Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине: " Процессы и аппараты"

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Мичуринский государственный аграрный университет»

Центр - колледж прикладных квалификаций

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

по дисциплине: «Процессы и аппараты»

 для обучающихся 2-го курса специальности 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

Преподаватель первой квалификационной категории: Попов Александр Анатольевич

Рассмотрен на заседании ЦМК технических специальностей

Протокол   №        от  «      »                       2021 г.

Председатель ЦМК________/ В.В. Кусова/

Мичуринск, 2021

Оглавление

Предисловие……………………………...………………………….…………............3

1.   Изучение материального баланса технологического процесса

производства продуктов питания.…………………………………………………….4

2.   Определение технических свойств по расчетным формулам …………………..14

3.   Изучение расчета основных параметров процесса отстаивания под

действием гравитационного поля …………………………………………………...19

4.   Изучение расчета машин для измельчения твердых материалов….....................22

5.   Изучение расчета фильтрационных аппаратов ………………………..………...27

6.   Изучение расчета аппаратов для разделение газовых неоднородных

систем ………………………………………………………………………………….31

7.   Изучение расчета аппаратов с механическим перемешиванием

неоднородных систем ……..………………………………………………………….34

8.   Изучение расчета машин для перемещения жидкости ………………………….38

9.   Изучение расчета машин для выпекания хлебобулочных изделий …………….42

10.   Изучение расчета устройств для транспортировки грузов ……………………46

Список используемых источников…………………………………………………...50

Предисловие

Учение о процессах и аппаратах опирается на фундамент физики, математики, механики, теплотехники и др. дисциплин.

Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой ряд взаимосвязанных типовых технологических стадий, протекающих в аппаратуре определенного класса.

Процессы пищевой технологии достаточно сложны и обычно представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических и механических процессов.

Практические работы позволяют научиться рассчитывать самые типичные процессы, встречающиеся на предприятиях пищевой промышленности.

Данные практические работы по дисциплине: «Процессы и аппараты» предназначено для обучающихся 2-го курса специальности 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), в каждой работе определена цель, имеется теоретическая часть, задание из 25 вариантов, пример выполнения расчёта, содержание отчета о работе.

Практическая работа № 1.

Изучение материального баланса технологического процесса производства продуктов питания.

Цель работы: Научиться составлять материальный баланс технологического процесса.

Теоретическая часть

Описание рецептуры требуется в том случае, если она является неотъемлемой частью технологического процесса, то есть готовый продукт получается смешением отдельных ингредиентов в соответствии с рецептурой. Например, рецептура получения хлебобулочных изделий, кондитерских изделий, настоек, наливок, колбас и т.д.

В тех случаях, когда пищевой продукт изготавливается на основе прямой переработки сырья, (например, растительное масло из семян подсолнечника методом прессования, сушёные овощи, крахмал, пастеризованное молоко, какао и т.д.) рецептура не требуется.

Для упрощения расчётов допускается составлять частный материальный баланс по основному виду (компоненту) сырья (например, по муке для выпечки хлеба, молоку при получении сыра и мороженого или по этиловому спирту при получении наливок, водок, настоек).

Вывод из расчёта материального баланса должен показать потребность в основном сырье для выпуска единицы продукции (1 тонны или 1000 л).

Расчёт материального баланса является важнейшим этапом проектирования.

На основании материального баланса рассчитываются:

· оборудование, необходимое для выполнения производственного плана (количество и производительность);

· потребность предприятия в сырье, полуфабрикатах и вспомогательных материалах;

· определяется эффективность использования оборудования;

· определяется выход годной продукции, производственные и непроизводственные потери;

· осуществляются экономические расчёты, он также является основой для расчёта себестоимости продукции;

· позволяет выбрать наиболее оптимальный вариант технологии;

· служит основой для определения влияния технологического процесса на экологию и расчёта мощности очистных установок и сооружений.

Материальный баланс выполняется, как правило, в единицах массы или объёма.

Общий баланс составляют по всем компонентам сырья, полупродуктов, основным и вспомогательным материалам, применяемым в технологии.

Частный баланс составляют по основному компоненту сырья и, как правило, он является составной частью общего баланса.

К расчётам материального баланса следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчёты производственного оборудования, оценить экономическую эффективность и целесообразность производственного процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства.

Различают теоретический и фактический материальный баланс.

Теоретический баланс рассчитывают при проектировании производства нового продукта, когда отсутствует полная информация о технологическом процессе и практически невозможно произвести оценку потерь, возникающих в процессе производства. Теоретический материальный баланс основан не стехиометрическом соотношении реакций, протекающих при получении продукта.

Фактический материальный баланс составляют на основе реальных данных по анализу работы лабораторных, опытных, полупромышленных и промышленных установок. При увеличении объёма производства от лабораторных установок к промышленным степень надёжности и достоверности данных возрастает. При составлении этого баланса учитываются производственные потери, возникающие при массовом производстве продуктов. Эти потери представляют собой дополнительный расход сырья, полупродуктов и готового продукта на разлив, утечку через неплотности аппаратов, трубопроводов, запорной аппаратуры, а также потери на унос из емкостей за счёт испарения и дополнительные расходы на мойку, чистку, обеззараживание оборудования.

Технологический процесс это совокупность технологический операций (или стадий) направленных на получение какого-либо продукта или полуфабриката. Технологический процесс, как правило, складывается из нескольких технологических операций (стадий), которые могут осуществляться последовательно, параллельно или по смешанному типу. Каждая операция осуществляется в одном отдельном аппарате или в нескольких аппаратах при одних и тех же условиях.

Материальный баланс рассчитывается по операциям или по всему процессу в целом.

Расчёт фактического материального баланса основывается на технологическом регламенте, как основном документе производства продукции. Основой материального расчёта является фундаментальный закон сохранения массы вещества, на котором основаны все наши представления о протекающих технологических процессах.

Для наглядности рассмотрим следующий пример. Возьмём какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схематическое изображение технологического процесса

В этот аппарат подаётся сырьё в количестве (массе) М_А и М_В и технологические добавки в количестве М_С, а из аппарата выходит готовый продукт в количестве М_Д и образуются отходы в количестве М_Е. Воспользовавшись законом сохранения массы, получим:

М_А + М_В + М_С = М_Д + М_Е

или

ΣМ_ВХ  = ΣМ_ВЫХ

То есть масса входящих (подаваемых) на операцию веществ ΣМ_ВХ равна массе выходящих (полученных) после операции веществ ΣМ_ВЫХ .

Это уравнение называется уравнением материального баланса.

Из уравнения видно, что в процессе производства продукта происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат в другие, выходящие из него.

Например, мы хотим сварить макароны. Берём определённое количество (массу) макарон М_А. Засыпаем их в определённое количество кипящей воды М_В и засыпаем определённое количество соли М_С. Через определённое время макароны готовы. Сливаем лишнюю воду М_Е и у нас остаётся готовый продукт в количестве М_Д. Для простоты мы не учитывали потери воды на испарение.

Выбор метода расчёта материального баланса зависит от типа принятой технологической схемы производства. Прежде чем приступить к составлению материального баланса, следует иметь чёткое представление о самом процессе, его стадиях, условиях протекания, составе сырья и его свойствах, технологических потерях.

Особенное внимание уделяется организационной структуре технологического процесса, технологическим маршрутам материальных потоков, числу стадий, наличию параллельных операций, периодичности процесса.

Материальный баланс можно представлять в виде таблицы, уравнения или диаграммы.

В пищевой промышленности наиболее часто материальный баланс представляют в виде таблицы. Таблица материального баланса состоит из двух частей. Правая часть называется приходной и обозначается «Приход» или «Подано». Здесь записываются сырьевые материальные потоки, поступающие в аппарат с покомпонентной расшифровкой.

Левая часть именуется расходной и обозначается словами «Расход» или «Получено». Сюда записываются все материальные потоки покидающие аппарат. К ним также относятся потоки продуктов (целевого и побочных), непревращёного сырья и технологические потери.

Термины «Приход» и «Расход» исторически пришли из бухгалтерской документации, но потеряли первоначальный финансовый смысл и обозначают массу (количество) веществ, поступающих в аппарат, машину или реактор и выходящих из него.

Первым номером в расходной части записывают целевой продукт, а затем помещают потери. Иногда для удобства и наглядности потери записывают отдельно в столбике (как это показано в приводимом примере).

Отдельные слагаемые приходной и расходной части называют статьями баланса.

Приходная часть должна равняться расходной и это является основным принципом составления баланса.

В случае неравенства приходной и расходной части баланса следует установить причину расхождения. Этими причинами могут быть: неучтённые потери, ошибки технохимического контроля и элементарные ошибки в вычислениях.

Расчёт материального баланса осуществляют на единицу продукции

Как правило, расчёт материального баланса начинают с конца, то есть с последней стадии технологического процесса.

Можно производить расчёт и с начала технологического процесса, но тогда в конце расчёта, при выводе из баланса придётся по пропорции пересчитать количество сырья, необходимого для производства единицы продукции.

За единицу продукции принимают, как правило, 1000 кг или 1000 литров.

В тех случаях, когда в расчётах возникает необходимость перехода от твердых продуктов в жидкие (или наоборот) производят пересчёт используя значение плотности продукции.

V = m / D или m = V * D 

где V – объём продукта (м³);

      m – масса продукта (кг);

      D – плотность продукта (кг/м³).

Значение плотности продукции берут, как правило, из справочной литературы. При этом необходимо учитывать, что плотность продуктов зависит от температуры.

Самое важное в расчёте материального баланса это понять его алгоритм.

Практическая часть

Задание на расчет материального баланса

Пример выполнения расчета

Расчёт материального баланса на производство 1000 кграстительного масла

Доно: Растительное масло 1000 кг. Потери: очистка и сушка семян 1,0 %; отделение чистого ядра и его измельчение 0,5 %; пропарка и жарение мезги 1,2 %; извлечение масла прессованием 55,0 %; очистка (рафинация) масла 3,5 %; фасование масла 0,3 %. Найти: Сколько необходимо семян подсолнечника ? кг.

Расчёт начнём с конечной стадии процесса – это фасование.

Технологические потери для наглядности представим в отдельном столбце.

Стадия (операция): фасование готового масла.

Определим сколько надо подать очищенного масла на фасовку, чтобы получить 1000 кг расфасованного масла. Для этого составляем пропорцию.

1000 кг фасованного составляет 99,7 %

х кг очищенного составляет 100 %

Для получения 1000 кг расфасованного масла надо подать на фасовку очищенного рафинированного масла:

х = 1000 * 100 / 99,7 = 1003 кг

Стадия (операция): очистка (рафинация) масла

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать масла после прессования на рафинирование, чтобы получить 1003 кг рафинированного масла:

1003 кг составляет 96,5 %

х составляет 100 %

х = 1003 * 100 / 96,5 = 1039 кг

Стадия (операция): извлечение масла прессованием

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать мезги на прессование, чтобы получить 1039 кг масла:

1039 кг составляет 45 %

х составляет 100 %

х = 1039 * 100 / 45 = 2309 кг

Стадия (операция): пропарка и жарение мезги

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать очищенного и измельчённого ядра семени на пропаривание и жарение, чтобы получить 2309 кг масла:

2309 кг составляет 98,8 %

х составляет 100 %

х = 2309 * 100 / 98,8 = 2337 кг

Стадия (операция): отделение чистого ядра и его измельчение

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать очищенных и просушенных семян для получения чистого очищенного ядра семени в количестве 2337 кг.

2337 кг составляет 99,5 %

х составляет 100 %

х = 2337 * 100 / 99,5 = 2349 кг

Стадия (операция): очистка и сушка семени

Составляем пропорцию в которой определяем сколько надо подать семян для получения чистого просушенного семени в количестве 2349 кг.

2349 кг составляет 99,0 %

х составляет 100 %

х = 2349 * 100 / 99,0 = 2373 кг

Вывод: для производства 1000 кг растительного масла необходимо обработать 2373 кг семян подсолнечника.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Практическая работа № 2.

Определение технических свойств по расчетным формулам.

Цель работы: Научиться определять технические свойства по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Многие пищевые продукты представляют собой однородные и неоднородные смеси.

К однородным смесям относятся растворы, например, сахарные, водно-спиртовые, соки и т.д. Однородные смеси характеризуются концентрацией растворенного вещества.

К неоднородным относятся смеси твердого, вещества с жидкостью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жидкостей. Для характеристики неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, например, доли твердого вещества в жидкости.

Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и др.).  Данные об этих свойствах для некоторых веществ и растворов в зависимости от температуры и давления приводятся в справочниках.

Рассмотрим основные свойства веществ.

Плотность ρ (кг/м³) – это отношение массы М тела (вещества) к его объему V.

Описывается формулой ρ = М / V и выражается в килограммах на 1 м³, тоннах на 1 м³ или граммах на 1 см³.

Плотность представляет собой величину, обратную удельному объему V_уд, т.е. объему, занимаемому единицей массы вещества; ρ = 1 / V_уд, где V_уд = V / М.

Плотность раствора зависит от его концентрации С.

Для характеристики сыпучих продуктов (зерна, сахарного песка, картофельной крупки и т.д.) вводится понятие насыпной плотности

ρ_н = (1 - ε) * ρ_тв,

где ρ_н – насыпная плотность сыпучего продукта, кг/м³; 

      ε – порозность (пористость) сыпучего материала;  ε =  V_П / V_Н; 

      V_П – объем пустот свободно насыпанного материала, м³; 

      V_Н – объем свободно насыпанного материала, м³; 

      ρ_тв – действительная плотность частиц материала, кг/м³.

Для свободно насыпанных материалов порозность обычно находится в пределах ε = 0,38...0,42.

Плотность суспензии можно определять по формуле

ρ_с = ρ_тв * φ + ρ_ж * (1 – φ),

где ρ_тв – плотность твердых частиц в суспензии, кг/м³;

      φ – доля твердых частиц в суспензии;

      ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³.

Удельный вес γ (Н/м³) – это отношение веса тела (вещества) к его объему. В отличие от плотности удельный вес не является физико-химической характеристикой вещества, так как зависит от места измерения. Между удельным весом и плотностью существует соотношение γ = ρ * g, где g – ускорение свободного падения, м/с² (9,81 м/с²).

Вязкость – это свойство газов и жидкостей сопротивляться действию внешних сил, вызывающих их течение.

Различают динамическую и кинематическую вязкость жидкостей и газов.

Динамическая вязкость μ (в Па·с) может быть выражена формулой

μ = (P / F) * (dl / dv) ,

где Р – сила, приложенная извне, Н;

      F – площадь действия силы, м² (P / F – давление сдвига, Па);

      l – расстояние между слоями, м;

      v – скорость сдвига, м/с.

Для ньютоновских сред динамическая вязкость характеризует сопротивление ламинарному течению. Если изменение скорости течения при удалении от поверхности слоя на расстояние 1 м по нормали равно 1 м/с, то напряжение сдвига составляет 1 Па.

Динамическая вязкость зависит от температуры и определяется экспериментально, а также по справочникам. При 20 °С динамическая вязкость воды составляет μ = 1·10^-3 Па·с.

Кинематическая вязкость (или коэффициент кинематической вязкости) определяется по формуле υ = μ / ρ и выражается в квадратных метрах в секунду.  Кинематическая вязкость среды плотностью 1 кг/м³, динамическая вязкость которой равна 1 Па·с, составляет 1 м²/с.

Многие жидкости, используемые в пищевой промышленности, не подчиняются закону внутреннего трения Ньютона. Такие жидкости, а к ним относятся растворы полимеров, дисперсные и пластические системы и др., называют неньютоновскими. 

Для ньютоновских жидкостей зависимость между напряжением сдвига τ и градиентом скорости dv / dl согласно закону внутреннего трения Ньютона выражается прямой, проходящей через начало координат с тангенсом угла наклона, равным динамической вязкости μ.

Динамическая вязкость неньютоновских жидкостей не остается постоянной, а изменяется в зависимости от скорости сдвига, его продолжительности, а также от конструкции трубопровода или аппарата.

Зависимости напряжения сдвига τ от dv / dl для неньютоновских жидкостей являются криволинейными. Эти зависимости называются кривыми течения.

Сопротивление таких жидкостей ламинарному течению определяется эффективной вязкостью μ_эф.

Эффективную вязкость определяют по уравнению

μ_эф = К * (dv / dl) ^n-1,

где К – показатель консистентности; n – индекс течения.

Поверхностное натяжение σ (Н/м)  –  это величина, численно равная работе,  которую нужно затратить для того, чтобы при постоянной температуре увеличить на единицу площади поверхность раздела фаз. Поверхностное натяжение жидкости определяют так же, как величину, численно равную силе, действующей на единицу длины контура поверхности раздела и стремящейся сократить эту поверхность до минимума. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

Поверхностное натяжение зависит от температуры и уменьшается с ее повышением (их значения можно взять из таблиц).

Теплоемкость – это отношение количества теплоты, подводимой к веществу, к соответствующему изменению его температуры. Теплоемкость единицы количества вещества называется удельной теплоемкостью с [Дж/(кг·К) или Дж/(моль·К)].

Удельная теплоемкость зависит от того, при каком процессе (изобарном, изохорном, адиабатном, изотермическом) происходит обмен энергией между веществом и окружающей средой.

Массовая удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты надо сообщить веществу массой 1 кг, чтобы повысить его температуру на один градус.

Теплоемкость жидкостей и газов зависит от температуры и увеличивается с ее повышением. Экспериментальные значения удельных теплоемкостей пищевых продуктов приводятся в соответствующих справочниках в виде таблиц и эмпирических формул. Например: с = 4186 * (0,43 + 0,0025 * [t_cр - 85]), где t_cр –средняя температура массы.

Теплопроводность – это перенос энергии от более нагретых участков тела (вещества) к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц, приводящий к выравниванию температуры тела.

Интенсивность теплопроводности в твердых материалах, жидкостях и газах характеризуется коэффициентом теплопроводности λ [Вт/(м·К)], который является теплофизическим параметром вещества и показывает, какое количество теплоты проходит через 1 м² поверхности в течение 1 ч при градиенте изменения температур в направлении, перпендикулярном к изотермической поверхности, равном 1.

Температуропроводность а – является основной теплофизической характеристикой, определяется по таблицам или рассчитывается.

а = λ / (с * ρ)

Измеряется температуропроводность в м²/с или м²/ч.

Практическая часть

Задание на расчет технических свойств

Пример выполнения расчета

Расчёт плотности материала.

Дано: Масса тела (вещества) М = 1500 кг, его объем V = 1200 м³. Найти плотность ρ = ? кг/м³.

Решение:

По формуле находим плотность тела (вещества):

ρ = М / V кг/м³

ρ = 1500 / 1200 = 1,25 кг/м³

Затем находим удельному объему

V_уд = V / М м³/кг

V_уд = 1200 / 1500 = 0,8 м³/кг

Ответ: Плотность ρ = 1,25 кг/м³, удельный объем V_уд = 0,8 м³/кг.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какими основными свойствами характеризуются пищевые продукты и сырье?

2. Что такое плотность? В каких единицах измеряется плотность?

3. Что такое удельный вес? В каких единицах измеряется удельный вес?

4. Что такое вязкость? В каких единицах измеряется вязкость?

5. Что такое поверхностное натяжение? В каких единицах измеряется поверхностное натяжение?

6. Что такое теплоемкость? В каких единицах измеряется теплоемкость?

7. Что такое теплопроводность? В каких единицах измеряется теплопроводность?

Практическая работа № 3.

Изучение расчета основных параметров процесса отстаивания под действием гравитационного поля.

Цель работы: Научиться рассчитывать основные параметры отстойников по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Отстаивание – это частный случай разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате выделения твердых или жидких частиц под действием гравитационной силы. Применяют отстаивание при грубом разделении суспензий, эмульсий и пылей. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Однако простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определили широкое применение этого метода разделения в пищевой и смежных отраслях промышленности.

Отстаивание проводят в аппаратах различных конструкций, называемых отстойниками.

Рассмотрим работу отстойника (рисунок 1). В прямоугольный отстойник с размерами камеры l, h, b поступает на разделение неоднородная смесь с линейной скоростью V. При движении суспензии в отстойнике происходит отстаивание: твердые частицы оседают на дно, образуя слой осадка.

Отстойники рассчитывают на отстаивание самых мелких частиц.

Установим связь между производительностью отстойника и его размерами.

Рисунок 1 - Схема простейшего отстойника

Рабочий объем отстойника

V = l * h * b = V_τ * τ_О,

где V_τ – секундная производительность отстойника, м³/с;

      τ_О – средняя продолжительность отстаивания частиц, с.

Последняя связана сосредней скоростью отстаивания частиц v_О соотношением τ_О = h / v_О.

Удельная производительность отстойника

V_τ = l * b * v_О,

т.е. она равна произведению площади отстаивания (F_О = l * b) на скорость отстаивания.

Продолжительность отстаивания можно сократить, если уменьшить высоту слоя жидкости (путь отстаивания). Это условие реализовано в конструкциях многоярусных отстойников, в тарельчатых сепараторах.

Если задана производительность отстойника, то из уравнения можно определить площадь поверхности отстаивания

F_O = V_τ / v_О или F_O = G_τ / (ρ_П * v_О) ,

где G_τ – производительность отстойника, равная G_П / τ, кг/с;

      ρ_П – плотность продукта, кг/м³, или, с учетом уравнения,

F_O = (G_c / ρ_П * v_О * τ) * (х₀ - х_с / х₀ - х_п)

Эффективность работы отстойника может быть увеличена посредством уменьшения пути отстаивания частиц, т.е. высоты слоя жидкости h. Это условие реализовано в многоярусных отстойниках.

Практическая часть                         

Пример выполнения расчетов

Расчет отстойника

Дано: Длина отстойника l = 40 м, ширина отстойника b = 40 м, высота отстойника h = 10 м, средняя продолжительность отстаивания частиц, τ_О = 12000 с. Найти рабочий объем отстойника V = ? м³, секундную производительность отстойника V_τ = ? м³/с, площадь поверхности отстаивания F_О = ? м².

Решение:

По формуле находим рабочий объем отстойника

V = l * h * b, м³

V = 40 * 40 * 10 = 16000 м³

Находим секундную производительность отстойника

V_τ = V / τ_О, м³/с

V_τ = 16000 / 12000 = 1,33 м³/с

Находим площадь поверхности отстаивания

F_О = l * b, м²

F_О = 40 * 40 = 1600 м²

       Ответ: Рабочий объем отстойника V=16000 м³, секундная производительность отстойника V_τ = 1,33 м³/с, площадь поверхности отстаивания F_О = 1600 м².

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Практическая работа № 4.

Изучение расчета машин для измельчения твердых материалов.

Цель работы: Научиться рассчитывать основные параметры машин для измельчения твердых материалов по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Измельчение – процесс деления материалов на части путем их раздавливания, раскалывания, истирания, удара, резания и распиливания. При этом преодолеваются силы молекулярного притяжения в измельчаемом материале и образуются новые поверхности.

При раздавливании материал помещают между нажимной и опорной плитами. При разрушении образуются кусочки различных размера и формы. Этот процесс происходит в вальцевых дробилках, бегунах.

Раскалывание возникает в результате контакта материала с клинообразным рабочим органом.

Разламывание осуществляется путем воздействия на материал, находящийся между двумя опорами.

Для резания применяют ножи различной конструкции.

Для распиливания туш используются пилы и фрезы.

Истирания предназначено для тонкого помола материала.

Измельчение материала ударом осуществляются в дробилках или ударным инструментом, например топором.

Для измельчения сырья, полуфабрикатов и готовой продукции используют дробилки, мясорубки, терки, ножи, фрезы, пилы и протирочные машины.

Молотковая дробилка

Производительность молотковой дробилки

П = 35 * D * L * ρ, кг/ч,

где D – диаметр ротора дробилки, м;

      L – длина ротора, м;

      ρ – плотность материала, кг/м³.

Мощность, потребляемая молотковой дробилкой

N = 0,15 * D² * L * n, кВт

где n – частота вращения, n = (D_р * n_эд) / d_р, мин^-1;                                                

D_р и d_р – диаметры шкивов клиноременной передачи;

       n_эд – частота вращения электродвигателя, об/мин.

Вальцовая дробилка

Производительность вальцевой дробилки.

П = 60 * π * D * b * l * n * φ * ρ, кг/с,

где D – диаметр волков, м;                            

      b – ширина зазора между валками, b = 0,002…0,0005 м;

l – длина волка, м;

n – частота вращения, мин ^-1;

      ρ – объемная масса измельчаемого материала, кг/м³;

φ – коэффициент, учитывающий неравномерность заполнения волков,

      φ = 0,5…0,7

Мощность электродвигателя вальцевой дробилки.

N = 0,117 * D * l * n * (120 * d_н + D²) кВт,

где d_н – начальный размер измельчаемых частиц (диаметр зерен), м.

Дисковая дробилка

Производительность дисковой дробилки

П = F * δ * ω * ρ * К₁ * К₂ * φ, кг/с

где F – площадь диска, F = π * D² / 4 м²;                                             

D – диаметр диска, м;

δ – зазор между дисками, δ = 0,5...2 мм;

ω – угловая скорость диска, ω = υ / R, 1/с;

υ – окружная скорость, υ = 7…8 м/с;       

ρ – объемная масса измельчаемого материала, кг/м³;

К₁ – коэффициент соотношения, К₁ = 0,5;                                

К₂ – опытный коэффициент, К₂ = 0,01;

φ – коэффициент заполнения, φ = 0,7...0,8

Мощность электродвигателя дисковой дробилки

N = (П * ω) / η кВт,

где η – К.П.Д. привода, η = 0,7…0,8

ω – удельный расход энергии на дробление, ω = 1…3

Резательная машина

Производительность резательной машины

П = n * Z * δ * ρ * (π * D² / 4) * К₁ * К₂ кг/с

где n – частота вращения ножей, n = V / (π * D), мин ^-1;

V – скорость резания, м/с;

D – диаметр ножа, м;

Z – число ножей, шт;

δ – толщина стружки, δ = 0,002 м;

ρ – плотность материала, кг/м³;

φ – коэффициент заполнения, φ = 0,6...0,8;

К_{1 —} коэффициент уплотнения, К₁ = 0,6...0,65;

К₂ – коэффициент использования режущей части ножей, К₂ = 0,6...0,9

Мощность электродвигателя привода резательной машины

N = (W * φ * F * K₁) / η * K₂ кВт,

где W – удельная работа резания, кДж/м²

φ – коэффициент использования режущей способности машины, φ = 0,6...0,7

F – режущая способность машины, м²/с

К₁ – коэффициент запаса мощности, К₁ = 1,25…1,35

η – К.П.Д. привода, η = 0,7…0,85

К₂ – коэффициент, учитывающий расход энергии на подачу и отвод продукта,

К₂ = 0,9...0,95

Шаровая мельница

Производительность шаровой мельницы

П = V * K * D^0,6 кг/с

где V – объем барабана, м³;

      K – коэффициент пропорциональности, зависящий от среднего размера кусков исходного материала, K = 0,41…1,31;

      D – диаметр барабана, м

Частота вращения мельницы

n = 32 / D мин ^-1

Практическая часть

Задание на расчет измельчающих машин

Пример выполнения расчетов

Расчет молотковой дробилки

Дано: Диаметр ротора дробилки D = 1 м, длина ротора L = 1 м, плотность материала, ρ = 1000 кг/м³; n – частота вращения 1000 мин^-1. Найти производительность молотковой дробилки П = ? кг/ч, мощность, потребляемая молотковой дробилкой N = ? кВт.

Решение:

По формуле находим производительность молотковой дробилки

П = 35 * D * L * ρ, кг/ч

П = 35 * 1 * 1 * 1000 = 35000 кг/ч

Находим мощность, потребляемая молотковой дробилкой

N = 0,15 * D² * L * n, кВт

N = 0,15 * 1² * 1 * 1000 = 150 кВт

     Ответ: производительность молотковой дробилки П = 35000 кг/ч, потребляемая молотковой дробилкой N = 150 кВт.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какими основными свойствами характеризуются пищевые продукты и сырье?

2. Что такое плотность? В каких единицах измеряется плотность?

3. Что такое удельный вес? В каких единицах измеряется удельный вес?

4. Что такое вязкость? В каких единицах измеряется вязкость?

5. Что такое поверхностное натяжение? В каких единицах измеряется поверхностное натяжение?

6. Что такое теплоемкость? В каких единицах измеряется теплоемкость?

7. Что такое теплопроводность? В каких единицах измеряется теплопроводность?

Практическая работа № 5.

Изучение расчета фильтрационных аппаратов.

Цель работы: Научиться рассчитывать фильтрационные аппараты по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Фильтрованием называют процесс разделения неоднородных жидких, газовых систем с помощью пористых проницаемых перегородок, задерживающих твердую и пропускающих жидкую и газовую фазы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений, которая создаётся избыточным давлением перед фильтром или вакуумом после фильтра, а также может возникнуть под действием силы тяжести или центробежной силы.

Для разделения суспензий наиболее широко применяются фильтры, для эмульсий – центрифуги и сепараторы, для грубого разделения суспензий – гидроциклоны; для разделения аэрозолей – аппараты сухой и влажной пылеочистки и электрофильтры.

Фильтровальное оборудование бывает периодического и непрерывного действия.

По принципу действия оно делится на две группы:

- оборудование, работающее при постоянном перепаде давления;

- оборудование, работающее при постоянной скорости фильтрования.

В зависимости от величины и способа создания движущей силы различают:

– гравитационные, то есть работающие под наливом

– под действием гидростатического давления слоя суспензии р = 1,5 ат. (нутч – фильтры)

– фильтры, работающие при избыточном давлении (фильтр – прессы) р до 5 ат.;

– вакуум – фильтры, р = 0,85 ат.

Фильтры периодического действия работают преимущественно при повышенном давлении. К ним относятся рамные и камерные фильтр - прессы, емкостные, листовые, мешочные, патронные фильтры, а также фильтры с зернистым фильтрующим материалом. Осадок из этих фильтров обычно выгружается вручную, что является их существенным недостатком.

Устройствами для механического съема осадка снабжены фильтры периодического действия, работающие при избыточном давлении: дисковые фильтр–прессы с центробежным сбросом и удалением осадка (шлама), автоматизированные камерные фильтр-прессы.

Фильтры непрерывного действия в подавляющем большинстве случаев работают под вакуумом. К ним относятся вакуум-фильтры барабанные, дисковые, тарельчатые, карусельные и ленточные (Б; Д; Т; К; Л).

Основным конструктивным элементом любого фильтра является фильтровальная перегородка выбор типа которой определяется следующими основными критериями:

– она должна пропускать частицы твердой фазы с возможно наименьшим диаметром;

– должна быть коррозионностойкой как к фильтрату, так и к осадку;

– должна быть термостойкой и износостойкой;

– должна обладать достаточной механической прочностью.

В качестве фильтровальных пористых перегородок в фильтрах используют различные ткани, проволочные и полимерные сетки, бумагу, т.п.

Нутч-фильтр

Скорость фильтрации

W = 1 / F * (dV / dτ) = ∆p / (μ * [x₀ * r₀ * V / F + R_п]), м/с

где V – внутренний (рабочий) объём фильтра, м³
F – площадь поверхности фильтрования, м²
τ – время фильтрования (продолжительность протекания процесса), сек
Δр – величина перепада давлений, Па
μ – динамическая вязкость фильтруемой взвеси, Па·с
х₀ – объём осадка, отнесённый к объёму фильтрата, м
r₀ – среднее удельное сопротивление слоя осадка, м^(-2)
R_п – сопротивление фильтрующей перегородки, м^(-1).

Рамный фильтр-пресс

Скорость фильтрования

W = V / (F * τ_ф), м/с

где V – удельная производительность фильтра

F – площадь поверхности фильтрования, м²

τ_ф – продолжительность фильтрования, сек

Фильтр-пресс

 Скорость фильтрования

W = V / (F * τ_ф), м/с

где V – секундная объемная производительность фильтра, V = (F * υ) / Т, м³/с

F – площадь поверхности фильтрационных перегородок, F = f * n, м²

f – площадь поверхности фильтрационной перегородки f = a * b, м²

n – количество фильтрационных перегородок, шт,

а – длина перегородки, м

b – ширина перегородки, м

υ – удельная производительность фильтра, υ = h_ос / х_ос, м³/м³

h_ос – высота слоя осадка, м

х_ос – объем осадка, приходящийся на 1 м³ получаемого фильтра,

х_ос = 0,01...0,1 м³/м³,

Т – продолжительность цикла, сек

τ_ф – продолжительность фильтрования, сек

Барабанный вакуум-фильтр

Скорость фильтрования

W = V / (F *τ_ф), м³/с 

где F – площадь фильтрования, F = π * D * L * φ, м²

      D – диаметр барабана, м

      L – длина барабана, м

      φ – коэффициент использования длины барабана, φ = 0,7…0,8

      V – удельная производительность, м³/м³

τ_ф – продолжительность фильтрования, сек

Тарельчатый вакуум-фильтр

Скорость фильтрования

W = V / (F * τ_ф), м/с

Секундная объемная производительность фильтра

V = (F * υ) / Т, м³/с

где F – площадь поверхности фильтрационных тарелок F = f * n, м²

f – площадь поверхности фильтрационной тарелки, f = a * b, м²

а – длина тарелки, м

b – ширина тарелки, м

n — количество фильтрационных перегородок, шт

υ – удельная производительность фильтра, υ = h_ос / х_ос, м³/м³

h_{ос —} высота слоя осадка, м

х_ос – объем осадка, приходящийся на 1 м³ получаемого фильтра,

х_ос = 0,01...0,1 м³/м³,

Т – продолжительность цикла, сек

τ_ф – продолжительность фильтрования, сек

Практическая часть

Задание на расчет фильтрационных аппаратов

Пример выполнения расчетов

Расчет Нутч-фильтра

Дано: Внутренний (рабочий) объём фильтра, V = 1,5 м³; площадь поверхности фильтрования, F = 5 м²; время фильтрования (продолжительность протекания процесса), τ = 2000 сек. Найти скорость фильтрации W = ? м/с.

Решение:

По формуле находим производительность скорость фильтрации

W = 1/F * (dV / dτ)

W = 1/5 * (1,5 / 2000) = 0,00015 м/с

Ответ: скорость фильтрации W = 0,00015 м/с

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Практическая работа № 6.

Изучение расчета аппаратов для разделение газовых неоднородных систем.

Цель работы: Научиться рассчитывать циклоны по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Очистку газов от взвешенных твердых или жидких частиц проводят в целях уменьшения загрязненности атмосферы и улавливания из отходящих газов ценных продуктов.

Фактор разделения

Ф = υ² / (R * q)

где υ — окружная скорость, м/с,

R — радиус циклона, м,

q — ускорение свободного падения, q = 9,81 м/с².

Эффективность аппаратов для очистки газов оценивается степенью очистки

η = (с₁ - с₂) / с₁ * 100 %

где с₁ и с₂ – соответственно начальная и конечная концентрация пыли, кг/м³.

Для очистки газовых потоков от взвешенных частиц используют несколько способов: гравитационное осаждение, осаждение под действием инерционных и центробежных сил (центрифугирование), фильтрование газового потока через пористую перегородку, мокрую очистку, которая осуществляется в орошаемых водой скрубберах, осаждение в электрическом поле. Первые два способа применяют для очистки газов от крупных (свыше 100 мкм) взвешенных частиц, остальные – для тонкой очистки газов от частиц размером менее 20 мкм. Для достижения требуемой степени очистки газового потока способы часто комбинируют.

Скорость воздуха в цилиндрической части циклона.

W = √ 2 * (∆ρ / ρ_в) * ε м/с,

где ∆ρ / ρ_в – отношение при оптимальных условиях работы циклона,

      ∆ρ / ρ_в = 50...750,  

ε – коэффициент гидравлического сопротивления, ε_{нииогаз} = 105, ε_батар = 85.

Производительность циклона, т. е. объемный расход воздуха

П = V = F * W = (π * D²) / 4 * W м³/с,

где D – диаметр цилиндрической части циклона, м.

Практическая часть

Задание на расчет циклонов

Пример выполнения расчетов

Расчет циклона

Дано: диаметр цилиндрической части циклона, D = 1 м². Найти фактор разделения Ф = ?; скорость воздуха в цилиндрической части циклона, П = ? м³/с.

Решение:

По формуле находим скорость воздуха в цилиндрической части циклона

W = √ (2 * (∆ρ / ρ_в) * ε) м/с,

W = √ (2 * 1 * 105) = 14,15 ≈ 14 м/с

Затем находим производительность циклона

П = (π * D²) / 4 * W м³/с

П = (3,14 * 1²) / 4 * 14 = 10,99 ≈ 11 м³/с

Определяем

Фактор разделения

Ф = υ² / (R * q)

Принимаем υ = W, тогда

Ф = 14² / (0,5 * 9,81) = 42,85 ≈ 43

Ответ: производительность циклона, П = 11 м³/с, фактор разделения Ф = 43

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Для чего нужны циклоны?

2. Какие основные параметры рассчитываются у циклонов?

3. Какие способы очистки газовых потоков Вы знаете?

4. Каким-(и) способом-(ами) можно очистить воздух от мелких взвешенных частиц размером менее 20 мкм?

Практическая работа № 7.

Изучение расчета аппаратов с механическим перемешиванием неоднородных систем.

Цель работы: Научиться рассчитывать мешалки по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Механическое перемешивание используют для интенсификации гидромеханических, тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах жидкость – жидкость, газ – жидкость и газ – жидкость – твердое тело.

Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств – мешалок. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.

Все перемешивающие устройства (рисунок 2.37), применяемые в пищевых производствах, можно разделить на две группы: в первую группу входят лопастные, турбинные и пропеллерные, во вторую – специальные – винтовые, шнековые, ленточные, рамные, ножевые и другие, служащие для перемешивания пластичных и сыпучих масс.

Рисунок 2 – Типы мешалок:

а – трехлопастная; б – двухлопастная; в – пропеллерная; г – открытая турбинная; д – открытая турбинная с наклонными лопастями; е – закрытая турбинная

По частоте вращения рабочего органа перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.

Для перемешивания жидких сред в пищевой промышленности применяют лопастные, пропеллерные и турбинные мешалки. Ленточные, якорные и шнековые мешалки относятся к тихоходным: частота их вращения составляет 30...90 мин^-1, окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей – 2...3 м/с.

Преимущества лопастных мешалок – простота устройства и невысокая стоимость. К недостаткам относится создаваемый слабый осевой поток жидкости, что не обеспечивает полного перемешивания во всем объеме смесителя.

Наибольшее усиление осевого потока достигается при наклоне лопастей под углом 30° к оси вала.

Якорные мешалки имеют форму днища аппарата. Их применяют при перемешивании вязких сред. Эти мешалки при перемешивании очищают стенки и дно смесителя от налипающих загрязнений.

Шнековые мешалки имеют форму винта и применяются, как и ленточные, для перемешивания вязких сред.

К быстроходным относятся пропеллерные и турбинные мешалки: частота их вращения составляет от 100 до 3000 мин^-1 при окружной скорости 3...20 м/с.

Пропеллерные мешалки изготовляют с двумя или тремя пропеллерами. Они обладают насосным эффектом и используются для создания интенсивной циркуляции жидкости. Применяются для перемешивания жидкостей вязкостью до 2 Пас.

Турбинные мешалки изготовляют в форме колес турбин с плоскими, наклонными и криволинейными лопастями. Они бывают открытого и закрытого типов. Закрытые мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости. Для одновременного создания радиального и осевого потоков применяют турбинные мешалки с наклонными лопастями. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем рабочем объеме смесителя. Для уменьшения кругового движения жидкости и образования воронки в смесителе устанавливаются отражательные перегородки.

Турбинные мешалки применяют при перемешивании жидкостей вязкостью до 500 Пас, а также грубых суспензий.

Основные элементы типового смесителя с перемешивающим устройством – корпус с крышкой, привод и мешалки.

Расчет перемешивающих устройств сводится к определению мощности, расходуемой на перемешивание. Интенсивность перемешивания j назначается на основании экспериментальных данных.

После выбора типа, размеров и частоты вращения мешалки приступают к расчету потребляемой мощности.

Рассчитать полезную мощность пропеллерной мешалки по формуле

N = (3600 * П * ω) / η кВт

где П – производительность мешалки, кг/с

ω – удельный расход энергии на перемешивание, ω = 0,0025…0,0026 кВт^.ч/кг

η – КПД привода мешалки, η = 0,8…0,9

Практическая часть

Задание на расчет фильтрационных аппаратов

Пример выполнения расчетов

Расчет циклона

Дано: производительность мешалки, П = 10 кг/с. Рассчитать полезную мощность пропеллерной мешалки, N = ?

Решение:

Полезную мощность пропеллерной мешалки определяем по формуле

N = (3600 * П * ω) / η кВт

N = (3600 * 10 * 0,0025) / 0,8 = 112,5 кВт

Ответ: полезную мощность пропеллерной мешалки, N = 112,5 кВт.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Для чего применяют мешалки?

2. На какие основные виды делятся мешалки?

3. Какие вещества можно перемешивать лопастными мешалками?

4. Какие мешалки относятся к быстроходным?

5. Какие вещества можно перемешивать якорными мешалками?

Практическая работа № 8.

Изучение расчета машин для перемещения жидкости.

Цель работы: Научиться рассчитывать основные параметры насосов по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкости и сообщение ей энергии, называются насосами.

Сущность работы насоса заключается в превращении механической энергии электродвигателя, за вычетом потерь, в потенциальную и кинетическую энергию потока жидкости.

Вследствие работы насоса происходит:

- перемещение жидкости по трубопроводам;

- перекачивание жидкости из одной емкости в другую в пределах цеха или завода;

- нагнетание жидкости в аппараты под давлением.

Ко всем насосам, используемым в пищевой промышленности, предъявляется следующие требования:

- инертность к пищевым жидкостям материалов, из которых изготовлены части насосов, соприкасающихся с продуктами;

- наименьшее механическое воздействие на перекачиваемые продукты;

- равномерная подача;

- удобное и легкое присоединение к трубопроводам;

- легкая и быстрая разборка и сборка;

- износостойкие рабочие органы насосов для перекачивания жидкости с абразивными частями;

- сочетание гигиенических норм с современными требованиями технической эстетики.

Насосы подразделяются на объемные и динамические.

В объемных насосах жидкая среда перемещается путем периодического изменение объема занимаемой камеры, попеременно сообщающиеся с входом и выходом насоса. К объемным насосам относят: возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные, диафрагменные), роторные (зубчатые, винтовые, шиберные, роторные-поршневые), крыльчатые.

В динамических насосах жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщается с входом и выходом насоса. К динамическим насосам относятся: лопастные (центробежные, осевые), электромагнитные, насосы трения (вихревые, вибрационные, струйные). 

Поршневой насос

Производительность поршневого насоса

Q = 60 * F * S * n * ρ * η, кг/ч

где F – площадь поршня, F = (π * D²) / 4, м²

D – диаметр поршня, м²

S – ход поршня, м

n – частота вращения колеса кривошипно-шатунного механизма, мин^-1

ρ – плотность перекачиваемого продукта, кг/м³

η – КПД насоса, η = 0,85…0,95

Мощность поршневого насоса

N = (Q * H) / (3600 * η * ρ)

где H – напор, Н = (р₂ – р₁) / (ρ * g) + Н_г + h_n, н/м

р₂, р₁ – давление в пространствах нагнетания и всасывания, Па

Н_г – геометрическая высота подъема жидкости, м

h_n – высота напора, м

Шестеренчатый насос

Производительность шестеренчатого насоса

Q = 2 * 60 * z * f * b * n * ρ * η, кг/ч

где z – число зубьев шестерен, шт

f – площадь сечения зуба, м²

b – ширина зуба, м

n – частота вращения шестерен, мин^-1

ρ – плотность перекачиваемого продукта, кг/м³

η – КПД насоса, η = 0,7…0,9

Винтовой насос

Производительность винтового насоса

Q = 240 * D * t * e * n * ρ * η, кг/ч

где D – диаметр сечения рабочего винта, м

t – шаг обоймы, м

e – эксцентриситет рабочего винта, м

n – частота вращения рабочего винта, мин^-1

ρ – плотность перекачиваемого продукта, кг/м³

η – КПД насоса, η ≈ 0,7

Центробежный насос

Производительность центробежного насоса

Q = 3600 * b * (π * D – δ * z) * v * ρ * η, кг/ч

где b – ширина рабочего колеса, м

D – диаметр рабочего колеса, м

δ – толщина лопаток колеса, м

z – число лопаток в рабочем колесе, шт

v – скорость движения жидкости, м/с

ρ – плотность перекачиваемого продукта, кг/м³

η – КПД насоса, η = 0,6…0,8

Практическая часть

Задание на расчет фильтрационных аппаратов

Пример выполнения расчетов

Расчет насоса

Дано: диаметр поршня, D = 1 м², ход поршня, S = 1 м, частота вращения колеса кривошипно-шатунного механизма, n = 10 мин^-1, плотность перекачиваемого продукта, ρ = 100 кг/м³. Рассчитать производительность поршневого насоса Q = ? кг/ч.

Решение:

Находим площадь поршня

F = (π * D²) / 4, м²

F = (3,14 * 1²) / 4 = 0,785 м²

Определяем производительность поршневого насоса

Q = 60 * F * S * n * ρ * η, кг/ч

Q = 60 * 0,785 * 1 * 10 * 100 * 0,7 = 32970 кг/ч

Ответ: производительность поршневого насоса Q = 32970 кг/ч.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Практическая работа № 9.

Изучение расчета машин для выпекания хлебобулочных изделий.

Цель работы: Научиться рассчитывать основные параметры хлебопекарных печей по расчетным формулам.

Теоретическая часть

Печь предназначена для выпечки широкого ассортимента хлеба и хлебобулочных изделий, обеспечивает полную механизацию производственных процессов на участке поточной линии.

Выпечка является сложным процессом, проте­кающим под воздействием теплоты и влаги. Качество изделий при выпеч­ке зависит от увлажнения и прогре­ва тестовых заготовок.

Имеется ши­рокий спектр конструкций хлебопекарных и кондитерских печей. Основными признаками их классификации являются:

• назначение печ­ного агрегата;
• спо­собы генерации теплоты и обогрева пекарной камеры;
• степень механизации печного агрегата;
• тип или конфигурация пекар­ной камеры;
• рабочая площадь пода;

Назначение печного агрегата опреде­ляет специализацию печей и ассортимент вы­рабатываемой продукции.

Печные агрегаты разделяются на: хлебопекарные, кондитерские, бараночные, пряничные и для выработки национальных и специальных сортов мучных хлебобулочных изделий.

По вы­рабатываемому ассортименту хлебопекарные печи можно раз­делить на группы:

·         универсальные, на которых может выпе­каться практически весь ассортимент изделий;

·         специализированные, на которых можно выпекать только определенный ограниченный ассортимент.

Конструкция печи, системы обогрева и парового увлажнения должны обеспечить необходимый подвод влаги и теплоты для полу­чения хлеба хорошего качества.

Часовая производительность печи для изделий, выпекаемых на поду и на люльках в тоннельных или люлечно-подиковых печах, определяется по формуле

Р_ч = (N * n * m * 60) / Т_в шт/ч

где N – количество люлек в печи, (рядов изделий по длине пода), N = 2, 5, 6, 8 шт

n – количество заготовок на люльке или по ширине пода, шт

m – масса изделия, кг

Т_в – время выпечки, мин

Для изделий, вырабатываемых на поточно-механизированных линиях, производительность рассчитывают исходя из схемы расположения кусков теста на поду по формулам

N = n * (L – a) / (l + a), шт/ч

где L – длина пода печи, L = 12000 мм (для печей S_пода = 25 м²)

l – длина изделия, мм

а – зазор между изделиями, а = 20…30 мм

n = (B – a) / (b + a),

где В – ширина пода печи, В = 2000 мм (для печей S_пода = 25 м²)

b – ширина изделия, мм

Для изделий, выпекаемых на листах, часовая производительность печи определяется по формуле

Р_ч = (N * n * m * n₁ * 60) / Т_в шт/ч

где N – число люлек или рядов листов по длине пода, N = 2, 5…7 шт

n – число листов на люльке или по ширине пода, шт

m – масса изделий, кг

n₁ – число изделий на листе, n = 50 шт

Для печей с шириной пода 2 м обычно применяют листы размером 620 * 340 мм (при установке трех листов по ширине пода).

Часовая производительность ротационной и модульной печи определяется по формуле, кг:

P_ч = (N * n * m * 60) / Т_по, шт/ч

где N – число полок, модулей в печи, N = 5 – 6 шт

n – число изделий на полке, модуле, шт

m – масса изделий, кг

Т_по – продолжительность подооборота, мин

Если загрузка и разгрузка тележки n = 2…4 мин, то продолжительность подооборота, Т_по = t_в + n мин (t_в – продолжительность выпечки).

Производительность печей с ленточным конвейером определяется по формуле

П= (60 * L * Z * K₁ * K₃ * C₁) / (k * t), шт/ч

где L – длина пекарного пространства, м

Z – число лент в печи

К₁ – количество изделий на 1 м длины, К₁ = 115…140

К₃ – коэффициент заполнения ленточного пода печи, К₃ = 0,98–0,99

С₁ – коэффициент, учитывающий отходы (брак, лом) изделий при выпечке,

С₁ = 0,99

k – количество штук в 1 кг

t – продолжительность выпечки печенья, мин

Производительность печи с цепным конвейером определяется по формуле

П = (60 * L * Z * K₁ * K₃ * C₁) / (l + l₁) * t * K, шт/ч

где Z – число цепных конвейеров

L – длина пекарного пространства, м

К – количество изделий на одном трафарете, К = 63 шт

l – длина трафарета, l = 0,65 м

l₁ – интервал между трафаретами, l₁ = 0,05 м

t – продолжительность выпечки, t = 4,5 мин

К₁ – количество штук в 1 кг;

К₃ – коэффициент заполнения трафаретов, К₃ = 0,98

С₁ – коэффициент, учитывающий отходы изделий при выпечке, C₁ = 0,97

Производительность печей периодического действия со стационарным или выдвижным подом рассчитывается по формуле

П = (60 * m * К₁ * К₃ * С₁) / (t₁ + t₂) * t * К, шт/ч

где m – количество трафаретов или листов, помещающихся в печи

t₁, t₂ – продолжительность загрузки и выгрузки печи, мин

t – продолжительность выпечки, мин

Значения коэффициентов те же, что и в предыдущей формуле.

Расчет производительности печи для производства вафель определяется по формуле

П = (60 * m * g * К₀) / t, шт/ч

где m – количество вафельных форм в печи, шт;

g – масса вафельного листа, кг;

t – продолжительность выпечки вафельных листов, мин;

К₀ – коэффициент, учитывающий возвратные отходы, К₀ = 0,97

Практическая часть

Задание на расчет хлебопекарных печей

Пример выполнения расчетов

Расчет тоннельных, люлечно-подиковых печей

Дано: количество заготовок на люльке или по ширине пода, n = 5 шт, масса изделия, m = 1 кг, время выпечки, Т_в = 40 мин. Найти часовую производительность печи, Р_ч = ? шт/ч.

Решение:

Рассчитаем часовую производительность печи для изделий, выпекаемых на поду и на люльках в тоннельных или люлечно-подиковых печах

Р_ч = (N * n * m * 60) / Т_в, шт/ч

Р_ч = (5 * 5 * 1 * 60) / 40 = 37,5 шт/ч

Ответ: часовую производительность Р_ч = 37,5 шт/ч.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Практическая работа № 10.

Изучение расчета устройств для транспортировки грузов.

Цель работы: Научиться рассчитывать транспортирующие устройства по расчетным формулам.

Теоретическая часть

       Высокопроизводительная работа современного предприятия часто обеспечивается устройствами непрерывного транспорта. На заводах с поточным методом производства такие устройства перемещают по цехам заготовки, комплектующие, полуфабрикаты и готовые изделия.

       Конвейеры, транспортеры, элеваторы – машины непрерывного транспорта предназначены для непрерывного перемещения насыпных и штучных грузов по заданной трассе. Одновременно с транспортированием грузов они могут распределять их по заданным пунктам, складировать, накапливая в обусловленных местах, перемещать по технологическим операциям, обеспечивая необходимый режим производственного процесса.

Транспортирующие устройства являются составной частью современного технологического процесса. Они устанавливают и регулируют темп производства, обеспечивают его ритмичность, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции. В зоне их действия обустраиваются места загрузки и выгрузки.

       По способу приложения движущей силы к грузу транспортирующие машины могут быть с тяговым рабочим органом (лентой, цепью, канатом, штангой) и без тягового рабочего органа (винтовые и роликовые конвейеры, вращающиеся трубы). Грузонесущий элемент может иметь поступательное, возвратно-поступательное, вращательное и колебательное движения.  

Ленточный транспортер

Производительность ленточного транспортера (мелкокусковых грузов)

П = f * v * ρ кг/с

где f – площадь поперечного сечения материала на ленте, f = b * h * φ м²

b – ширина ленты, м

h – высота слоя материала, для мелкокусковых грузов, h = d_п

d_п – средний размер плода, м

φ – коэффициент заполнения, φ = 0,4…0,6

v – скорость движения ленты, м/с

ρ – плотность материала кг/м³

Гидравлический транспортер

Производительность гидравлического транспортера

П = f * v * ρ * φ * (n / m) кг/с

где f – площадь поперечного сечения желоба, м²

v – скорость движения смеси, м/с

ρ – плотность смеси продукта и воды, кг/м³

φ – коэффициент заполнения желоба, φ = 0,4…0,6

n – коэффициент неравномерности подачи продукта в гидротанспортер,

n = 0,9…1,4

m – кратность расхода воды, m = 4, 5, 6

Шнековый транспортер

Производительность шнекового транспортера

П = f * v * ρ кг/с

где f – средняя площадь поперечного сечения потока материала в желобе,

      f = 0,785 * D² * φ, м/с

D – диаметр винта, м

φ – коэффициент заполнения желоба, φ = 0,2…0,65

v – скорость движения материала в желобе, v = (s * n) / 60, м/с

s – шаг винта, s = (0,8…1) * D, м

n – частота вращения винта, мин^-1

ρ – плотность транспортируемого материала, кг/м³

Скребковый транспортер

Производительность скребкового транспортера (без наклона)

П = b * h * v * ρ * φ кг/с

где b – ширина лотка (желоба), м

h – высота лотка, м

v – скорость движения скребков, v = 0,1…0,5 м/с

ρ – плотность продукта, кг/м³

φ – коэффициент заполнения лотка, φ = 0,5…0,8

Пластинчатый транспортер

Производительность пластинчатого транспортера (штучный груз)

П = (G * v) / a

где G – масса единицы груза, кг

v – скорость движения груза, v = 0,2…0,6 м/с

а – расстояние между грузами, м

Роликовый транспортер

Производительность роликового транспортера

П = f * v * ρ кг/с

где f – площадь поперечного сечения материала на роликах, f = b * h * φ м²

b – ширина ролика, м

h – высота слоя материала, для мелкокусковых грузов, h = d_п

d_п – средний размер плода, м

φ – коэффициент заполнения желоба, φ = 0,5…0,6

v – скорость движения груза по ролику, м/с

ρ – плотность материала кг/м³

Элеватор

Производительность элеватора

П = (v / а) * i * ρ * φ кг/с

где v – скорость движения ковшей, м/с

а – расстояние между соответствующими точками ковшей (шаг ковшей), м

i – емкость ковша, м³

ρ – плотность транспортируемого материала, кг/м³

φ – коэффициент заполнения ковшей, φ = 0,6…0,8

Практическая часть

Задание на расчет транспортирующих устройств

Пример выполнения расчетов

Расчет ленточного конвейера

Дано: ширина ленты, b = 0,5 м, высота слоя материала, h = 0,15, скорость движения ленты, v = 0,5 м/с, плотность материала ρ = 1020 кг/м³. Найти производительность ленточного транспортера П = ? кг/с.

Решение:

Находим площадь поперечного сечения материала на ленте

f = b * h * φ м²

f = 0,5 * 0,15 * 0,5 = 0,0375 ≈ 0,04 м²

Определяем производительность ленточного транспортера (мелкокусковых грузов)

П = f * v * ρ кг/с

П = 0,04 * 0,5 * 1020 = 20,4 кг/с

Ответ: производительность ленточного транспортера (мелкокусковых грузов) П = 20,4 кг/с.

Содержание отчета о работе

Отчет о выполненной практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание.

3. Результаты расчетов.

4. Выводы по результатам работы.

Список используемых источников

1. Алексеев, Г.В. Виртуальный лабораторный практикум по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств»: Уч. Пособие / Г.В. Алексеев, И.И. Бриденко, Н.И. Лукин. - СПб.: Лань, 2011. - 144 c.

2. Вобликова, Т.В. Процессы и аппараты пищевых производств: Учебное пособие / Т.В. Вобликова, С.Н. Шлыков и др. - СПб.: Лань, 2016. - 204 c

3. Остриков, А.Н. Процессы и аппараты. Расчет и проектирование аппаратов для тепловых и тепломассообменных процессов: Учебное пособие / А.Н. Остриков, В.Н. Василенко и др. - СПб.: Лань, 2018. - 440 c.

4. Пилипенко, Н.И. Процессы и аппараты: Учебник для студентов учреждений сред. проф. образования / Н.И. Пилипенко, Л.Ф. Пелевина. - М.: ИЦ Академия, 2008. - 304 c.
5. Пилипенко, Н.И. Процессы и аппараты: Учебник / Н.И. Пилипенко. - М.: Академия, 2014. - 192 c.