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

вращающемся (n==45 об/мин) барабане 1, смонтированном на валу 2, являющемся одновременно и валом шнека 4. Внутрен­ няя поверхность барабана выполнена в виде ячеек 3 полушаровой формы. Желоб 5 для примесей свободно подвешен на ва-

лу и при помощи специального устройства может быть установ­ лен под необходимым углом.

Поступающие в барабан зерна с примесями при вращении укладываются в ячейки, причем куколь и половинки укладыва­ ются глубже, чем целые зерна. Поэтому при повороте барабана на некоторый угол зерна выпадают из ячеек раньше и попадают снова в цилиндр, а куколь и половинки поднимаются выше и выпадают в желоб, из которого затем отводятся шнеком за пределы триера. Благодаря вращательному движению отсорти­ рованное зерно перемещается по барабану к противоположно­ му концу и отводится через боковые отверстия. -

Рабочую частоту вращения быстроходных триеров опреде­ ляют по формуле, аналогичной (42),

У R

где яПррд — предельная частота вращения барабана, R — радиус барабана триера, м.

В дисковом триере (рис. 16,6) ячейки выполнены на по­ верхности дисков. При вращении дисков в ячейки падают ку­ коль и половинки, которые затем выпадают в желоб 5 и отво­ дятся из машины.

3. ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОРТИРОВАНИЕ

Процессы разделения частиц неодинаковой плотности и круп­ ности в жидкой и воздушной средах в основном определяются силой тяжести G частицы и подъемной силой Р потока. При

40

этом скорость потока выбирают такой, чтобы с транспортиру­ ющим потоком уносились частицы с размерами и плотностью меньшими определенных, а в аппарате оседали частицы боль­ ших размеров, обладающие большей скоростью осаждения.

Например, основными условиями, при которых зерно очища­

ве VI.

Гидравлическое сортирование широко применяют в спирто­ вом и свеклосахарном производствах для выделения песка, кам­ ней и других примесей из картофеля и свеклы, транспортируе­ мых по гидравлическому транспортеру, а в консервном произ­ водстве— для сортирования зеленого горошка и зерен кукуру­ зы, которые в зависимости от степени зрелости имеют различ­ ную плотность.

Горошек молочной (консервной зрелости) полностью около

тонет. Эффективное разделение такой смеси в потоке раствора NaCl обеспечивается при скорости потока не более 0,2 м/с и продолжительности пребывания его в гидравлическом сортирователе не менее 15 с, так как при большей скорости потока или меньшем пребывании его наблюдается унос потоком частиц меньшей плотности.

4.МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

Скорнеплодами и зерновыми материалами, поступающими

впроизводство, нередко попадают различные металлические предметы, способные вызвать поломки рабочих частей дроби­ лок, резок, терок и др.

41

Для удаления ферромагнитных (стальных и чугунных) пред­ метов из сырья его пропускают тонким слоем (не более 100 мм) вблизи постоянных магнитов или электромагнитов.

Простейший магнитный сепаратор (рис. 17, а) представляет

Рис. 17. Магнитные сепараторы.

в течке 2 под углом наклона, превышающим на 3—5° угол ес­ тественного откоса сыпучей смеси. Величина слоя материала регулируется заслонкой 3. Задержанные магнитом предметы периодически удаляются вручную.

Постоянные магниты отличаются ограниченной силой при­ тяжения, ослабевающей с течением времени, в то время как электромагниты обладают постоянным и более сильным магнит­ ным полем, зависящим от силы тока, питающего катушки сер­ дечника 4. Обмотки электромагнитных сепараторов питают по­ стоянным током напряжением 110 или 220 В.

Различают электромагнитные сепараторы, устанавливаемые в течках (рис. 17,6), подвесные и вмонтированные в ведущий барабан ленточного транспортера.^ Сепаратор подвесного типа (рис. 17, в) применяется для извлечения ферромагнитных пред­ метов из слоя сыпучего материала толщиной до 100 мм, пере­ мещаемого со скоростью не более 2 м/с. Он состоит из двух стальных сердечников 5 с полюсными наконечниками 6 и ка­ тушками 7, соединенными в цепи последовательно; его устанав­ ливают вертикально или под углом, соответствующим углу на­ клона транспортера, и на расстоянии не более 160 мм от осно­ вания ленты.

42

Электромагнитный сепаратор, изображенный на рис. 17, г, является одновременно и ведущим барабаном ленточного транс­ портера, перемещающего, например, свеклу, сахар, зерно и др. В нем электромагнитный барабан 8 состоит из секторных элек­ тромагнитов 9, закрепленных неподвижно. Вращение барабана осуществляется от специального привода, и при этом частота вращения не должна превышать 38 об/мин. С противоположной стороны секторных полюсов барабана расположен неподвижный магнитный шунт 10, ослабляющий действие магнитного поля в зоне разгрузки. Удержанные барабаном ферромагнитные при­ меси на выходе из магнитного поля отводятся за пределы пе­ регородки И.

Г л а в а V. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ (ПРЕССОВАНИЕ)

Прессованием называют процесс обработки материалов воз­ действием внешнего давления, создаваемого в прессах. При этом преследуют следующие цели:

отжатие жидкости из твердых материалов; формование пластических материалов; уплотнение сыпучих материалов. Рассмотрим каждый из этих процессов.

1. ОТЖАТИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Отжатие жидкости прессованием широко используют, на­ пример, для выделения соков из ягод и плодов, масла из мас­ личных семян, жира из шквары, воды из свекловичного жома и др. При этом одновременно с отжатием жидкости происходит уплотнение и брикетирование твердого остатка.

а) Основы теории процесса

Основной величиной, характеризующей процесс отжатия прессованием, является выход жидкости, зависящий от величи­ ны рабочего давления, характера связи-жидкой фазы с клеточ­ ной структурой, содержания жидкой фазы в исходном материа­ ле и остатке, температуры процесса, толщины слоя и продолжи­ тельности процесса.

Физическая сущность отжатия жидкости прессованием за­ ключается в следующем. При сближении частиц материала, внутри и на поверхностях которых жидкость удерживается си­ лами молекулярного сцепления, сначала начинается движение жидкости по каналам между частицами, а затем в процессе прессования жидкость движется в слое пористого материала по

43

капиллярам переменного сечения и кривизны, т. е. подобно филь­ трованию. В связи с этим количество жидкости V, протекающей через капилляр за единицу времени, можно определить по урав­ нению Пуазейля

яДpdi

(46)

128ц/ ’

где Ар— перепад давлений в капилляре; d— диаметр капилляра;

ц — вязкость жидкости; I— длина капилляра.

Согласно уравнению (46) количество жидкости, выделяе­ мой при прессовании, прямо пропорционально перепаду давле­ ний и размеру капилляров и обратно пропорционально вязко­ сти жидкости и длине капилляра. Следовательно, более полно­ му отжатию жидкости способствует увеличение давления и уменьшение вязкости жидкости. Однако чрезмерное увеличение давления уменьшает сечение капилляров, а следовательно, и производительность пресса. Поэтому оптимальное рабочее дав­ ление при прессовании устанавливают опытным путем с учетом структурно-механических свойств материала, количества и ка­ чества получаемой жидкости. Чтобы обеспечить наиболее полное выделение жидкости при отжатии, исходный материал за­ частую подвергают измельчению, термической, а иногда и элек­ трической обработке. Для уменьшения вязкости жидкости прес­ суемый материал часто нагревают до температуры, допустимой технологическими условиями.

Сложность и недостаточная изученность явлений, происхо­ дящих при отжатии, разнообразие сырья и методов его пред­ варительной обработки не дают возможности предложить еди­ ное уравнение для расчета выхода жидкости. Такие зависимо­ сти пока определяют опытным путем. Хотя уравнение (46) и не учитывает ряда факторов, связанных с деформацией прессуе­ мой массы, ее пористостью и толщиной слоя, и не является рас­ четным, вместе с тем оно позволяет наглядно анализировать процесс по входящим в него величинам.

б) Машины для отжатия жидкости (прессы)

По принципу действия различают прессы периодического и непрерывного действия, по способу создания рабочего давле­ ния— прессы механические и пневматические. Широкое приме­ нение в промышленности получили шнековые и вальцовые прес­ сы непрерывного действия и пневматические прессы периодиче­ ского действия.

Ш н е к о в ы е пре с с ы. Устройство горизонтального шнеко­ вого пресса показано на рис. 18. В перфорированном цилиндре 1, помещенном в горизонтальном корпусе 2, расположен шнек

44

3 с уменьшающимся шагом, который служит как для транспор­ тировки материала, так и для отжатия из него жидкости. Вы­

Отжатие жидкости из материала в шнековом прессе проис­ ходит в результате постепенного уплотнения массы материала за счет:

сокращения объема материала, находящегося между витка­ ми, вследствие уменьшения шага витков, а иногда и их высоты; механического воздействия витков на материал в процессе

вращения шнека; трения прессуемого материала о поверхность витков, стен­

ки цилиндра и частиц материала между собой; сопротивления устройства, регулирующего величину выход­

ного отверстия для уплотненного остатка.

Выход жидкости и ее качество зависят от степени сжатия материала между витками шнека. Степень сжатия характеризу­ ется коэффициентом сжатия k, представляющим собой отноше­

ка из винограда &= 3ч-6, при отжатии масла из семян в зависимости от конструкции пресса &= 3ч-23.

В связи с увеличивающимся сопротивлением по ходу движе­ ния материала в шнековых прессах происходит обратное дви­ жение получаемого в результате прессования пластического ма­ териала через зазор между шнеком и корпусом; это явление учитывается коэффициентом kB, зависящим в основном от ши­ рины выходной щели для спрессованного остатка. Например, при прессовании хлопковых и подсолнечных семян для выход­ ной щели шириной 12—6,5 мм kB= 0 , 5-4-0,75.

Производительность шнековых прессов по массе перемещае­ мого материала рассчитывают с учетом их конструктивных и технологических особенностей.

45

Зная объем цилиндра Ко, охватывающего шнек диаметром D, объем вала Кг диаметром d и объем Кв нитки витка, можно определить теоретическую объемную производительность К (в м3) шнекового звена за один оборот.

Зная шаг витка t, частоту вращения шнека п (в об/мин) и пренебрегая объемом нитки витка, найдем секундную произво­ дительность шнека V (в м3/с)

С учетом средней объемной массы р (в кг/м3) прессуемого м-атериала, к. п. д. пресса т] и коэффициента kB, формула (48) для массовой производительности G (в кг/с) примет вид

я (D2 — d2) . п

Работа пресса при оптимальной ширине щели для выхода остатка и минимальном зазоре между цилиндром и шнеком, т. е. при минимальном значении kB, и предварительное уплотне­ ние материала, увеличивающее зна­ чение р, повышают производитель­ ность действующих прессов.

Рис. 19. Пневматический пресс:

прессуемый матерная' создается с помощью сжатого воздуха, увеличивающего объем цилиндра 3 из листовой резины. Благо­ даря этому при получении, например, виноградного сока прес­ суемый материал не перетирается, не нарушается механичес­ кая структура кожицы, гребней и семян и сок получается высо­ кого качества. Загрузка и разгрузка барабана 1 производится через люки, установленные по его длине. В процессе работы пресса производят несколько рыхлений материала путем вра­ щения барабана, предварительно выпустив воздух из цилин­

46

жидкости из картофельной мезги при производстве крахмала, состоит из двух полых перфорированных валков, вращающихся навстречу друг другу. Отжатая из мезги жидкость проходит через отверстия внутрь валков и затем отводится из них, а мез­ га продавливается вниз.

2. ФОРМОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

При помощи формовки пластическим материалам придают необходимую форму. Этим способом обработки пользуются для формовки хлебопекарных дрожжей, для приготовления из теста хлебобулочных, макаронных, кондитерских и других изделий.

Например, тесто относится к упругопластическим и вязким материалам, способным сохранять свои свойства до определен­

Нагнетающие прессы широко применяют для формования макарон, вермишели, лапши, дрожжей и др. Такие прессы со­ стоят из нагнетающего устройства и формующей матрицы (мундштука) с отверстиями нужного сечения и размеров.

47

Часть третья

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ

ПРОЦЕССЫ

Глава VI. РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКИХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ

Под неоднородной системой понимают систему, состоящую из двух или нескольких фаз, каждая из которых имеет свою по­ верхность раздела и может быть механически отделена от дру­

гой фазы.

Любая неоднородная бинарная система состоит из внутрен­ ней (дисперсной) фазы и внешней фазы или дисперсионной сре­ ды, в которой находятся частицы' дисперсной фазы.

Система, в которой внешней фазой является жидкость, на­ зывается жидкой неоднородной системой, а система с газовой внешней средой — газовой неоднородной системой.

В зависимости от физического состояния фаз различают сле­ дующие неоднородные жидкие и газовые системы: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы. Каждая из указанных неоднородных систем характеризуется концентрацией внутрен­ ней фазы и размерами ее частиц.

С у с п е н з и я состоит из жидкости и находящихся в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц различают суспензии грубые (с частицами более 100 мкм), тонкие (0,5— 100 мкм) и мути (0,1—0,5 мкм). Промежуточное положение ме­ жду суспензиями и истинными растворами занимают коллоид­ ные растворы с размерами частиц менее 0,1 мкм.

Э м у л ь с и я состоит из двух несмешивающихся или частич­ но смешивающихся жидкостей, а пена — из жидкости и нахо­ дящихся в ней пузырьков газа.

П ы л ь и д ым состоят из газов и находящихся в них твер­ дых частиц размером 0,3—50 мкм, а т у м а н — из газа и взве­ шенных в нем капелек жидкости.

На пищевых предприятиях можно наблюдать каждую из указанных систем. Суспензиями являются, например, пивное сусло, крахмальное молоко, патока с кристаллами сахара. К эмульсиям можно отнести молоко, смесь растительного мас­ ла с водой и др. Мучная пыль образуется при дроблении зер­ на, при. просеивании и транспортировке муки, сахарная пыль —