книги из ГПНТБ / Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник

Если валки вращаются с различной скоростью, то производи­ тельность их (в кг/ч) определяется по средней скорости враще­ ния w согласно формуле

печивает относительно высокую степень измельчения таких ма­ териалов, как зерно, картофель, сахар, соль и др. Рабочей ча­ стью ее являются молотки 1 из хромоннкелевой стали, свободно подвешенные на стержнях 2 дисков 3, смонтированных на ва­

продукт

лу 4. Диски помещены в кожухе 5 с внутренней рифленой по­ верхностью и сменной решеткой 6 в нижней части. При работе дробилки материал измельчается ударами вращающихся молот­ ков, ударами материала о рифленую рабочую поверхность ко­ жуха и истиранием его между молотками и о поверхность сита. Степень измельчения регулируется величиной отверстий сита. Скорость вращения молотков около 70—90 м/с.

В д и с к о в о й д р о б и л к е (рис. 6) зерно, сухари, какао., бобы, орехи измельчаются между рабочими поверхностями двух дисков. На рабочих поверхностях дисков по концентрическим окружностям расположены зубья трапециевидной формы, при­ чем ряд выступов одного диска заходит между двумя рядами выступов другого. Диск 1 неподвижный, а диск 2 вращается на горизонтальном валу со скоростью 7—8 м/с и может переме­ щаться в горизонтальном направлении для регулирования зазо­ ра между дисками, а следовательно, и степени измельчения.

б) Резательные и терочные машины

Резательные машины широко применяют в консервном и свеклосахарном производствах, где измельченному сырью ра­ стительного или животного происхождения необходимо придать определенную форму и размеры.

В зависимости от формы и конструкции режущего инстру­ мента резательные машины делят на три основные группы:

1)машины с дисковыми вращающимися ножами;

2)машины с фигурными ножами (серповидными, прямо­ угольными и др.);

/ 2

31

3) машины с комбинированными ножами, разрезающими продукт в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

В зависимости от способа подачи продукта к режущим кром­ кам машины делят на линейные, барабанные и роторные. Рабо­ чим органом в резательных машинах является нож. Когда рабо­ чая кромка ножа имеет зубчатую форму, ножи называют пи­ лами.

Основные типы ножей, применяемых в резательных и тероч­ ных машинах, показаны на рис. 7. Характерным для процесса резания является такое относительное перемещение режущего инструмента и продукта, при котором движение происходит одно­ временно перпендикулярно и параллельно лезвию. Из многочис­

ленных конструкций резок в пищевой промышленности наиболь­ шее распространение получили дисковые и центробежные.

Схема дискового резательного устройства для нарезания ово­ щей на кубики показана на рис. 8. В цилиндрическом корпусе / сделаны 12 прорезей, в которые входят дисковые ножи, насажен­ ные на валы, расположенные в разных плоскостях. Валы 2 и 3 расположены выше валов 4 и 5. На каждом валу на расстоянии 20 мм насажено по 3 дисковых ножа 6, вращающихся навстречу друг другу. При этом загружаемые сверху баклажаны, кабачки или перец 7 втягиваются ножами внутрь корпуса и разрезаются на 4 части. Затем продукт поступает в зону действия нижних но­ жей и разрезается в перпендикулярном направлении также на 4 части. Разрезанный материал опускается на площадку 8, и пос­ ле срезания серповидным ножом 9 получаются кубики.

32

В ц е н т р о б е ж н о й р е з к е (рис. 9), применяемой для из­ мельчения свеклы в желобчатую или пластинчатую стружку, но­ жи 1 установлены вдоль образующей поверхности цилиндриче­ ского корпуса 2. При вращении улитки 3 с лопастями 4 навстречу режущей кромке ножей с п=100-г-120 об/мин свекла захваты­ вается лопастями, прижимается к ножам, измельчается в струж­ ку, которая затем из-под плоскости ножа выбрасывается в прост­ ранство между корпусом и кожухом 5.

Т е р о ч н ы е м а ш и н ы служат для измельчения картофе­ ля на крахмало-паточных заводах и плодов при производстве соков.

Рабочим органом картофелетерки (рис. 10) является бара­ бан 1 с зубчатыми пилками 2, вращающийся со скоростью около 50 м/с. Терка оборудована двумя прижимными колодками Зп4, которыми регулируется степень измельчения. Рабочая поверх­ ность верхней колодки набрана из стальных стержней, а ниж­ ней — из пилок.

Поступивший в терку картофель прижимается к корпусу вра­ щающимся барабаном, пилки которого трут картофель. Оконча­ тельное истирание его производится между барабаном и колод­ ками. Для достижения высокой степени измельчения терки

внижней части оборудуют решеткой 5.

Гл а в а IV. СОРТИРОВАНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Сортированием, или классификацией, называют процесс раз­ деления сыпучей смеси на отдельные фракции, отличающиеся формой и размерами частиц, скоростью осаждения их в жидкой или газовой среде, магнитными и другими свойствами.

При этом преследуют в основном две цели:

1)получение фракций определенной крупности или плот­

ности;

2)выделение из материала загрязняющих его примесей (пыли, шелухи, песка, камней, металлических предметов и др.).

Сортирование широко применяется в пищевой промышленно­ сти. Так, в мукомольном производстве помол разделяется на от­ руби и муку; в пивоваренном и спиртовом производствах зерно, поступающее на приготовление солода, очищается от примесей; поступающие на консервные заводы зерна кукурузы и зеленого горошка разделяются по степени зрелости.

Втехнике применяют следующие три вида сортирования: просеивание, или грохочение, пневматическое и гидравлическое сортирование и магнитную сепарацию.

2. ПРОСЕИВАНИЕ

Просеивание, или грохочение, — это механическое сортиро­ вание на ситах; через отверстия сита проходят частицы (проход), размеры которых меньше размеров отверстий; остальные части­

цы задерживаются на сите и сходят с него (сход).

Сита, являющиеся основной частью про­ сеивающих машин, бы­ вают плетеными и штампованными (рис.

ризуется номером и живым сечением. Номер сита соответству­ ет размеру отверстия сита в миллиметрах. Напр'имер, плетеное сито № 4 имеет квадратные отверстия со стороной, равной 4 мм. Живое сечение сита — это отношение площади всех отверстий к общей площади его, выраженное в процентах. Живое сечение плетеных сит достигает 70 %• Чем больше живое сечение сита, тем выше его пропускная способность.

Штампованные сита изготовляют из стальных, медных или латунных листов, в которых в шахматном порядке пробивают круглые или продолговатые отверстия необходимых размеров. Живое сечение этих сил достигает 50%.

Зернистый состав сыпучих материалов определяется при по­ мощи рассева-анализатора, на котором просеивают среднюю пробу материала, в результате чего оставшаяся на каждом сите фракция и частицы, прошедшие через нижнее сито, взвешивают

ивыражают в процентах по отношению к исходной навеске. Эффективность просеивания характеризуется коэффициентом

полезного действия сит, т. е. отношением массы зерен, прошед­ ших через сито, к массе зерен такого же размера, но содержа­ щихся в исходной смеси. На качественную сторону этого процес­ са оказывает влияние толщина слоя сыпучего материала, пере­ мещающегося по ситу, форма и величина отверстий и частиц, скорость перемещения материала и его влажность.

При анализе работы сит учитывают следующие возможные виды движения частиц по его поверхности:

движение одиночной частицы;

34

однослойное движение совокупности частиц; послойное движение совокупности частиц.

Под движением одиночной частицы понимают такое переме­ щение частиц на сите, при котором отсутствует взаимное их влияние, т. е. нет соударений между ними.

Однослойное движение совокупности частиц, как правило, характеризуется их взаимным влиянием.

Рис. 12. Сортировочные ситовые машины:

а — схема качающегося сита, б — трясун.

Послойное или многослойное движение совокупности частиц возникает вследствие различия коэффициентов трения нижнего слоя по ситу и вышележащих слоев относительно друг друга. При послойном движении имеет место и самосортирование частиц в слое благодаря тому, что частицы, отличающиеся меньшими

тивоположными свойствами поднимаются в верхние слои.

Для просеивания частиц продукта необходимо обеспечить его перемещение относительно сита; это перемещение создается возвратно-поступательным, круговым поступательным и вибра­ ционным движением плоских сит, а также вращательным дви­ жением барабанных сит.

Возвратно-поступательное движение наклонных сит (рис. 12, а и б) широко применяемых в сортировочных машинах, осу­ ществляется кривошипно-шатунным или эксцентриковым меха­ низмом. Для того чтобы частица перемещалась по ситу, привод­

ной вал должен иметь такую частоту вращения, чтобы силы инер­ ции, действующие на частицу, превышали силу трения ее о сито.

Минимальная частота вращения вала п (в об/мин), при ко­ торой обособленная частица будет перемещаться вдоль сита, на­ ходится по уравнению

(39)

где <р— угол трения частиц, ф=32-^35°; а — угол наклона сита, а = 10-М2°; г — радиус кривошипа, м.

Следует отметить, что приведенная зависимость является при­ ближенной, так как она характеризует перемещение обособлен­ ной частицы. В действительности же на сите обычно перемеща­ ется слой частиц, взаимодействующих между собой.

Изображенный на рис. 12,6 плоский качающийся грохот (трясун) на пружинящих опорах состоит из прямоугольного же­ лоба / с ситом 2, установленного под углом 7—14° к горизонту. Желобу сообщаются качания от эксцентрикового механизма 3, вал которого делает около 400 об/мин. Благодаря наклону и ка­ чаниям желоба сыпучий материал перемещается по ситу и сор­ тируется.

Машины с круговым поступательным движением, так назы­ ваемые рассевы, применяются для сортирования получаемых продуктов на мукомольных, крахмало-паточных и других пред­ приятиях. Рассев (рис. 13) состоит из двух корпусов 7, каждый из которых имеет до 18 горизонтальных рам с натянутыми на них ситами из шелковых или капроновых тканей. Оба корпуса жест­ ко связаны между собой и при помощи тросов 1 подвешены к пе­ рекрытию. Приводной механизм рассевов состоит из главного вала 2 и балансирного вала 3 с балансирами 4, которые урав­ новешивают силы инерции корпусов во время работы. Вся при­ водная система подвешена в подшипнике 5. Главный и балан­ сирный валы связаны между собой посредством цепи так, что оси их эксцентричны. Балансирный вал вращается в подшипни­ ках 6, которые жестко закреплены на раме ситовых корпусов.

Благодаря круговому поступательному движению сит с по­ следовательно уменьшающимся книзу размером отверстий ис­ ходная смесь просеивается и при этом получается 4—5 фракций.

Движение обособленной частицы по ситу рассева впервые было исследовано русским ученым Н. Е. Жуковским. Он дока­ зал, что при значительной угловой скорости со кругового посту­ пательного движения сита и при соответствующей величине радиуса R окружности, описываемой любой точкой сита, относи­ тельное движение частицы происходит с той же угловой скоро­ стью и, но по окружности радиуса г < Д

При круговом движении вместе с рассевом на частицу мас­ сой т действует центробежная сила G— т&2Я и сила трения Р =

36

= mgf (g — ускорение силы тяжести и f — коэффициент тре­ ния), являющаяся для данной частицы и сита величиной посто­ янной. При Gs^.P или (a2R ^ . g f частица будет находиться в не­ подвижном состоянии относительно сита, а при ускорении точки сита a 2R > g f будет происходить относительное движение части-

цы по ситу, так как последнее не может сообщить ей ускорение большее, чем gf. Таким образом, при заданном радиусе враще­ ния рассева относительное движение частицы происходит лишь при условии, если угловая скорость со больше некоторого крити­ ческого значения соКр, определяемого из равенства G = F, т. е. т ю кР # = mgf, откуда

(40)

а минимальная, или критическая, частота вращения веретена рассева

Действительную частоту вращения вала принимают на 50—60% больше расчетной.

37

Так как движение отдельной частицы не может характери­ зовать движение частиц в слое, В. В. Гортинский, развивая ра­ боту Н. Е. Жуковского далее, разработал теорию послойного дви­ жения частицы по ситу. Согласно этой теории на сите рассева наблюдается неодинаковое движение слоев материала. Это про­ исходит потому, что по мере удаления от свободной поверхности слоя связи между частицами становятся более сложными и со­ противление их относительному движению увеличивается. Таким образом, причиной послойного движения является различие ко­ эффициентов трения нижнего слоя продукта /н по ситу и выше­ лежащих слоев /с относительно друг друга. Значения /н и /с за­ висят от крупности частиц, состояния их поверхности, влажно­ сти и др.

В теории послойного движения сыпучий продукт рассматри­ вается как совокупность элементарных слоев с различными коэф­ фициентами трения.

Обязательным условием послойного движения является до­ статочная шероховатость опорной поверхности, когда Ес­ ли указанное увювие нарушается (например, при отшлифован­

частицы возвращаются к приемному отверстию и смешиваются с поступающей смесью. Чтобы предотвратить это смешение, ча­ стицам наряду с движением по окружности (рис. 13, в) сообща­ ется еще и движение к сходовому каналу с помощью установлен­ ных в камере специальных жестяных гребешков, называемых гонками.

Машины с вращающимися ситами, называемыми буратами, имеют барабаны цилиндрической, шестигранной или конической формы. Рабочая поверхность барабана выполняется из сит с от­ верстиями различной величины, увеличивающимися по ходу дви­ жения сыпучего материала. Цилиндрические и шестигранные ба­

скорости вращения; однако вследствие центробежной силы, воз­ никающей при вращении, частицы, прижимаясь к стенкам бара­ бана, могут вращаться вместе с ним. Частоту вращения бараба­ на, при которой частица массой т будет вращаться вместе с ним, определяют из условия равновесия частицы, находящейся под воздействием силы трения P = mg и центробежной силы G—

38

= m(a2R (© — угловая скорость вращения барабана и R — ради­ ус барабана).

После подстановки значений Р, G и со= — в равенство

30

P = G, а также приняв n2x g , получим предельную частоту вра­ щения барабана п Пред (в об/мин), при которой частица будет на­ ходиться в равновесии,

мерно на половину его высоты, рабочую частоту вращения ба­ рабана принимают равной половине рассчитанной по форму­ ле (42).

Бураты просты в работе и обслуживании, однако они имеют небольшую производительность, так как в работе участвует лишь часть их ситовой поверхности.

Вибрационные грохоты по сравнению с другими сортировоч­ ными устройствами обеспечивают более высокую производитель­

5, несущими неуравновешенные грузы 6, возникают центробеж­ ные силы инерции, под действием которых коробу сообщается 900—1500 вибраций в 1 мин при амплитуде колебаний от 0,5 до

12 мм.

Триеры широко применяют для выделения из зерна приме­ сей, имеющих одинаковое с зерном поперечное сечение, но от­ личающихся по длине. В быстроходном цилиндрическом триере (рис. 16, а) куколь и половинки зерна выделяются из смеси во

39