По предмету “Процессы и аппараты

3. ПЗ 3 – Расчет основных характеристик оборудования для обработки материалов давлением 19

4. ПЗ 4 – Определение гидростатического давления на дно и стенки

аппарата 28

5. ПЗ 5 – Изучение устройства отстойника, расчет его производитель-

ности и площади осаждения 34

6. ПЗ 6 – Определение тепловых нагрузок и средней разности темпера-

тур для различных случаев теплообмена 40

8. ПЗ 9 – Изучение принципа работы теплообменных аппаратов 52

9. ПЗ10 – Определение потери воды на барометрический конденсатор, геометрических размеров корпуса и барометрической трубы 61

10. – Список использованных источников 67

Практическое занятие № 1

Расчет производительности и затрат энергии измельчающих и терочных машин

Цель работы

1.1. Изучение конструкции и принципа действия измельчающих и терочных машин.

1.2. Ознакомление с основными показателями этих машин и методикой их расчета.

Перечень используемого оборудования

2.1. Вальцовая дробилка.

2.2. Конусная дробилка.

2.3. Корнерезка.

Перечень справочной литературы

3.1. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–328с. с.23…30.

3.2. Липатов М.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для студ. вузов, обуч. по спец. 1011 “Технология и организация обществ. питания”.– М.: Экономика, 1987.–272 с. с. 108…118.

3.3. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–503с. с. 58…76.

3.4. Баранцев В.Н. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–136с. с. 14…18.

Порядок проведения работы

5.1. Ознакомится с конструкцией и принципом действия вальцовой и молотковой дробилок, центробежной свеклорезки и картофелетерки.

5.2. Ознакомление с основными параметрами этих машин и методикой их расчета.

5.3. Произвести сравнительный анализ измельчающих и терочных машин.

5.4. Решить задачи:

5.4.1. Определить производительность вальцовой дробилки и мощность электродвигателя к ней, если диаметр валков D =0,3 м, их длина l =1,2м, ширина зазора между валками b = 1 мм, частота вращения валков n = 360 об/мин, объемная масса измельченного материала r = 800 кг/м³,

начальный размер измельчаемых частиц d _н = 2,5 мм и y = 0,5.

5.4.2. Определить секундную производительность вальцовой дробилки для измельчения пшеницы, если предельная окружная скорость вращения валков w = 3,0 м/с, диаметр валка D = 0,25 м, объемная масса измельченного материала r = 900 кг/м³, ширина зазора между валками b = 0,7 мм, длина валков l = 1,0 м и y = 0,5.

5.4.3. Определить производительность молотковой дробилки и потребляемую ею мощность, если диаметр ротора D = 0,5 м, длина его l = 0,5 м, объемная масса картофеля r = 0,9 т/м³ и окружная скорость вращения ротора w = 40 м/с.

5.4.4. Определить мощность, потребляемую молотковой дробилкой, если окружная скорость вращения ротора w = 25 м/с, диаметр ротора D = 0,4м, длина его l = 0,5 м.

5.4.5. Определить производительность терки для картофеля, если диаметр барабана D = 600 мм, его ширина b = 150 мм, частота вращения барабана n = 1500 об/мин, количество пил К = 240, высота выступающей части зуба пилы h = 1,5 мм, объемная масса измельченного картофеля r = 0,9 т/м³.

5.4.6. Определить окружную скорость вращения барабана картофелетерки производительностью G = 20 т/сут, если диаметр барабана D = 0,46 м, и ширина его b = 200 мм, число ножей на барабане К = 170.

Остальные недостающие значения взять из условия задачи 5.4.5. (кроме n = 1500 об/мин).

5.4.7. Определить скорость резания в центробежной резке для свеклы, если производительность резки G = 18 кг/с, длина режущей кромки ножа l = 0,165 м, средняя толщина стружки d = 1,5 мм, число ножей z = 24, плотность свеклы r = 1050 кг/м³, угловая скорость вращения ω = 15 рад/с, К ₂ = 0,9.

5.4.8. Определить угловую скорость вращения ротора свеклорезки, если мощность, необходимая для преодоления сил сопротивления резанию N ₂ = 10 кВт, скорость резания w _р = 6,7 м/с, длина режущей кромки ножа l = 0,165 м, число ножей z = 24, радиус резания r _р = 0,5 м, К ₃ = 0,8.

5.5. Сделать вывод.

Содержание отчета

6.1. Начертить рис. 4.1 принципиальные схемы вальцовой (Вар. 1…6; 19…24) и рис. 4.4 молотковой (Вар. 7…12; 25…30) дробилок и рис. 4.5 картофелетерки (Вар. 13…18; 31…36). Нанести позиции и привести спецификации. Привести краткое описание схемы.

6.2. Решить задачу, приведенную в п. 5.4 согласно выбранного варианта, численно соответствующего порядковому номеру студента по журналу на странице ПАПП. Выбор задачи указан в Приложении.

6.3. Записать вывод о проделанной практической работе.

7 Контрольные вопросы

7.1. Отличия процессов дробления и резания.

7.2. Виды измельчения и физические основы этого процесса.

7.3. Как определить эффективность измельчения?

7.4. Назовите основные параметры вальцовой дробилки и резательных машин.

7.5. Какие общие требования предъявляются к измельчающим машинам?

7.6. Основной регулируемый параметр процесса измельчения.

Приложение

Выбор задачи

Практическое занятие № 2

Для сортирования

Цель работы

1.1. Изучение конструкции и принципа действия сортировочных машин.

1.2. Ознакомление с основными показателями этих машин и методикой их расчета.

Бурат.

Машины с вращающимися си-тами, называемыми буратами, имеют ба-рабаны цилиндри-ческой, шестигранной или конической фор-мы. Рабочая поверх-ность барабана выпол-няется из сит с отвер-стиями различной ве-личины, увеличива-ющимися по ходу дви-жения сыпучего мате-

риала. Цилиндрические и шестигранные барабаны устанавливают под углом 5…10º к горизонту, а конические – горизонтально; в них перемещению материала способствует наклон ситовой поверхности и вращение барабана.

Принцип действия бурата с коническим барабаном, применяемого для просеивания муки, показан на рис. 4.2.

Частота вращения барабана бурата определяется по формуле:

n = 14 / √ R, (4.4)

где R – радиус барабана, м.

Производительность бурата определяется по формуле:

G = 0,2 ε ρ n tg (2 α) √ R ³ h ³, (4.5)

где G – производительность бурата, кг/с;

ε – коэффициент разрыхления материала;

ε = 0,6…0,8

ρ – объемная масса материала, кг/м³;

h – высота слоя материала на сите, м.

Мощность, потребляемая буратом, определяется по формуле:

N = R n (G _б+13 G _м) / 29200, (4.6)

где N – мощность, потребляемая буратом, кВт;

G _б – масса барабана бурата, кг;

G _м – масса материала загруженного в барабан, кг.

4.3. Цилиндрический триер. Триеры широко применяются для выделения из зерна примесей, имеющих одинаковое с ним поперечное сечение, но отличающихся по длине. В быстро-ходном цилиндриче-ском триере см. рис. 4.3 куколь и половинки зерна вы-деляются из смеси во вращающемся (n = 45 об / мин) бараба-не 1, смонтирован-ном на валу 5, явля-ющемся одновремен-но и валом шнека 4. Внутренняя поверхность бараба-на выполненна в виде ячеек 2 полу-шаровой формы. Желоб 3 для приме-

сей свободно подвешен на валу и при помощи специального устройства может быть установлен под необходимым углом.

Поступающие в барабан зерна с примесями при вращении укладываются в ячейки, причем куколь и половинки укладываются глубже, чем целые зерна. Поэтому при повороте барабана на некоторый угол зерна выпадают из ячеек раньше и попадают снова в цилиндр, а куколь и половинки поднимаются выше и выпадают в желоб, из которого затем отводятся шнеком за пределы триера. Благодаря вращательному движению отсортированное зерно перемещается по барабану к противоположному концу и отводится через боковые отверстия.

Частота вращения быстроходного триера определяется по формуле:

n = 24 / √ R, (4.7)

где n – частота вращения барабана триера, об/мин;

R – радиус барабана триера, м.

Производительность быстроходного триера определяется по формуле:

G = 1,45 D l n x g K / a, (4.8)

где G – производительность быстроходного триера, кг/с;

D – диаметр цилиндра, м;

l – длина цилиндра, м;

x – число ячеек на 1 м² поверхности цилиндра;

g – масса зерна, выбираемая одной ячейкою, кг;

K – коэффициент использования ячеистой поверхности;

a – содержание зерен мелкой фракции в исходной массе зерна, %.

Число ячеек на 1 м² поверхности цилиндра определяется по формуле:

x = A / d^у, (4.9)

где A – опытный коэффициент;

d – диаметр ячеек, мм;

y – показатель степени.

Для штампованных ячеек:

А = 4,3·10⁵;

d = 2,5…12 мм;

y = 1,8.

Мощность электродвигателя для триера определяется по формуле:

N = 0,72 G / η _n, (4.10)

где N – мощность электродвигателя для триера, кВт,

η _п – КПД привода триера;

η _п = 0,8…0,9

4.4. Вибрационный грохот. Вибрационные грохоты по сравнению с другими сортировочными устройствами обеспечивают более высокую производительность и четкость разделения при меньшем расходе энергии благодаря тому, что при вибрировании слой продукта на сите интенсивно разрыхляется, уменьшается трение между частицами; они ста-новятся более подвижными, что обуславливает относи-тельное перераспределение их по окружности и ускоряет выделение проходовых частиц.

В вибрационном гро-хоте см. рис. 4.4 короб 1 с ситом 2 установлен на пру-жинах 3. При вращении вала 4 c двумя шкивами 5, несущими неуравновешен-ные грузы 6, возникают центробежные силы инер-ции, под действием которых коробу сообщается 900…1500 вибраций в 1 мин при амплитуде колебаний от 0,5 до 12 мм.

Производительность вибрационного грохота определяется по формуле:

G = 0,28 10^–3 A F (55 + a) (60 + b) ρ √ d, (4.11)

где G – производительность вибрационного грохота, кг/с;

A – амплитуда колебаний, м;

A = 0,005…0,01 м

F – площадь сита, м²;

a – содержание выделяемой фракции в исходном материале, %;

b – содержание в выделяемой фракции зерен размером меньше половины отверстия сита, %;

ρ – объемная масса материала, кг/м³;

d – размер отверстий на сите, мм.

Порядок проведения работы

5.1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия сортировочных ситовых машин, рассева, бурата, вибрационного грохота и триеров.

5.2. Ознакомление с основными параметрами этих машин и методикой их расчета.

5.3. Сделать сравнительный анализ сортировочных ситовых машин, рассева, бурата, вибрационного грохота и триеров.

5.4. Решить задачи:

5.4.1. Определить производительность быстроходного триера и потребляемую

им мощность для выделения куколя, если диаметр барабана D = 620 мм, длина его l = 1760 мм, частота вращения n = 38 об/мин, масса зерна, выбираемая одной ячейкой, g = 42·10^–5кг, коэффициент использования ячеистой поверхности K = 0,6, содержание куколя в ячмене a =10%, A = 4,3·10⁵, y = 1,8, диаметр ячеек d = 8,8 мм, КПД передачи η _п = 0,85.

5.4.2. Обеспечит ли производительность 50 т/ч плоский качающийся грохот шириной 0,4 м и высотой 0,3 м для просеивания сахара-песка объемной массой ρ = 1600 кг/м³ при коэффициенте наполнения φ = 0,5 и скорости перемещения материала w = 0,15 м/с?

5.4.3. Определить ширину b плоского качающегося грохота для пшеницы с объемной массой ρ = 810 кг/м³, если производительность его G = 15 т/ч, высота слоя материала на сите h = 35 мм, скорость перемещения материала w = 0,21 м/с.

5.4.4. Определить высоту слоя h ячменя на плоском качающемся грохоте шириной 0,5 м, если производительность его G = 21 т/ч, скорость перемещения материала по ситу w = 0,16 м/с, плотность материала ρ _т = 760 кг/м³ и коэффициент разрыхления его e = 0,4.

5.4.5. Определить скорость перемещения материала по ситу качающегося грохота, если угол наклона пружин a = 18⁰ и эксцентриситет вала r = 25мм.

5.4.6. Определить мощность, потребляемую буратом, если диаметр барабана D = 1,1 м, масса барабана G _б = 1200 кг и масса зерна в нем G _з = 170 кг.

5.5. Сделать вывод.

Содержание отчета

6.1. Нарисовать рис. 4.1,б принципиальные схемы плоского качающегося грохота (Вар. 1…6; 19…24), рис. 4.2 бурата (Вар. 7…12; 25…30) и рис. 4.4 вибрационного грохота (Вар. 13…18; 31…36). Нанести позиции и привести спецификацию. Привести краткое описание схемы.

6.2. Решить задачу, приведенную в п. 5.4 согласно выбранного варианта, численно соответствующего порядковому номеру студента по журналу на странице ПАПП. Выбор задачи указан в Приложении.

6.3. Записать вывод о проделанной практической работе.

7 Контрольные вопросы

7.1. Цели и вид сортирования.

7.2. Охарактеризуйте сита и объясните понятие “эффективность просеивания”.

7.3. Виды сит и их назначение.

7.4. Необходимое условие процесса просеивания.

7.5. Просеивающие машины, их сравнительная характеристика.

7.6. Особенности пневматического и гидравлического сортирования.

7.7. Техническое применение магнитной сепарации в пищевой промышленности.

Приложение

Выбор задачи

Практическое занятие № 3

Цель работы

1.1. Изучение конструкции и принципа действия прессов.

1.2. Ознакомление с основными показателями роботы прессов и методикой их расчета.

Гидравлический пресс.

Гидравлический пресс – машина, которая служит для создания больших усилий, необходимых в различных процессах производства, например, при отжатии жидкости из твердых тел, испытании строительных материалов, автоматическом управлении мощным оборудованием и т. п.

Гидравлический пресс см. рис. 4.4 состоит из малого цилиндра 2, в котором движется поршень 1 диаметром d и большого цилиндра, в котором движется плунжер 3 диаметром D. Малый насос соединен с насосом, с помощью которого в цилиндр с плунжером накачивается масло. Поршень малого цилиндра приводится в движение с помощью рычага, как показано на схеме, или электропривода.

Если приложить к поршню 1 малого цилиндра 2 силу P ₀, то возникает давление на пор шень p. Вследствие этого появ-ляется давление в цилиндре p поршня на масло и по закону Паскаля оно передается маслом на плунжер 3. В результате этого создается усилие прессования Р ₁ корзиной 4 пресса на сырье.

Практически, сила Р ₁, вследствие возникающих сил трения будет несколько меньшей. Это учитывается введением, так называемого коэффициента полезного действия.

Давление в цилиндре определяется по формуле:

p = 4 P ₀ / (π d ₀²), (4.1)

где p – давление в цилиндре, Па;

P ₀ – усилие, прикладываемое к малому поршню, Н;

d ₀ – диаметр малого поршня, м.

Усилие прессования определяется по формуле:

Р ₁ = 0,9 р · F, (4.2)

где Р ₁ – усилие прессования, Н;

F – площадь поперечного сечения плунжера, м²;

F = π d ²/4, (4.3)

где d – диаметр плунжера, м;

0,9 – коэффициент, учитывающий потери на трение в сальниках цилиндра и направляющих колоннах.

Давление прессования определяется по формуле:

р ₁ = Р ₁ / F ₁, (4.4)

где р ₁ – давление прессования, Па;

F ₁ – площадь сечения корзины (вид формулы 4.5 зависит от формы сечения корзины), м²;

F ₁ = π D ² / 4, (4.5)

где D – диаметр корзины (если сечение корзины – круг), м.

Производительность гидравлического пресса определяется по формуле:

G = π D ²/4· H · ρ · ψ · τ /60, (4.6)

где G – производительность гидравлического пресса, кг/ч;

D – диаметр корзины, м;

Н – высота корзины, м;

ρ – насыпная масса сырья, кг/м³;

ψ – коэффициент заполнения корзины;

τ – продолжительность цикла работы пресса, мин.

Корзиночный пресс.

Скорость выделения сока, отнесенная к единице массы прессуемой виноградной мезги толщиной слоя h до 30 см, выражается зависимостью:

w _h = 1,465 / 10^{(0,0332 h)}, (4.7)

где w _h – скорость выделения сока, отнесенная к единице массы прессуемой виноградной мезги, м³/т;

h – толщина слоя прессуемой виноградной мезги, см.

Эффективность процесса просеивания прямо пропорциональна объему V (или массе) мезги, одновременно прессуемой в корзине пресса, и скорости w _h выделения сока.

Зависимости (4.7) соответствуют оптимальные значения геометрических размеров различных прессов:

· для вертикальных корзиночных прессов при отношении высоты H корзины к ее диаметру D, равном 0,8 рекомендуют:

V = 0,63 D ³ и h = 0,154 D, (4.8)

· для горизонтальных гидромеханических и поршневых прессов при диаметре корзины D и длине ее L рекомендуют:

V = 0,785 D ² L и h = 0,25 D, (4.9)

· для пневматических прессов, в которых около 25% объема корзины заняты резиновым баллоном, рекомендуют:

V = 0,59 D ² L и h = 0,187 D, (4.10)

Зависимость скорости выделения сока w _p от величины давления прессования р выражается формулой:

w _p = 0,1356 + 1,21 р – 0,338 р ², (4.11)

где w _p – скорость выделения сока, м³/т;

р – давление прессования; МПа.

Зависимость давления прессования р (при 0,1< p <1,6 МПа) от продолжительности процесса τ при заданном значении w_h рассчитывают по уравнению:

p = 0,0112·10^{0,1932· τ · w} _h, (4.12)

где τ – продолжительности процесса, мин.

Шнековый пресс.

Производительность шнекового пресса для винограда или масличных семян G согласно рис. 4.5. приближенно можно рассчитать по формуле:

G = 0,013(D ² – d ²)· t · n · ρ ·(1 – K _в)· η, (4.13)

где G – производительность шнекового пресса, кг/с;

D – диаметр шнека, м;

d – диаметр вала шнека, м;

d 0,35 D;

t – шаг витка шнека, м;

t 0,58 D;

ρ – средняя объемная масса прессуемого мате-риала, кг/м³;

n – частота вращения шнека, об/мин;

К _в – коэффициент, учи-тывающий обратное движение прессуемого материала вдоль винто-вого канала и через ра-диальный зазор между шнеком и перфориро-ванным цилиндром (зеером):

· для выходной щели пресса шириной 6,5…12 мм при прессовании хлопковых и подсолнечных семян К _в = 0,75…0,5;

· для виноградной мезги величину К _в в зависимости от частоты вращения n шнека определяют по формуле:

К _в = 0,918 – 0,046 n, (4.14)

η – коэффициент полезного действия пресса;

η = 0,5…0,8

и зависит от величины зазора между шнеком и перфорированным цилиндром.

Для нагнетающих шнековых формовочных прессов диаметр прессовой матрицы находят из уравнения:

G = 0,785 D ²· f · w · ρ, (4.15)

где G – производительность пресса, кг/с;

D – диаметр матрицы, м;

f – доля живого сечения отверстий от общей площади матрицы;

f = 0,04…0,08;

w – скорость выхода массы, м/с;

ρ – плотность формуемого материала, кг/м³.

Ротационный пресс.

Такой пресс, работающий по схеме см. рис.4.6, применяется для брикетирования сухого жома и др.

Ротационные прессы имеют плоскую или цилиндрическую матрицу. Основной частью пресса является прессующий узел, состо-ящий из матрицы и прессующих валков, устройства для среза гра-нул и полого вала.

В прессующих (брикети-ровочных) машинах уплотнение массы характеризуется коэффи-циентом прессования определя-емом по формуле:

β = (V ₁– V ₂) / V ₁·100, (4.16)

где β – коэффициент прессования, %;

V ₁ – объем массы до прессования, м³;

V ₂ – объем массы после прессования, м³.

Производительность пресса можно рассчитать по формуле:

G = 7,5 d ² · l · ρ · m · z · ω, (4.17)

где G – производительность пресса, кг/с;