Задания для рубежного контроля студента «Расчет аппаратов АВЖ» по дисциплине «Технологическое оборудование мясной и молочной промышленности 1» (стр. 2 )

Плотность жиромассы зависит от температуры и может быть определена по следующей эмпирической формуле:

с = 915 – (0,5· t)

при t = 85-950С

с = 870 ч 875 кг/м3

Давление жиромассы в кольцевом пространстве между корпусом и вращающимся барабаном.

Это давление возникает в результате вращения барабана АВЖ-400. К тому же на внешней стороне барабана приварены два лопасти. Поэтому барабан в данном случае работает как центробежный

насос.

Зазор между корпусом аппарата и барабаном равен 45 мм, и в нем под  влиянием лопастей барабана вращается жиромасса, в которую одновременно подается пар.

Давление в этом кольцевом пространстве АВЖ-400, очевидно, будет равно:

где щ = 150 рад/с.  – угловая скорость вращения барабана;

с = 875 кг/м3  – плотность жира;

RК = 0,2 м  –  внутренний радиус корпуса аппарата;

RБН = 0,155 м  – наружный радиус барабана

Отсюда, давление в кольцевом пространстве АВЖ-400:

Давление же в самом вращающемся барабане АВЖ-400, очевидно, будет распределено так:

максимальное давление будет иметь место при полном заполнении барабана, когда радиус свободной поверхности жидкости в барабане равен нулю.

где RБВ = 0,145 м – внутренний радиус барабана;

минимальное давление в барабане будет иметь место при радиусе свободной поверхности смеси жиромассы и воды в барабане примерно равным внутреннему диаметру барабана. истинное давление в барабане зависит, прежде всего, от действительной производительности машины и действительного значения радиуса свободной поверхности жидкости в барабане.

Теоретическую производительность машины, по рекомендациям проф. , можно определить по уравнению Хагена-Пуазейля

где d – диаметр отверстия, м; Р – давление, Па; зЭФ – эффективная вязкость, Па·с;

l – длина отверстия, м.

Однако, преобразуя данное уравнение, Ивашов выделяет из него так называемый, геометрический параметр.

Геометрический параметр отверстий барабана  АВЖ-400:

где d = 0,03 м – диаметр отверстий в барабане;

l = 0,01 м – длина отверстий в барабане.

Действительная производительность АВЖ-400, установленная практикой равна:

М = 1000 кг жира + 200 кг воды = 1200 кг/ч

или 1200/3600=0,333 кг/с

Для расчета же производительности Ивашов рекомендует следующую зависимость,

выведенную на основании уравнения Хагена-Пуазейля:

где  kГ – геометрический параметр круглого отверстия, м3;

z = 6 шт – количество отверстий в барабана;

с = 875 кг/м3– плотность свиного жира;

зЭФ – эффективная вязкость жира:

(70 – 100) Па·с; (при 300С  по )

12·10-3 Па·с; (при 800С. По данным )

Р – давление жиромассы в барабане (по ), Па.

По поводу вязкости входящей в состав данной формулы необходимо отметить следующее:

Вязкость в процессе  измельчения и плавления жиромассы, очевидно, постоянно изменяется, поскольку меняется ее агрегатное состояние и температура. Несмотря на быстротечность процесса (3 – 5 с) вначале вязкость довольно таки высока, поскольку жир находится в твердом состоянии, а затем стремительно уменьшается, поскольку жир начинает плавиться. 

В диапазоне температур от 40 – 95 0С эффективную вязкость можно определить по формуле

зЭФ = А·t-В

где А = 21,5;  В = 1,71 – для свиного жира;

А = 33,4;  В = 1,8 – для говяжьего  жира

Придадим формуле более удобный вид:

Расчеты по этой формуле дают следующие значения вязкостей жира:

при 400С – 35·10- 3 Па·с; при 800С – 12·10- 3 Па·с  или  0,012 Па·с.

Для сравнения вязкость воды:

при 400С  -  657·10- 6 Па·с  или  0,000657 Па·с; при 800С  -  355·10- 6 Па·с  или  0,000355 Па·с.

Что же касается давления, то здесь необходимо учесть то обстоятельство, что жиромасса подрезается неподвижными ножами и продавливается через отверстия в барабане не в атмосферу, а  в замкнутое кольцевое пространство.

Это пространство заполнено смесью состоящей из измельченной и частично расплавленной жиромассы, а так же воды.

Сюда же в это пространство подается конденсирующийся пар.

То есть истечение через отверстия барабана происходит

в затопленное пространство.

Поэтому, скорее всего, в  зависимости для определения производительности необходимо учитывать

не давление в барабане, а разность между давлениями в барабане и в кольцевом пространстве.

ДР = (Р1 – Р)

Очевидно, что:

давление внутри барабана (Р1)  должно быть больше давления (Р), в кольцевом пространстве.

То есть условием вытеснения жиромассы под влиянием центробежной силы является:

Р1 > Р

На основании вышеизложенного можно определить эту разность давлений исходя из формулы Ивашова

При вязкости жира (100 Па·с)  взятой  по Ивашову (300С),

т. е. в начальной стадии измельчения жира, разность давлений будет равна: 

Д P = 0,333· 100/19,87 ·10-7·6·875 = 3195 Па

Тогда давление внутри барабана

Р1 = Р + ДP = 160864 + 3195 = 164059 Па

где  Р=160864 Па – давление в кольцевом пространстве АВЖ-400 в начале

процесса измельчения.

При вязкости жира (12·10-3 Па·с) взятой по Горбатову (800С),

т. е. на последних стадиях измельчения жира разность давлений:

ДP = 0,333· 12·10-3 / 19,87 ·10-7·6·875 = 0,03195 Па

Давление же жиромассы внутри барабана:

Р1 = Р + ДP = 160864 + 0,03195 = 160864,032 Па

где Р=160864 Па – давление в кольцевом пространстве АВЖ-400 в конце

процесса измельчения;

Из этого следует, что хотя и не на много, а все же давление в барабане больше давления в кольцевом пространстве, причем и в том и другом варианте расчета.

На основании полученного давления можно определить

действительное значение радиуса свободной поверхности жиромассы в барабане. Для этого решаем уравнение по определению давления относительно радиуса свободной поверхности.

Радиус свободной поверхности в барабане АВЖ-400

при вязкости жира 100 Па·с, и температуре 300С:

= 0,066 м

Радиус свободной поверхности

при вязкости 12·10-3 Па·с и температуре 800С:

= 0,0684 м

Полученные значения радиуса свободной поверхности жиромассы в барабане соответствуют производительности аппарата в 1200 кг/час по жиру и воде подаваемой в аппарат.

Особенности конструкции  аппарата  АВЖ – 245

Наружный диаметр барабана выпуска 90-х годов – 0,31 м;

Наружный радиус барабана  – 0,155 м;

Внутренний диаметр барабана аппаратов выпуска 90-х годов

290 мм (0,29 м); радиус  – 145 мм (0,145 м)

Внутренний диаметр барабана аппаратов выпуска 50 – 70-х годов –

245 мм (0,245 м),

Количество отверстий  - 152 шт.;

Диаметр отверстий – 6 мм (0,006 м)

Длина отверстий – 0,01 м

Частота вращения – 24 об/с;

Угловая скорость 150 рад/с;

Количество добавляемой горячей воды – 20 % от массы сырья;

Внутренний диаметр корпуса аппарата – 326 мм;

Внутренний радиус корпуса аппарата – 163 мм;

Зазор между корпусом и барабаном – 7,5 мм;

Практическая производительность  -  до 2000 кг/ч;

Мощность двигателя – 14 кВт

Расчет проектируемого аппарата типа АВЖ – 245 выполняется по варианту, выбираемому по номеру студента в журнале преподавателя.

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Внутренний диаметр аппарата, м	0,335	0,335	0,326	0,328	0,316	0,306	0,296	0,316	0,336	0,342
Наружный диаметр барабана, м	0,32	0,32	0,31	0,31	0,30	0,29	0,28	0,30	0,32	0,33
Внутренний диаметр барабана, м	0,30	0,30	0,29	0,29	0,27	0,27	0,26	0,28	0,30	0,31
Количество отверстий, шт	154	160	170	158	162	168	180	172	174	166
Диаметр отверстий, мм	5	6	7	6	5	6	5	5	6	5
Кол-во добавляемой воды, л	200	190	210	220	185	175	240	230	200	220
Углов скорость. рад/с	146	147	150	151	148	149	155	154	153	152

Поверочный расчет серийного аппарата АВЖ-245