Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Процессы и аппараты

Что изучает наука «Процессы и аппараты»?

Современные пищевые производства оснащены сложными машинами и аппаратами, в которых осуществляются не менее сложные технологические процессы превращения сырья в конечные продукты и полуфабрикаты. Наука о процессах и аппаратах является основой каждой отрасли технологии пищевых производств. Возникнув в конце прошлого века, она является научной дисциплиной, которая играет громадную роль в различных современных технологиях пищевых производств.

В пищевой промышленности осуществляются самые разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ.

Наряду с химическими реакциями протекают физические (в том числе механические) и физико-химические процессы. К ним относятся: перемещение жидкостей и твердых материалов, их нагревание и охлаждение, разделение жидких и газовых неоднородных смесей, выпаривание растворов, сушка материалов и т.д.

«Процессы и аппараты пищевых производств» (ПАПП) строится на основе выявления аналогии внешне разнородных процессов независимо от отрасли пищевой промышленности, в которой они используются. Преимущество такого подхода заключается в познавании общих закономерностей протекания процессов, основанное на использовании законов механики, гидродинамики, термодинамики и других базисных дисциплин.

В ПАПП рассматриваются не только процессы, но и аппараты, в которых они протекают. Под словом аппарат понимают любое устройство, в котором обычно протекает технологический процесс. Обычно аппаратом называется сосуд, снабженный различными механическими приспособлениями. Однако некоторые из устройств, которые мы будем рассматривать, являются типичными рабочими машинами (центрифуги, дробилки, смесители и т.д.).

Основной задачей науки о процессах и аппаратах пищевых технологий является выявление общих закономерностей протекания технологических процессов и разработка методов расчета аппаратов для их реализации.

1.12 Принцип действия вальцовых станков.

При производстве муки процесс измельчения зерна и промежуточных продуктов является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции. Измельчение зерна — одна из наиболее энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода. Одной из современных измельчающих машин для зерноперерабатывающих предприятий является вальцовый станок.

Вальцовый станок предназначен для измельчения зерна и промежуточных продуктов размола пшеницы на мукомольных заводах, оснащенных высокопроизводительным комплектным оборудованием. Рабочие органы станка - чугунные цилиндрические вальцы, расположенные параллельно и вращающиеся навстречу друг другу с различной скоростью. Это обуславливает разрушение зерна в зазоре между вальцами при кратковременном сжатии и сдвиге. Такой вид деформации зерна в вальцовых станках отвечает требованиям избирательного измельчения, т.е. измельчение, при котором эндосперм зерна превращается: в мелкие частицы, а оболочки более мягкие и пластичные измельчаются в более крупные частицы. При постепенном, последовательном измельчении зерна образуются промежуточные продукты различной крупности: мука, крупки (мелкие, средние и крупные) и дунсты (среднее между мукой и мелкой крупкой). Причем однородное измельчение зерна осуществляется только при производстве комбикормов, при производстве крупы и сортовой муки измельчение должно быть избирательным: в мукомольном производстве необходимо измельчать в муку только крахмальный эндосперм, а оболочки и зародыш выделить в виде крупных частиц. Для эффективности последующего измельчения различных по крупности и качеству промежуточных продуктов в вальцовых станках применяют соответствующие технические параметры мелющих вальцов: различный рельеф их поверхности (рифленый, микрошероховатый), окружные скорости и отношение скоростей, величина зазора между вальцами.

Вальцевые станки типа А1 – БЗН – это наиболее распространённая измельчающая машина российских мукомольных заводов.

Вальцовый станок А1-БЗН применяют в составе комплектного оборудования на мукомольных заводах с увеличенным выходом муки высоких сортов и устанавливают группами по четыре и пять машин с общими капотами.

Вальцовый станок состоит из следующих основных узлов: мелющих вальцов; привода вальцов; механизмов настройки и параллельного сближения вальцов; системы привала-отвала вальцов; приемно-питающего устройства; станины.

Вальцовый станок типа А1 – БЗН имеет две пары 6 и 7 мелящих вальцов, расположенных наклонно (под углом 30°) к горизонту. Длина вальцов 1000 мм, а диаметр бочки 250 мм. Вальцы имеют водяное охлаждение с полной или частичной рециркуляцией. Очистка вальцов от налипшего продукта осуществляется или ножом для микрошероховатых вальцов, или щёткой для рифленых.

Измельчённый продукт выводятся из станка через выпускное устройство, включающее бункер 5 или пневмоприёмник.

1 - приёмный патрубок; 2 - механизм привала-отвала; 3 - устройство для регулирования параллельности вальцов; 4 - привод; 5 - выводное устройство; 6-медленновращащающийся валец; 7 - быстровращающийся валец; 8-питающий валок; 9 - дозирующий валок; 10 - сигнализатор уровня.

Рис. 1 – Схема вальцового станка А1-БЗН.

Привод быстровращающегося вальца осуществляется от электродви-гателя 4 через клиноремённую передачу, а медленновращающегося вальца осуществляется от быстровращающегося через косозубую передачу, обеспечивающую отношение окружных скоростей 1,25 или 2,5.

Управление механизмами регулирования межвальцового зазора 2 и 3 выведено на переднюю панель.

При этом привал и отвал вальцов может осуществляться как вручную, так и в автоматическом режиме. Для реализации последнего служит сигнализатор уровня 10, блок питания и преобразования сигналов, исполнительный механизм – пневмоцилиндр, управляемый электромагнит-ным клапаном.

Консольная трубка введена в пустотелый валец и одним концом жестко прикреплена к корпусу. Внутри корпуса (в подводящей магистрали) смонтирован пробковый кран, с помощью которого регулируется подача воды во внутреннюю полость вальца. Отвод воды из вальца в корпус обеспечивает насадка, ввернутая в резьбовое отверстие цапфы.

При замене вальцов подачу воды перекрывают вентилем, закрепленным на подводящей вертикальной трубе.

Охлаждение вальца происходит следующим образом. Вода через кран, регулирующий подачу, попадает в изолированную камеру, откуда через радиальное отверстие поступает в трубку и из нее разбрызгивается в полость вальца. Центробежные силы инерции, возникающие при вращении вальца, способствуют хорошему омыванию внутренней его полости и отводу тепла. При нормальной работе системы охлаждения температура быстровращающегося вальца не должна превышать 60 °С. По данным испытаний, температура поверхности вальца не превышает 36 °С, а продукта после измельчения — 25°С.

Охлаждение вальцов оказывает положительное влияние на технологические показатели помола. Снижение температуры в зоне измельчения предотвращает подсушивание оболочек и перегрев продуктов размола. Уменьшение влагоотдачи стабилизирует влажность продуктов измельчения, соответственно снижается накапливание зарядов статического электричества. В охлажденных продуктах меньше вероятность конденсации влаги в самотечных трубах и на ситах рассевов. Снижение теплового расширения охлаждаемых вальцов обеспечивает стабильность рабочего зазора. Для улучшения теплообмена внутренняя поверхность вальца должна быть обработана так, чтобы не было глубоких раковин, заусениц и других неровностей.

Устройство подачи зерна выполнено: для I драной системы в виде дозирующего и промежуточного валиков, для остальных систем с рифлеными вальцами (кроме 12-й размольной) в виде сочетания дозирующего валика и шнека; для размольных систем в виде сочетания распределительного и дозирующего валиков. Привод устройства подачи зерна обеспечивает плоскоременная передача.

Изменения передаточного числа редуктора и, следовательно, частоты вращения дозирующего валика у станков драных систем (кроме первой) и 11-й, 12-й размольных систем достигают применением механизма с вытяжной шпонкой, управляемого рукояткой через реечную шестерню. Другие исполнения устройств подачи продукта не имеют шпонки в редукторах. Вращение от ведомого шкива плоскоременной передачи редукторам передается через кулачковую муфту, включение которой сблокировано с грубым привалом вальцов посредством рычагов и вилки.

Для автоматического регулирования подачи зерна над дозирующим валиком на шарнирах подвешена заслонка. Она соединена через рычаги, ролик, кронштейн и валик с датчиком питания, выполненным в виде двух шторок.

Для регулирования воздействия зерна и, следовательно, чувствительности сигнализатора предназначена пружина. Деформация последней изменяется перемещением гайки относительно винта. Для станков драных систем (кроме I и IV мелкой) кромка заслонки зубчатая, для станков остальных систем — гладкая. Диапазон автоматического перемещения заслонки регулируют ограничительным винтом. В зоне поступления зерна (в горловине станка) установлен зонд.

Под действием массы зерна, преодолевая сопротивление пружины, датчик питания перемещает валик, рычаги, ролик. В результате через гайку и винт проворачивается заслонка и в зазор между ней и дозирующим валиком поступает зерно. При уменьшении массы зерна, поступающего в питающую трубу, уменьшается давление на датчик. В результате под действием пружины и собственной массы заслонка опускается к дозирующему валику, уменьшая подачу зерна.

Если измельчение по концам вальцов неодинаковое, то вращением маховика поднимают или опускают свободные концы корпусов подвижных подшипников, т. е. выравнивают рабочий зазор между вальцами. При прекращении поступления зерна в питающую трубу емкость зонда изменяется. При этом головка зонда и релейный блок размыкают цепь электропневматического клапана. В результате прекращается подача сжатого воздуха в пневмоцилиндр и под действием пружины через эксцентриковый вал соответствующие рычаги и винт происходит отвал вальцов.

На различных системах вальцы отличаются друг от друга по параметрам нарезки рифлей. Это обеспечивает высокую технологическую эффективность.

В процессе размола к рабочей поверхности вальцов прилипают лепешки измельченных частей зерна. Для очистки рифленых вальцов всех систем, кроме I, II драных; 12-й размольной, установлены щетки из полимерного материала. Микрошероховатые вальцы и вальцы 12-й размольной системы очищаются ножами. Для улучшения условий запуска приводного электродвигателя необходимо, чтобы ножи соприкасались с поверхностью вальцов только после привала. Это достигается блокировкой перемещения ножей с поворотом эксцентрикового вала посредством тросов. Зазор между вальцами и ножами не должен превышать 0,02 мм.

При достижении продуктом нижнего уровня цилиндра, срабатывает нижний датчик и подготавливает цепь для включения исполнительной схемы, при достижении продуктом верхнего уровня цилиндра, срабатывает верхний датчик и включается исполнительная схема. Валки приваливаются, идет помол продукта, при понижении уровня продукта ниже верхнего датчика, последний отключается, помол продукта продолжается. При понижении уровня продукта ниже нижнего датчика, последний отключается и отключает исполнительную схему, валки отваливаются, помол продукта прекращается. При заполнении цилиндра цикл повторяется.

1.29 Что такое «потерянный напор» в уравнении Бернулли для потока реальной жидкости?

В реальных потоках жидкости присутствуют силы вязкого трения. В результате слои жидкости трутся друг об друга в процессе движения. На это трение затрачивается часть энергии потока. По этой причине в процессе движения неизбежны потери энергии. Эта энергия, как и при любом трении, преобразуется в тепловую энергию. Из-за этих потерь энергия потока жидкости по длине потока, и в его направлении постоянно уменьшается. Т.е. напор потока H_потока в направлении движения потока становится меньше. Если рассмотреть два соседних сечения 1-1 и 2-2, то потери гидродинамического напора Δh составят:

где H_1-1- напор в первом сечении потока жидкости,

H_2-2 - напор во втором сечении потока,

∆h - потерянный напор - энергия, потерянная каждой единицей веса движущейся жидкости на преодоление сопротивлений на пути потока от сечения 1-1 до сечения 2-2.

Рис.1. Схема к выводу уравнения Бернулли для реальной жидкости

С учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть

Индексами 1 и 2 обозначены характеристики потока в сечениях 1-1 и 2-2.

1.49 Механизм передачи теплоты. Теплопроводность (кондукция), конвенция.

Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия.

Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что и формулирует второго закона термодинамики. Обритый процесс (передачу тепла от холодного тела более горячему) имеет какую-то вероятность, не равную нулю, но никто его пока не наблюдал.

Всего существует три вида передачи тепла:

- теплопроводность,

- конвекция,

- тепловое излучение.

1. Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.

Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям.

Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Закон теплопроводности Фурье.

В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

где g - вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в

единицу времени через единицу площади, перпендикулярной

каждой оси,

u - коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто

теплопроводностью),

T - температура.

Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры).

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где P — полная мощность тепловых потерь,

S — площадь сечения параллелепипеда,

ΔT — перепад температур граней,

h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Размерность коэффициента теплопроводности χ - Вт/ (м* ºK).

Коэффициент теплопроводности вакуума принимается нулю. Вещества в вакууме (почти) нет, а значит и явления теплопроводности - тоже нет.

Тепло в вакууме может передаваться излучением.

Между коэффициентом теплопроводности металлов χ и их удельной электрической проворностью σ существует при данной температуре обратная зависимость;

где k — постоянная Больцмана,

e — заряд электрона.

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело.

Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники).

2. Конвекция.

Конвекция (от лат. convectio — принесение, доставка) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (неважно, вынужденно или самопроизвольно).

Переноса тепла конвекцией без теплопроводности не бывает. Сначала более нагретое тело должно отдать тепло перевозчику. Затем он должен увезти полученный кусок тепловой энергии.

Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции, нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают вверх, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

Различают ламинарную и турбулентную конвекцию.

Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце.

При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием каких-то внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.

Задача 1.68

Определить количество сливок и отсепарированного молока, выделяемых в сепараторе, производительностью V=0,014 м³/с, если плотность жировых шариков p_с = 1024 кг/м³; жирность молока Ж_м= 4,5 %; жирность отсепарированного молока Ж_о = 0,03%; жирность сливок Ж_с = 35%.

Решение.

1. Количество сливок, полученных из ценного молока в 1 кг определяется по формуле:

G_с =

масса молока равна объему

G_м = V = 0,014 м³/с, отсюда

G_м = V х p_с = 0,014 х 1024

G_с =

2. Объем отсепарированного молока равен:

V_о = V_м - V_с

V_м = 0,014 - V_с = p_м= 900

V_о = 0,0012 м³/с

Ответ: 0,183 кг/с; 0,0012 м³/с.

Список использованной литературы:

Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Кн. 1 / С.Т. Антипов; УО "БГАТУ"; под ред. В. А. Панфилова, В. Я. Груданова. - Минск: ГАТУ, 2007. – 420 с.
Бородулин Д.М., Менх В.Г., Шушпанников А.Б., Потапов А.Н. Основные конструкции пищевых аппаратов. Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2009. - 167 с.
Галицкий Р.Р. Оборудование зерноперерабатывающих предприятий / Р. Р. Галицкий. - 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 2000. - 271с.
Егоров Г.А. Технология муки, крупы и комбикормов / Г. А. Егоров, Е. М. Мельников, Б. М. Максимчук. - М.: Колос, 2004. - 376с.
Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 2007. — 760 с.
Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна /А. Я. Соколов, В. Ф. Журавлев, В. Н. Душин и др.- М.: Колос, 2001.- 445с.