Основные факторы, обуславливающие рациональность конструкции смесителя

Характеристика качества смесей

Качество приготовляемых смесей можно характеризовать степенью смешивания или, например, степенью однородности, под которой понимается взаимное распределение двух и более компонентов после совершенного смешивания всей системы. Степень смешивания (или степень однородности), используемая для оценки интенсивности смешивания, является в то же время показателем эффективности смешивания.

Согласно ранее принятому в отечественной литературе определению, интенсивность действия смешивающего устройства (она же интенсивность смешивания) характеризуется обычно следующими величинами:

· временем достижения конкретного технологического результата при постоянной частоте вращения или частотой вращения (окружной скоростью смешивающих лопастей) смешивающего механизма при постоянной продолжительности процесса;

· мощностью, расходуемой на смешивание, приведенной к единице объема или массы смешиваемого материала.

Следует понимать, что каждая из перечисленных выше величин является мерой интенсивности смешивания не вообще, а лишь для конкретного смешивающего аппарата, работающего с конкретной средой. Поэтому крайне важно найти величину, наиболее близко коррелирующуюся с рациональностью конструкции смесителя.

 

Основные факторы, обуславливающие рациональность конструкции смесителя

универсальный критерий интенсивности смешивания должен быть определен как скорость изменения степени смешивания во времени dI/dt.

В наших исследованиях [9] за основной фактор, обуславливающий рациональность конструкции смесителя, принята однородность смеси, выражаемая степенью ее сепарации S, характеризующей степень приближения смеси к материалу с некоторым идеальным порядком распределения в нем компонентов этой смеси. При этом скорость смешивания, представляющая собой уменьшение степени сепарации, и выражаемая уравнением

служит критерием интенсивности процесса смешивания.

Скорость сепарации, пропорциональная разности масс и текущему значению степени сепарации, выражается отношением:

Анализ интегральной формы совокупного процесса смесеобразования, включающего, как уже отмечалось выше, в себя два частных и противоположных процесса – смешивание и сепарирование, описывается формулой:

где S – центральный абсолютный момент статистической плотности распределения физической плотности компонентов смеси по всему рассматриваемому объему; а и k – постоянные, характеризующие процесс смешивания и зависящие от природы и состояния смешиваемых материалов, а также от конструкции и режима работы смесителя; x – показатель общего поточного движения смеси в смесителе (предопределяется внутренним перемещением компонентов в зоне смешивания и характеризует суммарную меру воздействия смешивающего механизма на компоненты смеси, пропорциональную времени смешивания t, частоте воздействия n указанного механизма на смесь и количеству составляющих движения смешиваемой массы z, т.е. x = n•t•Z).

Варьируя параметрами, характеризующими меру воздействия смешивающего механизма на смесь, можно добиться необходимой интенсивности смешивания при требуемых показателях качества смеси.

Существенным критерием рациональности конструкции смесителей является также эффективность смешивания, определяемая количеством энергии, затрачиваемой на смешивание. С целью снижения энергоемкости процесса смешивания и т.о. повышения эффективности смешивания нами предложена [10] рациональная схема установки лопастей в роторных смесителях, при которой экономится до 30% энергии, за счет уменьшения мощности, потребной на преодоление заклинивания частиц щебня между рабочей кромкой лопасти и днищем смесительной чаши.

В целом процесс смешивания является случайным, что обусловлено влиянием суммы различных факторов (колебанием гранулометрического состава фракций минерального сырья, способом дозирования компонентов смеси и др.) Поэтому постоянство геометрических параметров и режима работы смесителя не может обеспечить протекание процесса смешивания по строго определенной зависимости. Тем не менее, смесительный аппарат вносит определенную закономерность в процесс смесеобразования и может способствовать обеспечению процесса, близкого по параметрам к оптимальному (т.е., отвечающему экспоненциальной зависимости (4)). Говоря языком математики, можно сказать, что процесс смешивания (несмотря на то, что он является случайным процессом) обладает отрицательными обратными связями, и любой «выброс» степени сепарации приводит в действие эти связи, и процесс асимптотически приходит в соответствие с соотношением (4).

Таким образом, процесс смешивания является асимптотически устойчивым, что естественно, так как это заложено в природе системы «смеситель-смесь». Если за критерий оптимума принять максимальную скорость процесса, обеспечивающую наиболее эффективное смешивание и наилучшее использование всех возможностей системы «смеситель-смесь», то устремления технологов и конструкторов должны быть направлены на максимальное обеспечение экспоненциального хода процесса, а следовательно, на оптимальный выбор рабочих параметров системы «смеситель-смесь», что достигается путем определения:

· рациональной (для конкретной смеси) частоты вращения лопастных валов;

· формы и схемы установки лопастей на валах;

· степени заполнения смесителя;

· продолжительности смешивания.

Т. е. эти четыре фактора являются определяющими.

 

Вопрос №22

основные устройства тех оборуд для формированияпутем выдавливания-прессов и экструдеров

 

Экструдер состоит из нескольких основных узлов — корпуса, оснащенного на­гревательными элементами, рабочего органа (шнека, диска, поршня), размещенного в корпусе, узла загрузки перерабатываемого продукта, привода, системы задания и поддержания температурного режима и других контрольно-измерительных и регу­лирующих устройств.

Используемые в пищевой промышленности экструдеры довольно разнообразны по конструктивному оформлению. Но все они имеют формующий элемент – матрицу, которая формой и размерами отверстий определяет поперечное сечение экструдируемого жгута, и нагнетатель, который должен создать в экстругируемой массе необходимое давление для того, чтобы вызвать ее течение через отверстие матрицы с желаемой скоростью.

Матрица представляет собой плоский металлический диск с отверстиями, через которые продавливается формируемая масса. Форма отверстия матрицы определяет вид изделия. При формировании сплошных изделий форма поперечного сечения отверстий бывает круглая, прямоугольная, квадратная и более сложная. Сложные отверстия с вкладышами применяют при формировании полых изделий.

Материал для матрицы должен быть коррозионно-стойким, обладать антиадгезионными свойствами и высокой прочностью. Для изготовления матриц экструдеров для пищевой промышленности наиболее часто применяют латунь, бронзу, и нержавеющую сталь. Чтобы снизить прилипаемость формуемого продукта, отверстия полируют и хромируют. Широко применяют в настоящее время матрицы, состоящие из металлической обоймы и смежных вставок. Вставки представляют собой смежные гильзы с формующими отверстиями, изготовляются из пластмасс (тефлон, альгофон и др.). Преимуществом таких матриц является возможность при одной и той же обойме сменой вставных гильз получать изделия различного сечения.

Нагнетатель экструдера может быть периодического действия или непрерывного действия.

Выбор типа нагнетателя зависит как от свойств перерабатываемой массы, так и от технологических требований к ее обработке. Приведем общие рекомендации по выбору типа нагнетателя. Поршневые и валковые нагнетатели оказывают щадящее воздействие на перерабатываемый продукт, поэтому их целесообразно использовать для формования масс нежной консистенции. Использование поршневого нагнетателя нецелесообразно при включении экструдера в поточную линию, так как этот нагнетатель периодического действия. Валковые нагнетатели лучше всего применять в машинах без матрицы как каландры (каландрование рассматривается как частный случай экструзии), например в тех случаях, когда необходимо получить полуфабрикат в виде ленты, например для формования сухарных плит, тонких листов теста. Толщина слоя ленты при безматричном формовании определяется расстоянием между формующими валками. Шестеренные нагнетатели целесообразно применять для формования однородных и гомогенных материалов. Их недостатком является пульсация создаваемого давления. Их нельзя использовать для формования масс с твердыми включениями, которые могут разрушаться и измельчаться. Одношкнековые нагнетатели хорошо работают в сочетании с круглой матрицей и являются перспективными для формующих машин в пищевых производствах. Нельзя, однако, считать удачным использование шнекового нагнетателя с прямоугольной матрицей, так как в этом случае невозможно обеспечить равномерность скорости выпрессовывания по ее длине.

Наибольшее распространение в промышленности получили шнековые экструде­ры. Захватывая исходный продукт, шнек перемещает его от загрузочного устройства вдоль корпуса экструдера. При этом продукт сжимается, разогревается, пластифици­руется и гомогенизируется. Давление в экструдере достигает 15... 100 МПа. По час­тоте вращения шнека экструдеры подразделяют на нормальные и быстроходные с окружной скоростью соответственно до 0,5 и 7 м/мин, а по конструктивному испол­нению — на стационарные и с вращающимся корпусом, с горизонтальным и верти­кальным расположением шнека.

Существуют экструдеры со шнеками, осуществляющими не только вращатель­ное, но и возвратно-поступательное движение. Для эффективной гомогенизации продукта на шнеках устанавливают дополнительные устройства — зубья, шлицы, диски, кулачки и др. В последнее время получают распространение планетарно-вальцовые экструдеры, у которых вокруг центрального рабочего органа (шпинделя) вращается несколько дополнительных шнеков (от 4 до 12). Принцип действия диско­вого экструдера основан на использовании возникающих в упруговязком материале напряжений, нормальных к сдвиговым. Основу конструкций такого экструдера со­ставляют два плоскопараллельных диска, один из которых вращается, создавая сдви­говые и нормальные напряжения, а другой неподвижен. В центре неподвижного диска имеется отверстие, через которое выдавливается размеченный материал. Поршневой экструдер из-за низкой производительности используют ограниченно, в основном для изготовления труб и профилей из реактопластов. Конструкции экструдеров могут быть классифицированы также по геометриче­ской форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристи­кам. Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по их физическим признакам, поскольку они оказывают влияние на химические структурные характери­стики экструдированных продуктов. Особое значение имеют такие параметры, как уклон режущей кромки матрицы и количество тепловой энергии, образующейся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температу­ра во время ведения процесса; влажность экструдируемой массы.

При переработке пищевых продуктов наибольшее распространение получили экструдеры со шнеками полного зацепления, вращающимися в одном направлении, когда вершины одного шнека взаимодействуют с впадинами другого.

В двухшнековых самоочищающихся экструдерах обеспечиваются более быст­рый пуск шнека и работа на повышенной скорости. В них реже возникают подъемы давления, так как не происходит накопление продукта. В одношнековых экструде­рах, вследствие того, что продукт может оставаться в витках и накапливаться, созда­вая разрывы потока, подъемы давления бывают чаще. В результате продукт из экструдера выпускается неравномерно. Однако предполагается, что в одношнековом экструдере износ шнека концен­трируется по наружной кромке к торцу его витков, и это обеспечивает восстановле­ние шнека.

Двухшнековый экструдер более подвержен износу. Изнашиваются шнеки в мес­тах загрузки и выгрузки продукта. В этой связи свойства конечного продукта и эф­фективность процесса экструдирования в большой степени зависят от износа рабочих органов машины при обработке в двухшнековом экструдере. При использо­вании двухшнекового экструдера не требуется предварительной гидротермической обработки продукта, что упрощает производственный процесс. Гидролиз крахмала пшеничной муки протекает гораздо эффективнее в двухшнековом экструдере, чем в одношнековом. В двухшнековом экструдере зоны пластификации и повышения дав­ления отделены друг от друга, что позволяет независимо осуществлять пластифика­цию и экструдирование продукта. Известно, что затраты, связанные с приобретением одношнековых экструдеров, ниже по сравнению с затратами на при­обретение двухшнековых машин. Однако последние компенсируются меньшими эксплуатационными расходами. Высокие расходы по эксплуатации одношнековых машин связаны с длительными простоями при чистке, большими трудозатратами и объемом работ по обслуживанию. Сравнение конструктивных и технологических достоинств одношнековых и двухшнековых экструдеров показывает значительное преимущество последних.

Материал для матриц должен быть коррозионно-стойким, обладать антиадгези­онными свойствами и высокой прочностью. Чтобы снизить прилипаемость формуе­мого продукта, отверстия полируют и хромируют. Широко применяют в настоящее время матрицы, состоящие из металлической обоймы и сменных вставок. Вставки представляют собой сменные гильзы с формующими отверстиями, изготовляются из пластмасс с сильно выраженными антиадгезионными свойствами. Форма и размер предматричной камеры зависят от свойств перерабатываемого продукта, типа и размеров нагнетающего механизма и должны способствовать выхо­ду выпрессовываемой массы через каналы матрицы с возможно более равномерной скоростью, а также препятствовать образованию застойных зон. Формование экстру­зией имеет ряд преимуществ: непрерывность осуществления процесса с высокой скоростью, безотходность технологии и высокая культура производства

 

Вопрос №23 Принципиальные конструктивные схемы подогревателей жидких продуктов.

 

Подогреватели

Подогрев жидких продуктов (дробленые томаты, фруктовые и овощные соки) необходим для интенсификации последующей переработки. Подогрев осуществляется в теплообменниках различной конструкции, в которых теплопередача осуществляется через металлическую перегородку (трубу). Для повышения коэффициента теплопередачи увеличивают скорость движения продукта, обеспечивают интенсивное перемешивание.

По характеру работы подогреватели классифицируют на: периодического и непрерывного действия.

4.1.Подогреватели периодического действия

Двустенный котел состоит из двух плоскостей: открытой с нагреваемым продуктом и паровой камеры.При достижении заданной температуры нагрева котел опрокидывают, выливая содержимое в раздаточный бак.

Подогреватель ВНИИКОП-2

Подогреватель ВНИИКОП-2 устанавливается в линиях производства томатного пюре и пасты детских консервов, джема, и повидла. Аппарат может быть использован в качестве подогревателя, вакуум-аппарата, сборника и смесителяНижняя часть корпуса подогревателя аналогична по конструкции двустенному котлу, то есть имеется паровая камера, в верхней части – цилиндрический корпус c конусной крышкой. Внутри подогревателя размещена якорная мешалка, приводимая в действие электродвигателем через редуктор. Подогреватель имеет два штуцера для подвода пара, штуцер для вывода конденсата, загрузочные штуцера, отверстие для выгрузки продукта, ловушку, осветительное стекло, штуцера для удаления пара (или для создания вакуума), для сжатого воздуха, мановакуумметр, термометр, предохранительный клапан.

Рабочий объем аппарата, или объем продукта, при котором поверхность нагрева им полностью покрыта, составляет 750 - 1000 л. В двустенную на­гревательную камеру с пло­щадью поверхности нагре­ва 3,7 м²подводится пар давлением до 0,4 МПа.

В аппарате ВНИИКОП-2 при подогревании томатно­го пюре, перемешивании его якорной мешалкой с частотой вращения 0,66 1/рад и давлении греюще­го пара 0,3 МПа коэффи­циент теплопередачи равен 990 Вт/(м²*К); при подогре­вании томатной пасты и том же режиме обработки - 930 Вт/(м²*К).

Габаритные размеры аппарата 1875X X1510X4040 мм.

Все части подогревателя, соприкасающиеся с продуктом, выполнены из нержавеющей стали.

4.2. Подогреватели непрерывного действия

Подогреватели непрерывного действия используются для нагрева дробленой томатной массы, фруктовых и овощных соков и пюре.

Конструктивно подогреватели выполнены кожухотрубными либо труба в трубе.

Кожухотрубный подогреватель А9-КВБ

Подогреватель А9-КВБ представляет собой трубчатый теплообменник, состоящий из нескольких рядов параллельных труб, заключенных в стальной кожух цилиндрической формы. С торцевых сторон подогревателя установлены съемные крышки. В зависимости от конструкции трубки соединяются параллельно либо последовательно.Пар подается в пространство между кожухом и трубками.

Трубчатый вакуум-подогреватель КПТ-2

Подогреватель КПТ-2 предназначен для нагревания дробленых томатов и различных фруктовых и овощных соков. Он представляет собой трубчатый многоходовой теплообменник, имеющий 12 последовательно соединенных труб из нержавеющей стали диаметром 50 мм и длиной 2925 мм, заключенных в стальной кожух цилиндрической формы. Задняя крышка имеет шесть впадин, при помощи которых попарно соединяются близлежащие трубки. Передняя крышка имеет пять впадин и два патрубка, из которых нижний служит для входа продукта, а верхний - для выхода продукта из нагревательных трубок.

Магистральный пар давлением 0,2 МПа редуцируется в вакуум-редуционном клапане 5 до давления 80...90 кПа, что соответствует температуре 93...96⁰С, после чего поступает в межтрубное пространство в верхней части кожуха 4. Конденсат отводится из подогревателя через конденсатоотводчик в вакуум-сборник 3, откуда удаляется водяным эжектором. Вода в эжектор подается насосом 8 из бака 9. Продукт при помощи пропеллерного насоса последовательно проходит через все трубки подогревателя, нагреваясь до 80…90⁰С.

Терморегулятор автоматически поддерживает заданную температуру продукта на выходе, изменяя давление пара в греющей камере

 

Вопрос №24.Назначение и принцип действия бланширователей и ошпаривателей

 

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: