Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Исследование процесса перемешивания вязких пищевых сред и расчет параметров тестомесильной установки периодического действия

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Министерство образования и науки РФ

ФБГОУ ВПО Пензенская государственная технологическая академия

Факультет «Институт промышленных технологий»

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Специальность 260501.65 – Технология продуктов общественного питания

Пенза 2011

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств» / сост. Авроров В.А. – Пенза: ПГТА, 2011. - 34 с.

Методические указания содержат описание лабораторных работ, исходные данные, варианты индивидуальных заданий, методику расчетов и контрольные вопросы.

Предназначены для студентов специальности 260501.65 – Технология продуктов общественного питания.

Методические указания рассмотрены на кафедре пищевых производств ПГТА, одобрены и рекомендованы Методическим советом ПГТА для использования в учебном процессе.

Предисловие

Изучение курса по процессам и аппаратам пищевых производств направлено на приобретение знаний о сущности основных процессов технологии обработки пищевого сырья и полуфабрикатов: механических, гидромеханических, темпломассообменных и мембранных процессов, основных положений теории и методов преобразования пищевых масс в готовую продукцию, а также на изучение аппаратурной составляющей этих процессов.

Знание сущности явлений, происходящих в ходе выполнения процессов на оборудовании пищевых производств, необходимо для нахождения оптимальных режимов обработки пищевого сырья, создания новых конструкций энерго- и ресурсосберегающего технологического оборудования. При этом оптимизация процессов и аппаратов пищевых производств неразрывно связана со знанием физико-механических свойств сырья и готовой продукции, поскольку параметры работы оборудования и выполнение технологических операций в огромной степени зависят от этих свойств.

Знание и использование свойств пищевых материалов, особенностей протекания того или иного процесса трансформации сырья в готовую продукцию, знание характера взаимодействия материала и рабочих органов позволит повысить качество выпускаемой продукции и техническую культуру пищевых производств.

Лабораторная работа № 1

Исследование процесса измельчения и определение параметров измельчителя ударного способа действия

Цель работы:

- изучение теоретических основ процесса измельчения твердых материалов,

- расчет параметров измельчителя ударного способа действия

- экспериментальное исследование процесса измельчения

Теоретическая часть

Измельчение сыпучих материалов, как механический процесс, может быть реализовано различными способами. Различают следующие способы измельчения: резание, раздавливание (сжатие, давление), истирание, разрыв (растяжение), изгиб, кручение, удар рабочего органа, нагоняющего свободно летящую частицу, удар летящей частицы о свободную поверхность и удар рабочего органа по фиксируемой частице (для твердых и хрупких зерновых культур), так и в виде комплексов этих операций (удар с истиранием и т.п.) [8].

Количественной оценкой степени измельчения твердого материала является их дисперсность частиц, определяемая как величина обратная поперечному размеру частицы по миделю. Различают крупное, среднее, мелкое, тонкое, сверхтонкое и коллоидное виды измельчения.

При действии на частицу внешней силы со стороны рабочего органа измельчающей машины внутри частицы возникают напряжения, приводящие к деформации материала. При дальнейшем увеличении силовых воздействий на частицу реакции связей внутри ее становятся меньше величины этих воздействий, и наступает разрушение структуры частицы на более мелкие составляющие.

При анализе прочности твердой зерновой частицы при ее дроблении на более мелкие составляющие нужно знать соотношение между напряжением от суммарной внешней нагрузки и прочностью материала. Для многоосевого напряженного состояния в соответствии с теорией прочности вычисляется допускаемое напряжение, которое сравнивается с величиной прочности отмечаемой при одноосевом напряжении. На практике используют три теории прочности:

- теория нормальных напряжений, согласно которой разрушение наступает при условии превышения наибольшим главным напряжением предела прочности материала . Эта теория применима, когда на тело действую одноосные растягивающие усилия;

- теория касательных напряжений, согласно которой разрушение наступает тогда, когда удвоенное значение наибольшего касательного напряжения превышает предел текучести материала ;

- теория энергии изменения формы, учитывающая разность всех трех главных напряжений .

Последние две теории применяют в тех случаях, когда следует ожидать разрушения тела при пластической деформации.

Степень измельчения численно оценивается отношением , где - конечная и исходная суммарная величина поверхности частиц измельчаемого материала. В мукомольном производстве эта величина составляет 20-30, в комбикормовом производстве 300-400. Гранулометрический состав продуктов измельчения может быть оценен с помощью интегральной кривой (см. рис.1) следующими статистическими показателями: средневзвешенным размером частиц , коэффициентом тонкости размола, коэффициентом неровноты гранулометрического состава.

Коэффициенты тонкости размола крупной и мелкой фракций равны отношению площадей и . Коэффициент неровноты гранулометрического состава .

Рис. 1 Интегральная кривая гранулометрического состава частиц при измельчении зерна

При ударном измельчении можно выделить два характерных случая: удар рабочего органа, нагоняющего свободно летящую частицу (рис.2а) и удар движущейся в силовом поле частицы о свободную поверхность (рис.2б).

Для удара вращающегося органа по свободно движущейся единичной частице измельчаемого продукта можно записать следующие уравнения движения:

- для ударяющего органа , (1)

- для единицы измельчаемого продукта (2)

Так как реальный продукт не является абсолютно твердым телом, то коэффициент восстановления материала можно выразить как , (3), где - момент инерции рабочего органа, - угловая скорость рабочего органа до удара, - угловая скорость рабочего органа после удара, - расстояние точки удара от оси вращения органа, - средняя масса единицы продукта, - скорость единицы продукта до удара, - скорость единицы продукта после удара, - импульс ударного воздействия, - коэффициент восстановления материала продукта при ударе.

Рис.2. Схемы ударных воздействий при измельчении твердой частицы

Из уравнений (1), (2), (3) определяются неизвестные параметры

При косом ударе частицы о неподвижную поверхность зоны измельчения под углом к поверхности (рис. 2б) скорость отражения частицы, направленная под углом , может быть выражена через скорость падения

Так как то Импульс удара в этом случае равен .

Задание:

1.Выполнить расчет параметров молотковой дробилки

Исходные данные для расчета:

- диаметр ротора дробилки, м;

- окружная скорость молотков, м/с;

- длина молотка, м;

- ширина молотка, м;

- высота молотка, м;

Варианты заданий

Вариант	, м	, м/с	, м	, м	, м
	0.03		0,08	0,035	0,008
	0,035		0,08	0,035	0,008
	0,03		0,08	0,035	0,008
	0,032		0,084	0.038	0.008
	0,035		0,085	0,039	0,009
	0,033		0.082	0.038	0.009

Методика расчета [4]

Расстояние от конца молотка до оси подвеса, м

, где - расстояние от центра тяжести молотка до оси подвеса, м.

Условие устойчивой работы молоткового измельчителя

, где

Радиус наиболее удаленной от оси ротора точки молотка, м

Частота вращения ротора, с^-1

Центробежная сила инерции молотков, Н

, где - масса молотка, кг; - объем молотка, м³; кг/м³ – плотность стали;

Диаметр оси подвеса молотка, м

, где = 10⁸ Па – допускаемое напряжение

Производительность измельчителя, кг/ч

, где - эмпирический коэффициент; - плотность измельчаемого продукта; - длина ротора

Мощность электродвигателя, кВт

, где - эмпирический коэффициент, учитывающий степень измельчения продукта

2. Провести эксперимент, статистическую обработку полученных результатов и построить график зависимости степени измельчения частиц от времени работы ротора измельчителя.

Методика проведения эксперимента

2.1.Взвесить на лабораторных весах 5 порций зерен сои по 100 г в каждой порции.

2.2.Поместить порцию в бункер измельчающей установки VM

2.3.Включить установку. Установить время измельчения 10 с. Вычислить средний размер измельченных частиц по 5 пробам (навеска 0,5 г)

2.4.Повторить п.2.3 при времени измельчения 15 с.

2.5.Повторить п. 2.3, увеличивая каждый раз время измельчения порции на 5 с.

2.6.Построить график изменения степени измельчения

Примечание:

Эксперимент на измельчающей установке VM проводит лаборант

3.Выполнить чертеж общего вида молотковой дробилки и составить спецификацию

Контрольные вопросы

1.Что понимается под степенью измельчения?

2.Какие факторы являются основными при ударном способе измельчения?

3.Какова физическая сторона процесса измельчения твердых материалов?

4.Каково устройство, назначение и принцип действия молотковой дробилки?

4.Каким образом в молотковой дробилке регулируется степень измельчения материала?

Лабораторная работа № 2

Исследование процесса перемешивания вязких пищевых сред и расчет параметров тестомесильной установки периодического действия

Цель работы:

- изучение процесса смешивания пищевых ингредиентов на тестомесильных машинах,

- приобретение инженерных навыков при расчете тестомесильной машины периодического действия

- проведение экспериментальных исследований при замесе теста для хлебобулочных изделий

Теоретическая часть

Технологическая цель замеса теста заключается в получении однородной массы, состоящей из смеси рецептурных ингредиентов, а также проведение теста в состояние, при котором его свойства обеспечат оптимальное протекание стадий производственного процесса и получение хлеба наилучшего качества [9].

Режим замеса теста зависит от физико-механических свойств муки, рецептуры, особенностей ассортимента и конструктивно-технологических параметров тестомесильной установки. При замесе теста происходит насыщение тестовой массы воздухом. При этом белки теста начинают интенсивно впитывать влагу, а их нерастворимые в воде фракции (глютенин и глиадин) образуют клейковинный пространственный каркас, соединяющий смежные цепочки белков. Эти связи упрочняют структуру теста и снижают его липкость [6].

Различают три стадии замеса теста:

- смешивание сухих и жидких компонентов;

- замес, сопровождаемый диффузией влаги мучнистых частиц и набуханием белков. При этом водорастворимые фракции муки переходят в раствор. Набухшие белки образуют гель. На скорость замеса оказывают влияние свойства муки, степень измельчения крахмальных зерен, рецептурные добавки, температура. Замес теста относится к энергозатратным процкессам;

- пластификация, сопровождаемая структурными изменениями крахмальных зерен и образованием клейковинной решетки. Пластификация способствует выравниванию структуры теста.

Для замеса теста при производстве тестовых полуфабрикатов в зависимости от их назначения, сорта муки, вида теста и других условий используют различные типы тестомесильного оборудования [5].

Тестомесильные установки в зависимости от принципа действия делятся на машины периодического и непрерывного действия. Машины периодического действия выпускаются с месильными емкостями (дежами) стационарного или сменного типа. Дежи бывают неподвижные, со свободным или принудительным вращением.

По интенсивности воздействия рабочего органа на тесто тестомесильные установки делятся на три группы:

- тихоходные (процесс перемешивания ингредиентов идет без нагрева теста);

- быстроходные (тесто нагревается на 5-7⁰С);

- супербыстроходные (замес сопровождается повышением температуры теста на 10-20⁰С и требует охлаждения)

По характеру движения месильного органа различают машины с круговым, вращательным, планетарным и сложным движением месильного органа.

На рис. 1 приведен общий вид тестомесильной установки периодического действия модели МТ-30, предназначенной для замеса крепкого теста, идущего на баранки, булочно-кондитерские и пельменные изделия.

Технические данные машины:

Производительность, кг/ч 60

Вместимость дежи, л 30

Потребляемая мощность, кВт 1,1

Рис. 5.21 Тестомесильная машина модели МТ-30

1 – дежа, 2 – поворотный рычаг, 3 – крышка, 4 – поворотный вал, 5 – второй вал; 6, 13 – боковые стойки, 7,10 – ограждение, 8 – привод, 9 – электрошкаф, 11 – лопасть, 12 – рама

Загрузка муки и компонентов осуществляется при открытой крышке. После закрывания крышки включается привод, и валы начинают вращаться навстречу друг другу. После окончания замеса дежу с помощью ручки поворачивают относительно вала 4 и выгружают тесто.

К достоинствам машины относятся простота машины и достаточно высокая надежность, недостатком является ручной труд.

В пищевой промышленности используются однотипные конструкции МИ-20, МИ-50, МТ-70, ТММ-03 производства ОАО Пензмаш.

Расчетная часть

Требуется выполнить технологический расчет тестомесильной машины типа МТ-30 по следующим исходным данным:

Исходные данные для расчета:

- вместимость месильной камеры, , м³

- плотность теста, кг/м^{3 мин}

- время для замеса теста, мин

- время на вспомогательные операции, , мин

- коэффициент использования объема дежи,

- число месильных валов,

- наружный диаметр лопастей валов, , м

- диаметр месильного вала, , м

- шаг лопастей, , м

- частота вращения вала, , мин^-1

- кпд привода,

- масса дежи, , кг

- масса теста в деже, , кг

- радиус цапфы, , м

- угловая скорость дежи, ,рад/с

- число лопастей,

- ширина () и высота () лопасти, м

- угол наклона лопасти к оси вращения, , град

- радиус вращения центра лопасти, , м

- ширина корыта, , м

- высота корыта, , м

Варианты заданий [4]

Вариант	, мин	, мин	, м³	, кг	, кг	, м	, м	, мин^--1	, с^-1
			0,7			0,1	0,4		4,8
		2,5	0,71			0,11	0,41		4,9
			0,72			0,12	0,42		5,0
		2,5	0,73			0,13	0,43		5,2
			0,74			0,14	0,42		5,4

1.Производительность, кг/с

2.Интенсивность замеса определяется величиной удельной работы, затрачиваемой на образование 1 г теста

, где - потребляемая мощность, кВт; - масса теста, кг.

Считают, что при Дж\г замес теста является тихоходным, если Дж/г – интенсивным

3.Повышение температуры теста в конце замеса

, где ккал/кг град – теплоемкость теста.

4.Температура воды, подаваемой на замес

, где = 32⁰С - температура теста в конце замеса, - постоянна, - температура муки.

5.Мощность двигателя привода, кВт

, где - мощность на вращение месильного органа при замесе теста; - угловая скорость месильного органа; - мощность на вращение дежи; - коэффициент трения вала дежи в опорах; м/с² – ускорение свободного падения.