книги из ГПНТБ / Масликов, В. А. Технологическое оборудование производства растительных масел учеб. пособие

5. П р и х о д т е п л а с п р о с а ч и в а ю щ и м с я в о з д у х о м . Так как в чане температура значительно выше температуры окружающего воздуха, то создаются циркуляционные потоки

Аналогично рассмотрим статьи расхода.

1. К о л и ч е с т в о т е п л а , у н о с и м о е с у х и м ж и р н ы м в е щ е с т в о м мезги.

Количество сухого жирного вещества и его теплоемкость та­ кие же, как в приходной части баланса. Количество тепла, уно­ симое сухим жирным веществом,

Количество воздуха, уходящее из чана, определим по закону Дальтона

Р воз R -воз

где RBo3 — газовая постоянная воздуха; RB0з= 29,27;

Rпар — газовая постоянная пара; У?пар = 47,1;

рпар— парциальное давление пара; его находят по таблице водяного пара в зависимости от температуры в чане;

Рвоз— парциальное давление воздуха; его находят по разности 1 — рпар =

=Рвоз;

о>исп— количество влаги, испаряемой в чане.

Для первого чана

6. Т е п л о п о т е р и.

Теплопотери могут быть рассчитаны двумя путями:

а) если известны размеры чана и конструкции изоляции, то теплопотери можно рассчитать по обычным формулам теплопе­ редачи;

б) чаще теплопотери принимают как некоторую долю от теп­ ла, вносимого глухим паром; обычно эта доля принимается от 1

до 5%.

Таким образом,теплопотери

Суммируя правые и левые части, получим уравнение с одним неизвестным — расходом пара, который и определится из этого уравнения.

Для сушильных чанов, куда влага не вводится, тепловой ба­ ланс их будет аналогичен первому чану, но из приходной части выпадут статьи ввода влаги в мятку. Полезно в конце расчета составить общий, сводный тепловой баланс жаровни. Из свод­ ного баланса легко определить к. п.д. жаровни по затраченному теплу. В этом случае полезно затраченным теплом Опол будет тепло, ушедшее с мезгой и с испарившейся влагой, минус тепло, пришедшее с мяткой. Всего подведено тепла Qnод с греющим паром плюс тепло с паром и водой, введенными при увлажне­ нии. Таким образом, к. п.д. жаровни

Фпол

(V—25)

Qnofl

212

Зная тепловую нагрузку по каждому чану или на всю ж а­ ровню, можно определить потребную поверхность нагрева F (м2), решая известное уравнение Фурье

Коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара к мез­ ге через стенку

(V—27)

_1_

«1

. -к);

о — толщина стенки, м; Я— теплопроводность материала стенки, Вт/'(м-К).

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара на нижней поверхности горизонтальной плиты (днища жа­

где г — скрытая теплота парообразования конденсата, Дж/кг; At — перепад температур в пленке конденсата, °С;

а— коэффициент поверхностного натяжения конденсата, Н/м;

р— плотность конденсата, кг/м3;

А— коэффициент, который для водяного пара берется из данных, приве­ денных ниже, в зависимости от температуры пара;

А1470 1700 1900 2070 2190 2300 2370 2410 2430

Коэффициент теплоотдачи от стенки к перемешиваемой мез­ ге, согласно исследованиям Р. Ф. Скаковского [81], определяет­ ся формулой [в Вт/(м2-К)]

теплообмена;

tc — температура днища жаровни, °С; щн — начальная влажность мятки, %; wK— текущая влажность мятки, %;

а — угол наклона лопасти мешалки, град.

2 1 3

Коэффициент а 2 по своему значению является небольшой ве­ личиной [50—100 Вт/(м2-К)], что может быть объяснено боль­ шим термическим сопротивлением пограничного слоя мяткн изза низкого коэффициента теплопроводности ее. При помощи при­ веденных формул можно рассчитать коэффициент теплопередачи в жаровне и, следовательно, решить уравнение Фурье.

3. ШНЕКОВЫЕ ПРЕССЫ ДЛЯ СЪЕМА МАСЛА (ЭКСПЕЛЛЕРЫ)

Для получения масла с применением давления в настоящее время используют только шнековые прессы (рис. V—16). Рань­ ше широкое распространение имели гидравлические прессы, в которых при помощи напорной жидкости создавалось в цилин­ дре пресса давление до 60 Па.

Эти гидравлические прессы имели много недостатков: за­ грузка и разгрузка осуществлялась вручную; периодичность ра­ боты; применение пресс-сукна, что заметно повышает себестои-

Рис. V—16. Шнековый пресс:

а — первый; б — современный.

214

мость масла; наличие большого количества вспомогательной аппаратуры (насосы, аккумуляторы, формовки и т. п.); отно­ сительно высокая масличность жмыха (7—8%), что приводит

кбольшим потерям масла в процессе производства.

Внастоящее время используются механические шнековые прессы, лишенные указанных недостатков.

Основной рабочий орган шнекового пресса — шнековый вал, собранный из отдельных витков, насаженных на общий вал. Шаг витков к выходу уменьшается, а диаметр тела витка увели­ чивается. Такие прессы применяются главным образом для форпрессования. Для окончательного прессования, кроме того, при­ меняются прессы, имеющие постоянный шаг, так как давление на материал в них создается за счет противодавления.

Шнековый вал установлен в зеерном барабане. Благодаря уменьшению объема витка материал, находящийся в нем, под­ вергается сжатию, которое возрастает по мере продвижения ма­ териала к выходу. Под воздействием возникающего давления масло отжимается из мезги, проходит через зазоры в зеерном барабане и собирается в соответствующий поддон. Жмых вытал­ кивается из зеера и при выходе из него встречает регулировоч­ ное устройство. Обычно шнековый вал пресса имеет небольшую

ный съем масла осуществляется в одной машине).

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ ШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ

Из-за сложности явлений, происходящих в зеерном барабане при прессовании, и недостаточной их изученности до настояще­ го времени нет полной теории работы шнековых прессов. Одна­ ко некоторые исследования в этом отношении представляют оп­ ределенный интерес.

Процесс прессования можно рассматривать следующим обра­ зом. В мезге, поступающей на первый виток шнекового вала с оптимальной влажностью, имеется значительное количество пус­ тот. По мере продвижения по шнековому валу мезга подвергает­ ся сжатию, в результате чего происходит сближение частичек, т. е. сокращение внешней поверхности, на которой находится часть масла (поверхностное масло). С увеличением давления внешняя поверхность сокращается с одновременным уменьше­ нием пустот между частичками; масло при этом выделяется.

При дальнейшем увеличении давления сжатию будут подвер­

2 1 5

гаться уже сами частички. В результате этого капилляры, кото­ рые в большом количестве пронизывают гелевую часть частиц и в которых также находится масло, будут сжиматься. Следова­ тельно, при сжатии мезги сокращается внутренняя поверхность и поэтому продолжается выделение масла (капиллярное масло). При дальнейшем повышении давления возрастает деформация гелевой части частиц и некоторые капилляры запрессовываются с частично оставшимся маслом. Масло, оставшееся в запрессо­ ванных капиллярах, и масло, оставшееся в неразрушенных клет­ ках, определяет остаточную масличность ракушки.

При поступлении мезги с повышенной влажностью картина прессования будет несколько иной. Мезга с такой влажностью при небольшом сжатии обильно отделяет масло; при этом соз­ даются условия для жидкостного трения, что при большой плас­ тичности мезги препятствует ее дальнейшему перемещению. Следовательно, внешние и тем более внутренние поверхности мезги не будут больше сокращаться, и поэтому ракушка будет иметь высокую остаточную масличность.

При поступлении мезги с низкой влажностью, когда ее плас­ тические свойства очень малы, действующее усилие не обеспе­ чит сокращение внутренней поверхности мезги, что приводит к повышенной остаточной масличности ракушки.

Для получения удовлетворительных качественных показате­ лей работы шнекового пресса поступающая мезга должна иметь определенную влажность, которая зависит от вида перерабаты­ ваемой культуры и типа пресса. В настоящее время оптимальная влажность устанавливается только опытным путем.

Выделение масла из мезги — это процесс, происходящий во времени: чем больше времени мезга находится в зеере, т. е. чем больше времени будет действовать на нее давление, тем более длительный период масло будет стекать, тем ниже будет мас­ личность ракушки. Это положение хорошо согласуется с прак­ тикой работы прессов: с уменьшением частоты вращения шнеко­ вого вала уменьшается масличность ракушки.

И. П. Колпаков [45] подтвердил это опытами на прессе ФП и получил такие результаты:

Время прохождения мезги по зееру можно ориентировочно рассчитать в зависимости от частоты вращения шнекового ва­ ла, длины каждого витка и длины установочных втулок. Однако фактически время нахождения мезги в зеере больше расчетного, так как часть мезги как бы возвращается назад под действием противодавления, создаваемого регулировочным устройством.

216

А. М. Голдовский получил следующие данные о пребывании мезги в зеерном барабане пресса:

Чтобы определить производительность шнекового пресса, нужно выяснить характер движения мезги в зеере. Поступаю­ щая мезга подхватывается вращающимся шнековым валом, и благодаря трению между зеером и мезгой, а также наличию нит­ ки витка она стремится двигаться по спирали.

Специальные ножи между половинками зеерного барабана, а также «заершенность» внутренней поверхности зеера обеспе­ чивают движение мезги в основном вдоль оси шнекового вала. Исследование Г. В. Зарембо [74] показало, что некоторое коли­ чество мезги все же проворачивается со шнековым валом.

Если же по каким-либо причинам вся мезга начинает вра­ щаться вместе с валом (при поломке зубьев ножей, обильном выделении масла и большой пластичности гелевой части мезги), то работа шнекового пресса расстраивается, он не создает дав­ ления и резко снижается его производительность. Таким обра­ зом, основное движение мезги в зеере пресса линейное, т. е. та­ кое же, как и в обычном транспортном шнеке; поэтому произ­ водительность пресса (с определенной степенью точности) опре­ деляется транспортными возможностями шнекового вала.

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е П Р О И З В О Д И Т Е Л Ь Н О С Т И Ш Н Е К О В О Г О П Р Е С С А

Известно, что объемная секундная производительность тран­ спортного шнека может быть определена по формуле

nD2 Sn

где D и S — диаметр и шаг витка шнека, м;

п — частота вращения шнекового вала, об/мин; ср— коэффициент наполнения.

Однако в связи со своеобразными условиями работы шнеко­ вого вала пользоваться этой формулой нельзя. Шнековый вал имеет переменные диаметр и шаг. Поэтому неясно, конструк­ тивный размер какого витка следует подставить в формулу. От­ вет на этот вопрос можно найти в следующем рассуждении.

Первый виток вала захватывает определенный объем мезги и передает его на второй и последующие витки. Отсюда ясно, что первый виток определяет производительность вала, поэтому его часто называют питательным, и конструктивные размеры

217

его должны входить в формулу для определения производитель­ ности.

ции витка на вертикальную плоскость. Если же в этом выраже­ нии диаметр витка заменить внутренним диаметром зеера D3, то получим площадь поперечного сечения зеерного барабана. Та­ кая замена диаметров не окажет влияния на точность расчета, так как размеры этих диаметров мало различаются между со­ бой (разница всего 2—3 мм).

Если площадь поперечного сечения зеера умножить на дли­

не питающего витка.

В последнее выражение нужно подставить длину витка, а не его шаг, так как на витке шаг и длина не совпадают (длина всегда меньше шага). Объясняется это тем, что на витке шаг выполнен не полностью; поэтому при проворачивании вит­ ка на один оборот материал перемещается только на его длину. Однако в вычисленном объеме зеерной камеры находится сам виток; следовательно, часть объема зеерной камеры не исполь­ зуется для поступающей мезги. Поэтому в уравнение вводят коэффициент заполнения ф.

объем витка

ф= -------------------------------

объем зеерной камеры

Следовательно, объем, в который помещается мезга, — так называемый свободный объем, витка — будет равен

л в 23

где L — длина витка, м

Коэффициент заполнения имеет различную величину для прессов разных типов и зависит только от конструкции пресса. Приводим вычисленные коэффициенты заполнения для некото­ рых типов прессов:

Коэффициент наполнения ср для расчета шнековых прессов принимается равным 1 (т. е. свободный объем витка полностью заполнен). Если же свободный объем витка неполностью запол­ нен, т. е. ф <1, что бывает при недостаточном питании пресса, то виток не будет создавать полного давления. Вводя все эти поправки в уравнение (V—30), получим формулу для произво­ дительности (в м3/с ):

2 1 8

п

(V—32)

60

Формула для определения производительности в массовых единицах (в кг/ч) принимает вид

где р — объемная масса мезги, кг/м3.

Последняя формула может быть переписана в виде

Q = 47, 1D~3 Ln (1 — i];) р.

Как отмечалось выше, при движении по зеерному барабану мезга частично проворачивается. Кроме того, при сборке зеерного барабана и шнекового вала между ними остается зазор 2—3 мм. Так как нитка на витке не имеет полного шага, то на торце витка образуется некоторый центральный угол (около 50°), ничем не перекрываемый.

Щель и открытый центральный угол обусловливают переход прессуемой мезги через нитку витка; при этом мезга как бы возвращается к питающему витку. То, что мезга переходит через нитку витка, подтверждают следующие обстоятельства, выявлен­ ные на работающих прессах.

1. В р е м я п р о х о ж д е н и я м е з г и по з е е р у . Оно не совпадает с расчетным временем; действительное время прохож­ дения мезги всегда больше рассчитанного.

является результатом перехода мезги через нитку. Если предпо­ ложить, что этот износ является не следствием возврата мезги,, а результатом увеличения окружной скорости витка (за счет увеличения его диаметра), то износ нитки должен происходить по прямой, согласно прямолинейной зависимости окружной ско­ рости от диаметра. Таким образом, усиленный износ вершины нитки может быть вызван только переходом мезги через нее. Эта трактовка подтверждается также теоретическими соображе­ ниями.

В самом деле, если рассматривать виток, нитка которого де­ лит объем, занимаемый мезгой, на две части, то увидим, что справа от нитки давление, действующее на мезгу, больше дав­ ления слева, т. е. pi>P\-

Так как прессуемая мезга является материалом пластичным,, то при сжатии она стремится «выползти» из данного объема. При этом она устремляется в щель между ниткой и внутренней

2 1 »

v

и з м е н е н и и п о л о ж е н и я р е г у л и р о в о ч н о г о у с т р о й ­ ства. Известно, что при изменении положения регулировочного устройства производительность пресса также меняется. На пер­ вый взгляд это необъяснимое и даже противоречивое явление. Однако вызвано оно тем, что при изменении положения регули­ ровочного устройства изменяется противодавление, под действи­ ем которого мезга переходит через нитку витка. Если противо­ давление увеличивается, то возрастает давление на мезгу р2; по­ этому мезга в большем количестве будет переходить через нит­ ку. Следовательно, питающий виток заберет меньше мезги и про­ изводительность пресса снизится.

пресса производительность его снижается. Это объясняется тем, что при износе витка зазор между ниткой витка и внутренней поверхностью зеера увеличивается; поэтому увеличивается и ко­ личество мезги, переходящей через нитку.

Все выше отмеченные явления уменьшают производитель­ ность пресса, потому они должны быть учтены в уравнении для производительности. Для учета этих явлений введем в уравне­ ние так называемый коэффициент возврата Кв- Этот коэффици­ ент показывает, какая часть мезги от общего потока переходит через нитку витка. Следовательно, уравнение для производитель­ ности шнекового пресса можно записать в таком виде:

Коэффициент возврата отображает реологические свойства прессуемой мезги и условия, в которых происходит прессование. Поэтому коэффициент возврата не может оставаться постоян­ ной величиной; он будет изменяться с изменением качества пос­ тупающей мезги и режима работы пресса. Таким образом, фор­ мула для производительности шнекового пресса может быть записана в таком виде:

где А — некоторая величина, отображающая производительность пресса в зависимости от его конструктивных размеров и объемной массы материала.

Так как мезга в первом приближении может рассматривать­ ся как весьма вязкая жидкость, то можно проанализировать течение ее внутри зеера с точки зрения гидродинамики.

Как следует из формулы для производительности шнекового пресса, при его работе внутри зеера возникают два потока: один — вынужденный поток, вызываемый вращением шнекового

2 2 0