Расчет основных характеристик оборудования

Для обработки материалов давлением

Цель работы

1.1. Изучение конструкции и принципа действия прессов.

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

Перечень используемого оборудования

Гидравлический пресс.

Перечень справочной литературы

3.1. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–328с. с.40…45.

3.2. Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для студ. вузов, обуч. по спец. 1011 “Технология и организация обществ. питания”.– М.: Экономика, 1987.–272с. с. 119…125.

3.3 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–503с. с. 83…101.

3.4. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–136с. с. 21…23.

3.5. Процессы и аппараты пищевых производств. Задачник / Под ред.
В.Н. Стабникова.– К.: Техника, 1966.–244с. с.34…37.

3.6. Чернов. А.В., Бессребренников Н.К., Силецкий В.С. Основы гидравлики и теплотехники.– М.: Энергия, 1976.–416с. с. 82…91.

Краткие теоретические сведения

Прессованием называют процесс обработки материалов воздействием внешнего давления, создаваемого в прессах. При этом преследуют следующие цели: отжатие жидкости из твердых материалов, формование пластичных материалов, уплотнение сыпучих материалов.

Машины для отжатия жидкости – прессы. По принципу действия различают прессы периодического и непрерывного действия, по способу создания рабочего давления – прессы механические и пневматические. Широко применяются в промышленности шнековые и вальцовые прессы непрерывного действия, а также

пневматические и корзиночные прессы периодического действия.

В пневматическом прессе см. рис. 4.1 давление на прессуемый материал создается с помощью сжатого воздуха, увеличивающего объем цилиндра 2 из листовой резины. Благодаря этому при получении, например, виноградного сока прессуемый материал не перетирается, не нарушается механическая структура кожицы, гребней и семян и сок получается высокого качества. Загрузка и разгрузка

барабана 1 производится через люки, установленные по его длине. При работе прессов производят несколько рыхлений материала путем вращения барабана, предварительно выпустив воздух из цилиндра. Выделенный сок вытекает через отверстия в барабане в поддон 3, а из него – в сборник.

Вальцовый пресс см. рис. 4.2, применяемый для отжатия жидкости из картофельной мезги 2 при производстве крахмала, состоит из двух полых перфорированных валков 1, вращающихся навстречу один другому. Отжатая из

мезги жидкость 3 проходит через отверстия внутри валков и затем отводится из них, а мезга продавливается вниз.

Закаточные прессы или машины см. рис. 4.3 применяются для придания тесту округлой формы. Это достигается прокатыванием куска теста 2 между двумя поверхностями (1 и 3 или 1 и 4), движущимися одна относительно другой.

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;

d – диаметр гранулы, м;

l – длина гранулы, м;

ρ – объемная масса гранул, кг/м³;

m – число отверстий в матрице;

z – число прессующих валков;

ω – угловая скорость матрицы, рад/с.

Порядок проведения работы

5.1. Ознакомление с конструкцией и принципом действия шнекового, вальцового, пневматического прессов, шнекового пресса для изготовления макарон и закаточных машин для теста.

5.2. Ознакомиться с основными параметрами этих и других прессов и методикой их расчетов.

5.3. Решить задачи:

5.3.1. Определить усилие Р ₁ и давление прессования р ₁, а также производительность G гидравлического пресса по данным табл. 5.1.

Таблица 5.1

Данные к задаче п. 5.3.1

5.3.2. Определить усилие Р ₁ и давление прессования р ₁ на жмых гидравлического пресса, применяемого в маслоперерабатывающих предприятиях по данным табл. 5.2.

Таблица 5.2

Данные к задаче п. 5.3.2

5.3.3. Определить относительную скорость выделения сока из виноградной мезги, если давление прессования p = 1,4 МПа. (Вариант 21)

5.3.4. Определить скорость выделения сока w _р, если w _h = 0,5 м³/т, продолжительность процесса τ = 16 мин. (Вариант 22)

5.3.5. Определить производительность шнекового пресса для винограда, если диаметр шнека D = 300 мм, частота вращения n = 10 об/мин, объемная масса материала ρ = 900 кг/м³ и КПД пресса η = 0,7. (Вариант 23)

5.3.6. Определить продолжительность процесса прессования, если p =1,5 МПа и w _h = 0,7 м³/т. (Вариант 24)

5.3.7. Определить рабочее давление прессования p (в МПа), если высота прессуемого слоя винограда h = 150 мм и продолжительность процесса τ = 15 мин. (Вариант 25)

5.3.8. Определить число отверстий в матрице ротационного пресса для гранулирования сухого жома, если производительность пресса G = 0,6 кг/с, диаметр гранулы d = 6 мм, длина ее l = 7 мм, объемная масса гранул ρ = 400 кг/м³, число прессующих валков z = 3 и частота вращения матрицы n = 30 об/мин. (Вариант 26)

5.3.9. Определить коэффициент прессования β штемпельного пресса, применяемого на сахарных заводах, брикетирующего сухой жом в брикеты. Данные взять из табл. 5.3.

Таблица 5.3

Данные к задаче п. 5.3.9

5.4. Сделать вывод.

Содержание отчета

6.1. Начертить рис. 4.1 принципиальную схему пневматического (Вар. 1…6; 19…24), рис. 4.2 вальцового (Вар. 7…12; 25…30) прессов и рис. 4.3 ленточных закаточных машин (Вар. 13…18; 31…36) для теста. Нанести позиции и привести спецификацию. Привести краткое описание схемы.

6.2. Решить задачу, приведенную в п. 5.3, согласно выбранного варианта, численно соответствующего порядковому номеру студента по журналу на странице ПАПП.

6.3. Записать вывод о проделанной практической работе.

7 Контрольные вопросы

7.1. Цели, преследуемые при процессе обработки материала давлением.

7.2. Что происходит в процессе отжатия жидкости из твердых материалов?

7.3. В результате чего происходит отжатие жидкости из твердого материала в шнековом прессе?

7.4. Чем характеризуется степень сжатия?

7.5. Для чего производят формование пластических материалов, и какими прессами реализуют этот процесс?

7.6. Что это за процесс брикетирования и как определяется коэффициент прессования?

7.7. Регулируемые параметры процесса отжатия жидкости в прессах.

Практическое занятие № 4

Определение гидростатического давления на дно и стенки аппарата

Цель работы

1.1. Изучить основные законы гидростатики.

1.2. Изучить приборы для измерения давления.

1.3. Научиться производить расчеты силы давления на стенку и дно аппарата.

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: