 |
Методика проведения работы
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФГОУ ВПО ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Технологии производства и переработки молока»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для выполнения лабораторных работ по курсу
«Процессы и аппараты пищевых производств»
ОРЕЛ – 2009 год
авторы: д.б.н., профессор А.В. Мамаев,
ассистент И.В. Сонина
Рецензент: к.т.н., доцент Л.М. Камозин
Содержание: стр.
1. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Определение расхода мощности при перемешивании 3
Изучение процесса фильтрования суспензий 12
Изучение процесса гомогенизации 21
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Изучение режимов резания 25
Осаждение под действием силы тяжести 32
Разделение под действием центробежной силы 38
Принцип работы центробежных насосов 48
Гидростатическое формование вязкопластичных масс 59
МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Определение коэффициента массопередачи в процессе физической абсорбции 65
Определение времени и коэффициента защитного действия слоя адсорбента 76
Принцип работы распылительной сушильной установки 84
ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Исследование гидродинамики псевдоожиженного слоя 98
Тепловая обработка молока и молочных продуктов 109
Охлаждение 120
Принцип работы вакуум-выпарной установки 129
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Процесс бактофугирования 141
Методические указания рассмотрены Учебно – методическим советом ОГАУ.
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Лабораторная работа №1
Тема: «Определение расхода мощности при перемешивании»
Введение
Перемешивание – это процесс многократного перемешивания макрообъёмов текучей среды друг относительно друга во всём объёме аппарата, протекающий за счёт импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струёй жидкости или газа.
|
|
|
Процесс перемешивания широко используется в пищевой промышленности при приготовлении суспензий, эмульсий, для интенсификации процессов нагрева и охлаждения обрабатываемых систем, а так же для интенсификации процессов массообмена в перемешиваемой среде.
Наибольшее распространение в настоящее время получили механические мешалки различных типов (лопастные, пропеллерные, турбинные, якорные, шнековые). При перемешивании такими мешалками возникает сложное трёхмерное движение перемешиваемой среды. Основным является тангенциальное движение, которое вызывает в объёме аппарата радиальные и аксиальные потоки. Сложный характер движения среды в аппарате не позволяет получить аналитического описания процесса, поэтому для описания процесса при установившемся режиме пользуются различными критериальными уравнениями, полученными методами теории подобия.
Важной характеристикой работы любой механической мешалки является расход энергии на вращение рабочего элемента мешалки при известных её размерах и заданных физических свойствах среды. Мощность, потребляемая мешалками, зависит от многих факторов. Методы и расчётные формулы, принятые в настоящее время для определения мощности, ещё не могут считаться достаточно полными. Это обстоятельство обуславливает необходимость проведения экспериментальных исследований, на основе которых затем получают необходимые критериальные уравнения.
Процесс перемешивания с гидродинамической точки зрения может быть рассмотрен как процесс внешнего обтекания тела потоком вязкой жидкости, следовательно, можно получить общее критериальное уравнение, описывающее процесс
, (1)
где 
– критерий Эйлера для перемешивания (определяемый критерий); 
– критерий Рейнольдса для перемешивания (определяющий критерий); 
– центробежный критерий Фруда 
(определяющий критерий); 
– плотность перемешиваемой среды, кг/м3; 
– коэффициент динамической вязкости среды, 
; 
– ускорение свободного падения, м/с2; 
– диаметр рабочего элемента мешалки, м; 
– частота вращения мешалки, об/с; 
– мощность, потребляемая мешалкой при установившемся режиме, Вт; 
– симплекс геометрического подобия; 
– симплекс геометрического подобия; 
– уровень среды в аппарате, м; 
– диаметр 
аппарата, м.
|
|
|
Таким образом, обобщенная зависимость для определения мощности на валу мешалки при условии геометрического подобия будет иметь вид
(2)
где с, 
, 
– экспериментально определяемые величины.
В случаях, когда на поверхности среды не образуется воронка (например, при установке отражательных перегородок или при погружении рабочего элемента мешалки на достаточную глубину), влиянием силы тяжести можно пренебречь и из уравнения (26) исключить критерий Фруда. Тогда обобщённое уравнение для определения мощности, потребляемой мешалкой, примет вид
, (3)
откуда
. (4)
Цель работы
1. Изучить основные конструктивные элементы аппарата с мешалкой и измерительную схему.
2. Получить обобщённое критериальное уравнение, описывающее работу одного типа мешалки.
3. Провести расчёты мощности по полученному критериальному уравнению и сравнить их с измеренными.
Описание установки
Схема установки для исследования процесса перемешивания приведена на рис. 8. Мешалка приводится в действие электродвигателем 1, изменение частоты вращения которого осуществляется путём изменения напряжения питания с помощью линейного автотрансформатора 2 (ЛАТР). Мощность, потребляемая электродвигателем, измеряется с помощью ваттметра 3.
Измеряют частоту вращения вала мешалки с помощью тахометра 4, который при измерениях устанавливается на торец вала электродвигателя и удерживается рукой. При измерениях к тахометру не прикладывается осевое усилие, так как в противном случае это может привести к искажению результатов измерения.
На станине 5 установлен подъёмный стол 6, на котором закрепляется корпус мешалки 7. С помощью винта 8 корпус мешалки может быть установлен на различном уровне по высоте относительно рабочего элемента. Уровень жидкости в корпусе мешалки H, а также расстояние от нижней кромки лопасти до дна корпуса определяют по шкале, нанесённой на боковой поверхности корпуса. Сменные рабочие элементы мешалки 9 крепятся к валу 10, который через муфту 11 соединён с электродвигателем 1. Вал 10 вращается в подшипниках 12, установленных в плите 13, которая стойками 14 соединена со станиной. К плите 13 крепится защитный экран 15, а также кожух 16 с электродвигателем.
|
|
|
Методика проведения работы
1. Перед пуском установки следует ознакомиться с содержанием работы и устройством установки.
2. Сначала необходимо включить и подготовить к работе систему измерения мощности (включить питание).
3. Регулятор напряжения питания электродвигателя установить на нуль.
4. В соответствии с заданием заполнить таблицу исходных данных. Необходимые геометрические размеры измерять штангенциркулем.
Рис.1. Схема установки для исследования процесса перемешивания:
1 – электродвигатель; 2 – ЛАТР; 3 – ваттметр; 4 – тахометр; 5 – станина; 6 – подъёмный стол; 7 – корпус мешалки; 8 – ходовой винт; 9 – рабочий элемент мешалки; 10 – вал; 11 – муфта; 12 – подшипники; 13 – плита; 14 – стойки; 15 – защитный экран; 16 – кожух; 17 – отражательные перегородки
Таблица 1
| Показатель | Обозначение | Единица | Значение |
| Диаметр мешалки Диаметр корпуса мешалки Высота слоя среды Ширина лопасти Перегородки у корпуса Глубина погружения рабочего элемента Температура среды Плотность среды Коэффициент динамической вязкости среды | d D H b z h t r m | м м м м шт м оС кг/м3 Н·с/м2 |
Тип мешалки...........................................................................................
Исследуемая среда..................................................................................
5. В соответствии с заданием закрепить рабочий элемент мешалки заданного типа и размера на валу, установить корпус мешалки указанного типа на подъёмном столе. Включить питание электродвигателя.
|
|
|
6. Провести рандомизацию опытов (табл. 5).
Для компенсации в известной степени систематической погрешности, а также для того, чтобы избежать некоторой неслучайной связи между результатами замеров в опытах, используется приём, называемой рандомизацией. Он заключается в том, что опыты проводятся в случайной последовательности, которая устанавливается с помощью таблицы случайных чисел (табл. 2). Для рандомизации из таблицы случайных чисел выбирается из любого столбца или строки последовательность случайных чисел и записывается в соответствующий столбец этой же таблицы. Замеры проводятся в порядке возрастания или убывания случайных чисел.
Таблица 2
| № опыта | Мощность, Вт | Частота вращения, об/мин | Среднее значение n, об/мин | Рандомизация | |||
| Случайное число | Последовательность замера | ||||||
| N1 | n 11 | n 12 | n 13 | n 1 | |||
| N2 | n 21 | n 22 | n 23 | n 2 | |||
| N3 | … | … | … | n 3 | |||
| N4 | |||||||
| N5 | |||||||
| N6 | |||||||
| N7 | |||||||
| N8 | n 81 | n 82 | n 83 | n 8 |
7. Произвести замеры потребляемой мощности на холостом ходу при заданных частотах вращения мешалки и заполнить табл. 5. Измерения проводить не менее трёх раз, каждый раз последовательно изменяя частоту вращения.
8. Залить в корпус мешалки заданный объём исследуемой системы и замерить её температуру. С помощью ходового винта установить заданную глубину погружения рабочего элемента мешалки в жидкость.
9. В условиях установившегося режима работы мешалки провести замеры частоты вращения мешалки при заданных значениях мощности. Для получения надёжных результатов провести не менее трёх серий измерений, каждый раз последовательно изменяя частоту вращения. Результаты измерений занести в табл. 5.
10. После окончания измерений вывести регулятор напряжения на ноль и выключить питание электродвигателя, выключить систему измерения мощности мешалки, опустить подъёмный стол, снять корпус мешалки, слить исследуемую жидкость в сборник и промыть корпус, снять мешалку.
|
|
|
