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.

© Издательство ПГТА, 2011

© Авроров в.А., 2011

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 .