Инженерные расчеты

Расчет затрат энергии на работу сепаратора N (кВт) ведется по следующим зависимостям

N = N_сит + N_вент

N_сит = N_{кач. сита} + N_{тр. сем.}

Работа Т (Дж), совершаемая при колебании качающейся системы массой m за один оборот кривошипа, равна

Т = mv²,

где v = (πRn)/30 – линейная скорость, м/с; R – радиус вращения кривошипа, м; n – частота вращения кривошипа, с^–1.

Соответствующая мощность N_{кач. сита} (кВт) определяется как

N_{кач. сита} = Tn/(601000η),

где η – к.п.д. передаточного механизма (η = 0,7).

Мощность N_{тр. сем.} (кВт), необходимая для преодоления сил трения между ситом и семенами

N_тр.сем. = F_срS₀n/(601000),

где F_ср – средняя сила трения, Н; S₀ – полное перемещение семян по ситу за один оборот вала кривошипа, м; n – частота вращения кривошипа, с^-1.

Среднее значение силы трения F_тр (Н)

F_тр = fmgcos.

где f – коэффициент трения;  – угол трения, град.

Масса семян m (кг), находящихся на сите, равна

m = Пτ,

где П – производительность сита, кг/с.

Время τ (с) прохождения семян по всей длине сита L (м)

τ = L/v.

Мощность N_вент. (кВт), необходимая для работы вентилятора

N_вент. = (ПH)/1000η,

где П – производительность вентилятора, м³/с; η – к.п.д. вентилятора; Н – полное давление, создаваемое вентилятором, Па (складывается из статического и динамического).

Н = Н_ст + Н_д

Для определения Н_ст (Па) необходимо рассчитать аспирационную систему сепаратора

Н_д = ρu²/2,

где  – плотность воздуха, кг/м³; u – скорость воздуха в аспирационном канале, равная средней геометрической скорости витания разделяемых компонентов, м/с.

При обрушивании семян подсолнечника в бичевой семенорушке удельная работа А_с (Дж/кг) разрушения семенной оболочки равна

А_с = 185 + 20W^0,705,

где W – влагосодержание семян подсолнечника, %.

Скорость _б (с^–1), с которой бичи ударяют по семенам, определяется в виде

_б = 19,1v/D,

где D – диаметр бичевого барабана, м.

Зависимость между конструктивными размерами бичевой семенорушки определяется сравнением времени прохождения семенем вертикального отрезка (bcos), пересекаемого бичом, и временем прохождения бичом отрезка окружности между соседними бичами

где z – число бичей на бичевом барабане; D – диаметр бичевого барабана, м; b – ширина бича, м;  – угол наклона бича к радиусу, град; Н – высота, с которой семена падают на бич, м; g – ускорение свободного падения, м/с², А_с – удельная работа разрушивания, Дж/кг.

Производительность бичевой семенорушки П (кг/ч) равна

П = 3600lq,

где l – длина бича, м; q – удельная нагрузка на 1 м длины бича, кг/(мс) q = 0,6…0,7 кг/(м∙с).

Затрачиваемая энергия на работу бичевой семенорушки определяется требуемой мощностью N_тр. (кВт)

N_тр. = N₁ + N₂ + N₃ + N₄,

где N₁ – мощность, необходимая для разрушения семенной оболочки, кВт; N₂ – мощность, необходимая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; N₃ – мощность, необходимая для преодоления трения семян о деку, кВт; N₄ – мощность, необходимая для придания скорости рушки, кВт.

Мощность N₁ (кВт), необходимая для разрушения семенной оболочки

N₁ = ПА_с/1000.

Мощность N₂ (кВт), необходимая на преодоление сопротивления воздуха

N₂ = 3,0710^-3ПaА_с^1,5,

где а – ширина выходной течки бичевой семенорушки, м (а = 0,08 м).

Мощность N₃ (кВт), необходимая для преодоления трения семян о деку

N₃ = 0,210^-3ПA_cβf₀,

где β – угол охвата барабана декой, рад (β = 1,9 рад); f₀ – коэффициент внутреннего трения рушанки (f₀ = 0,9).

Мощность N₄ (кВт), необходимая для придания скорости рушки

N₄ = 0,18710^-2ПA_c(1 + K_в),

где К_в – коэффициент восстановления удара (для семян подсолнечника К_в = 0,39…0,43).

При конструктивном расчете жаровни определяют размеры чана, зная продолжительность жарения τ_ж, которое складывается из времени увлажнения мятки τ_у в первом чане и времени сушки мезги τ_с в последующих чанах.

Продолжительность сушки τ_с (мин) от начальной влагосодержания мезги W_н до конечного – W_к определяется по формуле

τ_с = 2,6610⁸ (lgW_н – lgW_к)/[t³(2,669 – lgH)(0,554ω + 1)],

где t – температура греющей поверхности, С (принимается равной температуре конденсации насыщенного водяного пара и берется из таблиц водяного пара в зависимости от давления греющего пара Р_гр); Н – высота слоя материала в чане, мм; ω – угловая скорость вращения мешалки, с^–1.

Определение продолжительности жарения в общем случае _ж в жаровне

τ_ж = τ_с /(n_ч – 1) + τ_с = τ_сn_ч /(n_ч – 1),

где n_ч – количество чанов в жаровне.

Чтобы определить диаметр и высоту чана жаровни, необходимо вначале определить продолжительность нахождения мезги в одном чане ₁ (мин)

τ₁ = τ_ж/n_ч.

Задаваясь необходимой производительностью по мятке П (т/сут), находим количество мезги G_ж (кг), обрабатываемое в одном чане

G_ж = П·τ·1000/(2460).

Количество материала в чане G_ж (кг) можно определить по формуле

G_ж =(πD²/4)·H·10^-3_м,

где D – диаметр чана жаровни, м; Н – высота слоя материала в чане, мм; _м – плотность мезги, кг/м³ (_м = 450 кг/м³).

Отсюда можно определить диаметр чана D (м)

D =

Высота чана Н_ч (мм) определяется, исходя из высоты слоя мезги в чане Н и коэффициента заполнения чана К

Н_ч = Н/К,

где Н – высота слоя материала в чане, мм; К – коэффициент заполнения (К = 0,6).

Определение общей высоты жаровни Н_ж (без привода) проводится по соотношению

Н_ж = п_чН_ч+п_чh_д,

где h_д – высота паровой рубашки днища, мм (h_д = 80…100 мм).

Производительность гидравлического пресса периодического действия для отжима мятки П (кг/смену) определяется как

П = 0,01mA/₁,

где m – масса мезги в корзине или пакетах, кг; А – выход масла, %;  – продолжительность смены, ч (с); ₁ – продолжительность одного цикла прессования, ч (с), включая время загрузки, прессования и выгрузки материала.

При расчетах непрерывно-действующих одновинтовых прессов производительность П (кг/ч) равна

П = 46,8(D² – d²)Sn,

где D – наружный диаметр винта, м; d – внутренний диаметр винта, м (т.е. диаметр вала со ступицей); S – шаг первого витка, м; n – частота вращения винта, мин^-1;  – плотность прессуемой мезги, кг/м³;  – коэффициент заполнения камеры прессования ( = 0,3…0,8).

При ориентировочных расчетах непрерывно-действующих двухвинтовых прессов используют упрощенную формулу производительности пресса П (кг/ч)

.

Мощность привода винтовых (шнековых) прессов для мезги N (кВт)

.

Мощность привода прессов типа ВПНД-10 и подобных ему, N (кВт)

N = 1,22 + 20,7P_к,

где P_к – давление в конце камеры прессования, МПа (P_к = 0,1…0,35 МПа).