Лабораторная работа № 1
Изучение работы экстракторов
Цель работы: изучить устройство, принцип работы экстракторов, правила эксплуатации, определить и произвести основные расчеты их.
Общие положения
В микробиологической промышленности экстрагирование применяется для извлечения ферментов из культур грибов, выращенных поверхностным способом, моносахаридов из твердой фазы после гидролиза полисахаридов, микробного жира из биомассы дрожжей и др.
Для экстрагирования биологически активных веществ применяют экстракторы периодического (экстракторы и диффузионные установки) и непрерывного (диффузоры и диффузионные батареи, колонные экстракторы вертикального, горизонтального и роторного типов) действия.
Шнековый вертикальный экстрактор (рисунок 1)_состоит из трех колонн: спускной (загрузочной), подъемно-разгрузочной и поперечно-горизонтальной. Внутри каждой колонны расположены перфорированные шнеки, снабженные индивидуальным приводом с частотой вращения от 0,25 до 2 мин-1. Внутренний диаметр всех колонн 600 мм, длина рабочей зоны 10000 мм.
1, 8 – приводы; 2, 7 –муфты; 3, 11 – конвейеры; 4, 10 – шнеки;
5 – корпус загрузочной колонны; 6, 14 – опоры подшипников;
12 – корпус экстракционной колонны; 13 – сальники
Рисунок 1.1- Экстрактор шнековый непрерывного действия ЭТШВ-600
Твердая фаза культуры гриба подается шнековым питателем в верхнюю часть загрузочно-спускной колонны, перемещается перфорированным шнеком вниз и через переходный горизонтальный участок колонны поступает в подъемную колонну. Экстрагент подается через распределительное устройство в параллельную разгрузочно-подъемную колонну противоточно. Культура гриба из загрузочно-спускной колонны поступает через переходный горизонтальный участок колонны в подъемную колонну и после отжима выгружается. Вода поднимается в загрузочно-спускную колонну, непрерывно насыщаясь, и после прохождения через фильтр в верхней части подъемной колонны выводится. Для вращения шнеков установлены электроприводы мощностью 3,2 кВт, частотой вращения 1500…150 мин-1.
Основными показателями, характеризующими работу экстракторов, являются производительность, мощность экстрактора.
Производительность горизонтального транспортирующего шнека определяется:
Q = 60·fзап·fнаб·π·r12·h·ω·ρ,
где r1 – радиус шнека, м;
h - шаг шнека, м;
ω - частота вращения, мин-1;
ρ - плотность экстрагируемого материала, кг/м3.
Шаг витка рассчитывают по формуле
h = 2D · tgφ,
где φ – угол естественного откоса экстрагируемого материала, град;
D- внутренний диаметр экстрактора, м.
Мощность электропривода шнеков (кВт) определяется по формуле
N = N(Nmp + Nк) / ηобщ,
где Nmp – мощность, затрачиваемая на транспортировку продукта, кВт;
Nк – мощность, затрачиваемая на трение продукта о корпус, кВт;
ηобщ – общий КПД передачи.
Мощность, затрачиваемая на транспортировку продукта вертикальным шнеком:
Nmp = Мвп / 974,
где Мвп – момент сопротивления вертикального шнека от трения продукта о шнек и подъема по виткам.
Мвп = Рв · rср · tg(φ+β),
где Рв – осевая нагрузка на шнек, кг;
rср – средний радиус шнека, м;
φ - угол наклона спирали шнека, град.;
β - угол трения, град.
Осевая нагрузка на шнек определится как
Рв = (R2 - rcp)ρн · Н,
где ρн – плотность продукта, насыщенного водой, кг/м3;
Н - высота загрузки шнека, м (Н=0,8 всей высоты).
Мощность, затрачиваемая на трение продукта о стенки корпуса:
Nк = Р · fтр · R · tgφ · kр /(102·30),
где Р – суммарная сила давления продукта на стенки корпуса, кг;
fтр – коэффициент трения продукта (принимается равным 0,2);
kр – коэффициент распора (принимается равным 0,5).
Ход работы
1 Работу начинают с изучения правил эксплуатации экстракторов.
2 Затем выполняют эскиз экстрактора с указанием основных узлов и деталей.
3 Определяют конструктивные и технологические параметры оборудования.
4 Производят расчеты по приведенным формулам и заполняют таблицу 1.1.
Таблица 1.1 – Данные расчета параметров экстрактора
Q |
N |
P |
Мвп |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выводы:
Лабораторная работа № 2