидностью абсорберов с ситчатыми тарелками являются так называемые пенные абсорберы, тарелки которых, как указывалось, отличаются от ситчатых конструкцией переливного устройства. При одинаковом числе тарелок эффективность пенных аппаратов выше, чем эффективность абсорберов с ситчатыми тарелками. Однако вследствие большой высоты пены на тарелках гидравлическое сопротивление пенных абсорберов значительно, что ограничивает область их применения.

Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками (рис. 5). Газ на тарелку 1 поступает по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость.

На рис. 6 показана схема работы колпачка при неполном (а) и полном (б) открытии прорезей, причем в последнем случае колпачок работает наиболее эффективно» Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное значение, но желательно устройство узких прорезей, так - как при этом газ разбивается на более мелкие струйки, что спосооствует увеличению поверхности соприкосновения фаз. Для создания большей поверхности контакта фаз на тарелках обычно устанавливают значительное число колпачков, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Рис. 5. Схема работы колпачковой тарелки: 1 - тарелка, 2 - газовые патрубки, 3 - колпачки, 4 - сливные трубки	Рис. 6. Схема работы колпачка при неполном (а) и полном (б) открытии прорезей: 1 - тарелка, 2 - колпачок, 3 - газовый патрубок

Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Тарелка с радиальным переливом жидкости (рис. 7, а) представляет собой стальной диск 1, который крепится на прокладке 2 болтами 3 к опорному кольцу 4. Колпачки 5 расположены на тарелке в шахматном порядке. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным сливным трубкам 6, движется к центру и сливается на следующую тарелку по центральной трубке 7, затем снова течет к периферии и т. д.

Тарелка с диаметральным переливом жидкости (рис. 7, б) представляет собой срезанный с двух сторон диск 1, установленный на опорном листе 2. С одной стороны тарелка ограничена приемным порогом 3, а с другой -- сливным порогом 4 со сменной гребенкой 5, при помощи которой регулируется уровень жидкости на тарелке. В тарелке этой конструкции периметр слива увеличен путем замены сливных трубок сегментообразными отверстиями, ограниченными перегородками 6, что снижает вспенивание жидкости при ее переливе.

Рис. 7. Колпачковая тарелка с различными переливами жидкости:

а - радиальный перелив: 1 - диск, 2 - прокладка, 3 - болты, 4 - опорное кольцо, 5 - колпачки, 6 - периферийные переливные трубки, 7 - центральная сливная труба; б - диаметральный перелив: 1 - диск, 2 - опорный лист, 3 - приемный порог, 4 - сливной порог, 5 - сменная гребенка, 6 - перегородка, 7 - колпачки

Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми, более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.

На рис. 8 показана распространенная конструкция штампованного капсюльного колпачка. Он состоит из патрубка, который развальцован в отверстии тарелки 2, и планки 3, приваренной к верхней части патрубка. К планке с помощью болта 4 крепится колпачок 5 диаметром 80--150 мм, закрепляемый на требуемой высоте контргайкой.

Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление, трудность очистки. Поэтому колонны с колпачковыми тарелками постепенно вытесняются новыми, более прогрессивными конструкциями тарельчатых аппаратов.

Клапанные и балластные тарелки (рис. 9). Эти тарелки получают за последнее время все более широкое распространение, особенно для работы в условиях значительно меняющихся скоростей газа.

Рис. 8. Устройство капсюльного колпачка: 1 - паровой патрубок, 2 - тарелка, 3 - поперечная планка, 4 - болт, 5 - колпачок	Рис. 9. Клапанные тарелки: а, б - с круглыми клапанами, в - с пластинчатым клапаном, г - балластная: 1 - клапан, 2 - кронштейн-ограничитель, 3 - балласт

Принцип действия клапанных тарелок (рис. 9. а, б) состоит в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан 1 с изменением расхода газа своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа и тем самым поддерживает постоянной скорость газа при его истечении в барботажный слой. При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно. Высота подъема клапана ограничивается высотой кронштейна-ограничителя 2 и обычно не превышает 8 мм. Пластинчатые клапаны (рис. 9, в) работают так же, как и круглые. Они имеют форму неравнобокого уголка, одна из полок которого (более длинная) закрывает прямоугольное отверстие в тарелке.

Балластные тарелки (рис. 9, г) отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким круглым клапаном 1 и кронштейном-ограничителем 2 установлен на коротких стойках, опирающихся на тарелку, более тяжелый, чем клапан, балласт 3. Клапан начинает подниматься при небольших скоростях газа. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упирается в балласт и затем поднимается вместе с ним. Балластные тарелки отличаются более равномерной работой и полным отсутствием провала жидкости во всем интервале скоростей газа.

Достоинства клапанных и балластных тарелок: сравнительно высокая пропускная способность по газу и гидродинамическая устойчивость, постоянная и высокая эффективность в широком интервале нагрузок по газу. Последнее достоинство является особенностью клапанных и балластных тарелок по сравнению с тарелками других конструкций. К недостаткам этих тарелок следует отнести их повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана или балласта. Известны разновидности клапанных и балластных тарелок, отличающиеся конструкцией клапанов (балластов) и ограничителей.

Пластинчатые тарелки. Эти тарелки, в отличие от тарелок, рассмотренных выше, работают при однонаправленном движении фаз, т. е. каждая ступень работает по принципу прямотока, что позволяет резко повысить нагрузки по газу и жидкости, в то время как колонна в целом работает с противотоком фаз. В колонне с пластинчатыми тарелками (рис. 10) жидкость (движение которой показано на рисунке сплошными стрелками) поступает с вышележащей тарелки в гидравлический затвор 1 и через переливную перегородку 2 попадает на тарелку 3, состоящую из ряда наклонных пластин 4. Дойдя до первой щели, образованной наклонными пластинами, жидкость встречается с газом (пунктирные стрелки), который с большой скоростью (20--40 м/сек) проходит сквозь щели. Вследствие небольшого угла наклона пластин (бт = 10--15°) газ выходит на тарелку в направлении, близком к параллельному по отношению к плоскости тарелки. При этом происходит эжектирование жидкости, которая диспергируется газовым потоком на мелкие капли и отбрасывается вдоль тарелки к следующей щели, где процесс взаимодействия жидкости и газа или пара повторяется. В результате жидкость с большой скоростью движется вдоль тарелки от переливной перегородки 2 к сливному карману 5. В данном случае нет, необходимости в установке переливного порога у кармана 5, что уменьшает общее гидравлическое сопротивление тарелки.

Рис. 10. Пластинчатая тарелка:

1 - гидравлический затвор, 2 - переливная перегородка, 3 - тарелка, 4 - пластины, 5 - сливной карман

Таким образом, пластинчатые тарелки работают так, что в отличие от тарелок других конструкций жидкость является дисперсной фазой, а газ -- сплошной, и контактирование жидкости и газа осуществляется на поверхности капель и брызг. Описанный гидродинамический режим газожидкостной дисперсной системы на контактной тарелке может быть определен как капельный или капельно-брызговой.

Этот режим позволяет резко повысить нагрузки по жидкости и газу в колоннах с пластинчатыми тарелками.

Помимо работы пластинчатых тарелок в интенсивном капельном режиме к числу их достоинств относятся: низкое гидравлическое сопротивление, возможность работы с загрязненными жидкостями, низкий расход металла при их изготовлении. На тарелках этого типа уменьшается продольное перемешивание жидкости, что приводит к увеличению движущей силы массопередачи. Недостатками пластинчатых тарелок являются: трудность отвода и подвода тепла, снижение эффективности при небольших расходах жидкости. В настоящее время разработан ряд других конструкций тарелок с однонаправленным движением жидкости и газа, описание которых приводится в специальной литературе.

Колонны с тарелками без сливных устройств (рис. 11). В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку -- «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки [№4, с. 449-456].

Рис. 11. Колонна с тарелками без сливных устройств:

1 - колонна, 2 - тарелки, 3 - распределитель жидкости

Задача №1

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

аппарат шнековый клапанный тарелка сито

Исходные данные:

Предпоследняя цифра шифра	4	Последняя цифра шифра	9
с, кг/м3	500	n, об/мин	10
б, є	9	R, м	0,5
м	0,7	h, м	0,05

Дано:

с - насыпная масса материала, 500 кг/м3;

б - угол наклона барабана к горизонту, 9є;

м - коэффициент разрыхления материала, 0,7;

n - число оборотов барабана, 10 об/мин;

R - радиус барабана, 0,5 м;

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

Рис. 12. Схема барабанного сита:

1 - вал привода; 2 - барабан-короб; 3 - сито

с - насыпная масса материала;

б - угол наклона барабана к горизонту;

м - коэффициент разрыхления материала;

n - число оборотов барабана;

R - радиус барабана;

h - высота слоя материала на сите.

Q = 0,72?0,7?500?10?tg(2?9)? = 2520? 0,3249=

818,748 ? 0,004 = 2,7 т/ч

Сравним полученное значение производительности барабанного сита с 3,0 т/ч, приведенными в условии: 2,7 < 3,0 т/ч, значит барабанное сито с заданными параметрами непригодно для просеивания 3,0 т/ч муки.

Ответ: непригодно.

Задача №2

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

Предпоследняя цифра шифра	4	Последняя цифра шифра	9
r, мм	6	с, т/м3	1,4
б, є	22	h, мм	25
f	0,3	ц	0,5

Дано:

r - эксцентриситет, 6 мм = 0,006 м;

б - угол наклона пружинного грохота к вертикали, 22є;

f - коэффициент трения материала о сито, 0,3;

с - насыпная масса материала, 1,4 т/м3 = 1400 кг/м3;

h - высота слоя материала на сите, 25 мм = 0,025 м;

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

Рис. 13. Схема гирационного грохота:

1 - пружина; 2 - сито; 3 - вал-вибратор; 4 - эксцентриситет

Частота вращения вала гирационного грохота:

об/мин.

r - эксцентриситет;

б - угол наклона пружинного грохота к вертикали.

Скорость продвижения материала по ситу:

м/с.

r - эксцентриситет;

б - угол наклона пружинного грохота к вертикали;

f - коэффициент трения материала о сито.

Площадь сечения материала на грохоте S:

 м2.

S - площадь сечения материала на грохоте;

v - скорость продвижения материала по грохоту;

с - насыпная масса материала;

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

Длина грохота b:

м.

h - высота слоя материала на сите.

Ответ: длина грохота b = 1,33 м.

Задача №3

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

Предпоследняя цифра шифра	4	Последняя цифра шифра	9
n, об/мин	1200	фр, с	50
mб, кг	290	с, кг/м3	1580
d, мм	120	mс, кг	380

Дано:

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

H - высота барабана, 500 мм = 0,5 м;

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

n - частота вращения барабана, 1200 об/мин;

mб - масса барабана, 290 кг;

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

фр - время разгона барабана, 50 с;

с - плотность утфеля, 1580 кг/м3;

mс - масса суспензии, 380 кг.

Рис. 14. Схема к определению величины давления на стенки барабана

Перевод частоты вращения барабана в угловую скорость:

рад/с.

n - частота вращения барабана.

Мощности N1, N2, N3 и N4:

кВт.

щ - угловая скорость вращения барабана;

rн = r2 - наружный радиус барабана;

mб - масса барабана;

фр - время разгона барабана.

Толщина кольцевого слоя утфеля:

H - высота барабана;

rн = r2 - наружный радиус барабана;

с - плотность утфеля.

Внутренний радиус кольца утфеля (по рисунку 14):

м.

rн = r2 - наружный радиус барабана.

Мощность на сообщение кинетической энергии утфелю:

щ - угловая скорость вращения барабана;

r1 - внутренний радиус барабана;

r2 - наружный радиус барабана;

фр - время разгона барабана.

mс - масса суспензии;

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

Фактор разделения в барабане центрифуги:

.

Динамическая нагрузка на подшипники:

Н.

m - масса барабана с суспензией (m = mб + mс);

f - коэффициент трения в подшипниках (для расчетов 0,01);

Ф - фактор разделения.

Мощность на преодоление трения в подшипниках:

кВт.

щ - угловая скорость вращения барабана;

d - диаметр шейки вала;

f - коэффициент трения в подшипниках (для расчетов 0,01).

Мощность на преодоление трения барабана о воздух:

D - внутренний диаметр барабана;

H - высота барабана;

n - частота вращения барабана.

Подставить полученные значения мощностей в формулу:

кВт.

Ответ: мощность на валу центрифуги N = 29,94 кВт.

Задача №4

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

Предпоследняя цифра шифра	4	Последняя цифра шифра	9
t, єС	68,68	ц, %	55

Дано:

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

t - температура воздуха, 68,68 єС;

ц - относительная влажность воздуха, 55 % = 0,55.

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

для t = 68,68 єС рнас = 0,03 ат · 9,81·104 = 29430 Па.

Влагосодержание воздуха:

ц - относительная влажность воздуха;

р - общее давление воздуха;

pнас - давление насыщенного пара при той же температуре.

Энтальпия влажного воздуха:



1,01 - теплоемкость воздуха при с = const кДж/(кг·К);

1,97 - теплоемкость водяного пара;

2493 - удельная теплоемкость парообразования при 0 С;

t - температура воздуха по сухому термометру;

ч - влагосодержание воздуха.

Объем влажного воздуха:

м3/кг.

- газовая постоянная для воздуха, равная 288 Дж/(кг·К);

Т - абсолютная температура воздуха (Т = 273 + t).

Ответ: влагосодержание ч = 0,12 кг/кг, энтальпия I = 385,01 кДж/кг и объем влажного воздуха v = 1,17 м3/кг сухого воздуха.

Библиографический список

1. Лекции по Процессам и Аппаратам БГАУ, Уфа/Россия, 2007. - 57 с.

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

3. Процессы и аппараты пищевых производств: конспект лекций по курсу ПАПП Часть 1. Иванец В.Н., Крохалев А.А., Бакин И.А., Потапов А.Н. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2002. - 128 с.

4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -- М.: ООО ТИД Альянс, 2004. -- 753 с.

Размещено на Allbest.ru

...