Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механизация приготовления кормов. Часть 2. Учебное пособие.pdf
рочный чан, по всему его объёму и после заполнения чана – автоматического отключения шнека мойки. Оно расположено наверху запарочного чана. Распределительный диск 1 устройства находится внутри
чана. Диск тормозится картофелем в процессе заполнения чана, что
вызывает отключение электродвигателя, приводящего во вращение
вертикальный шнек мойки и сам распределительный диск.
Автоматическое отключение шнека мойки происходит следующим образом. Шкив 4 привода распределительного диска посажен на
вал 2 свободно. Он выполнен заодно с полумуфтой 5. Вторая часть
полумуфты 5 (верхняя), прижимаемая пружиной 6 к полумуфте шкива,
соединена с валом скользящей шпонкой, т.е. она имеет возможность
перемещаться вверх в осевом направлении, сжимая пружину. Верхняя
полумуфта 5 имеет палец 8, который свободно вращается вместе с
муфтой при незаполненном картофелем чане. Привод шкива 4 – клиноременной передачей от шкива, посаженного на вал вертикального
шнека мойки. При торможении распределительного диска (чан заполнен картофелем) происходит срабатывание муфты: пружина 6 сжимается, верхняя часть полумуфты приподнимается на величину её выступов вдоль вала вверх, а нижняя часть свободно вращается на валу вместе со шкивом. Палец 8 при этом воздействует на ролик 11 путевого
выключателя, установленного на кронштейне 10 запарника, и отключает электродвигатель привода мойки. Проскальзывание зубьев полумуфт относительно друг друга сопровождается небольшим шумом.
Мойка может также отключаться автоматическим устройством
распределительного диска при полной загрузке запарника.
Включив вентилем 7 на паропроводящем устройстве подачу пара,
картофель запаривают в течение 15…20 мин, после чего включают на
5…7 мин мойку для выгрузки из неё в чан остатков продукта. Пар,
проходя из коллектора 6 через толщу картофеля, конденсируется и
стекает в конденсатоотвод 1 в виде воды. Пар, выходящий из конденсатоотвода, указывает на окончание запаривания; процесс при циклическом режиме продолжается 40…45 мин. После этого включаются
выгрузной 2 и мяльный 4 шнеки. Шнек выгрузного устройства подает
продукт к шести ножам 13, расположенным в начале мяльного шнека 4.
Последний доводит картофель до пюреобразного состояния, и готовый
продукт выгружается из агрегата. Объём запарочного чана позволяет
загрузить в него до 1600 кг картофеля.
Картофелезапарочный агрегат АЗК-3 (рис. 3) служит для циклического или непрерывного запаривания и измельчения картофеля.
Его используют также обособленно для приготовления силоса, а в
составе кормоцехов – для приготовления кормовых смесей на свинофермах.
11
Рис. 3. Схема агрегата для запаривания кормов АЗК-3
Основные сборочные единицы агрегата: мойка 1, грязевыгрузной
транспортёр 2, барабан для сбора лёгких примесей 3, загрузочный
шнек 4, запарочный чан 5, парораспределительное устройство 6, датчик верхнего уровня 7, переключатель пара 8, редукционный клапан 9,
выгрузной шнек 12, мялка 10, шнек для выгрузки мезги 11. Все рабочие органы смонтированы на общей раме.
Мойка состоит из корпуса, ковшового транспортёра для выгрузки
отмытой грязи и барабана для плавающих соломистых примесей.
К корпусу мойки крепится загрузочный бункер. В нижней части ковшового транспортёра предусмотрено окно слива грязной воды. Привод
транспортёра осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу и червячный редуктор, а барабана – от ковшей транспортёра. На нижнем конце загрузочного шнека закреплён моечный
диск, создающий при вращении круговой поток воды в моечной камере, а на верхнем конце шнека имеется загрузочно-запорный механизм.
Диаметр шнека 320 мм, шаг витков – 200 мм. Привод шнека осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу.
Сверху на чане установлен предохранительный клапан для сброса
избыточного давления и предотвращения возникновения разрежения в
чане. В конической части чана предусмотрено устройство для отвода
конденсата. Редукционный клапан поддерживает в запарном чане давление 0,003 МПа.
Мялка состоит из корпуса, задвижки, ножей и крышки. Запаренный картофель измельчается при продавливании его шнеком через
зазоры между ножами. Привод выгрузного шнека осуществляется
от электродвигателя через вариатор, червячный редуктор и цепную
передачу.
12
При работе агрегата под действием вращающегося моечного дис-
(
=
ка картофель отмывается от грязи, захватывается витками шнека, в
кожухе которого дополнительно отмывается струями воды. Тяжёлые
примеси оседают на моечном диске и отражающей пластиной отбрасываются через окно в камеру ковшового транспортёра и выносятся им
из мойки. Всплывшие лёгкие примеси подаются барабаном на ковшовый транспортёр и также удаляются. При вращении загрузочного шнека под действием центробежных сил загрузочно-запорный механизм
поднимается в верхнее положение и открывает окно чана, через которое картофель загружается в запарный чан. После 10 минут загрузки в
нижнюю часть чана подается пар, а после окончания загрузки пар подается в верхнюю часть.
Агрегат автоматизирован. Как только чан полностью заполнится,
посредством датчика верхнего уровня отключаются все транспортёры
и мойка. Производительность агрегата при непрерывном цикле
2…3 т/ч. Расход пара на запаривание картофеля составляет 190 кг/т,
расход воды на мойку – 480 кг/т.
Агрегат может снабжаться охладителем, выполненным в виде отдельной приставки под корпусом выгрузного шнека. Он имеет шнек с
двумя валами, а в конце – два вентилятора. Корпус охладителя может
поворачиваться на угол более 60°, что обеспечивает равномерную загрузку запаренного картофеля в траншеи при силосовании.
1.2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ КОРМОЗАПАРНИКОВ
Общее количество тепла Q (Дж), необходимое на обработку порции продукта, расходуется в основном на нагрев продукта Q1, нагрев
стенок запарника Q2, на потери в окружающую среду и равно
Q = Q1 + Q2 + Q3. (1)
Составляющие Q1 и Q2 уравнения теплового баланса определяются на основе закона теплотехники, согласно которому количество тепла, необходимое для нагревания любого вещества в пределах конечной
и начальной температур, пропорционально массе этого вещества и его
теплоёмкости.
Следовательно, количество тепла, расходуемое на нагревание
продукта, Q1 (Дж) равно
)
ttCMQ −
, (2)
где
– масса нагреваемого продукта, кг;
M
пp
греваемого продукта, Дж/(кг⋅°С);
, tt – начальная и конечная темпе-
нкпpпp1
– теплоёмкость на-
C
пp
нк
ратура продукта, °С.
13
Количество тепла, расходуемое на нагревание стенок запарника,
(
′−=
′
′
′
(
−β=
+=β
Q2 (Дж) определяется по формуле
)
ttCMQ
, (3)
нкстcт2
где Mст – масса нагреваемых частей запарника, кг; Сст – теплоемкость
материала, из которого изготовлен запарник, Дж/(кг⋅°С);
,tt
– ко-
нк
нечная и начальная температура стенок запарника, °С.
При запаривании первой порции продукта значение
t
принима-
н
ется равным tн – начальной температуре продукта. При запаривании
последующих порций значение
t
выше и будет зависеть от времени
н
разгрузки и загрузки запарника.
Значение tк для условий тепловой обработки кормов в запарниках
открытого типа, где процесс происходит при нормальном атмосферном давлении, принимается равным 100 °С. В случае обработки корма
в запарниках закрытого типа, где процесс протекает при избыточном
давлении, равном давлению пара, величина tк принимается равной
температуре пара при данном давлении.
Расход тепла на потери в окружающую среду определяется по
формуле
)
TttFQ
, (4)
вст3
где F – поверхность нагрева запарника, м2; β – суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅°С); tст – температура наружных стенок запарника, °С; tв – температура окружающего воздуха, °С; Т – продолжительность теплопередачи (время процесса), с.
Суммарный коэффициент теплопередачи β показывает, какое количество тепла в единицу времени отдается с 1 м2 наружной поверхности запарника в окружающую среду путём конвекции и теплоизлучения при разности температур в 1°С.
Коэффициент теплопередачи – сложная величина, которая учитывает следующие факторы: теплопроводность, плотность, теплоёмкость,
температуру, форму и линейные размеры поверхности и другие. Этот
коэффициент в большинстве случаев определяют экспериментально.
Для запарника, температура стенок которого не превышает 150 °С,
находящегося в закрытом помещении, коэффициент β приближённо
составляет
tΔ
06,084,0
, (5)
где Δt – разность температур между стенками запарника и окружающим воздухом, °С.
14
Общее количество тепла Q, подводимое в запарник, передаётся Р
(
)
−
=
′
=
=
кг пара, имеющим теплосодержание iп (Дж/кг). С учётом того, что
часть тепла, заключенного в отводимом из запарника конденсате, не
используется, уравнение теплового баланса примет вид
iiPQ
,
кп
откуда
Q
P−=
, (6)
ii
кп
где iк – теплосодержание конденсата, Дж/кг.
Обычно в запарниках используется влажный насыщенный пар,
теплосодержание которого равно
xii
, (7)
п
где i′ – теплосодержание сухого насыщенного пара, Дж/кг; x – степень
сухости пара (для котлов малой производительности без сухопарников
x = 0,96).
Теплосодержание конденсата определяют по формуле
tсi
, (8)
ккк
где cк – теплоёмкость конденсата (при конденсации водяного пара
cк = 4,19⋅103 Дж/(кг⋅°С); tк – температура конденсата принимается равной 92…95°С).
Удельный расход пара составляет
P
1
p
= , (9)
G
где P1 – расход пара, кг/ч; G – производительность запарника, кг/ч.
Удельный расход пара для существующих конструкций запарников можно принять следующим: при запаривании корнеплодов
0,16…0,20 кг/кг, соломы – 0,40…0,50 кг/кг, при нагревании воды –
0,20 кг/кг.
1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗАПАРНИКОВ КОРМОВ
Объём запарника периодического действия определяется по формуле
=GTV
, (10)
ρϕ
где G – производительность запарника, кг/ч; Т – время запаривания
одной порции продукта (время цикла), ч, складывается из времени за-
15
грузки t1, времени запаривания t2 и времени разгрузки t3, т.е.
Т = t1 + t2 + t3; ρ – объёмная масса продукта, кг/м3; ϕ – коэффициент
заполнения емкости запарника, равный 0,85…0,90.
Размеры и форма запарника принятой ёмкости должны быть такими, чтобы его поверхность была минимальной, и на её изготовление
расходовалось как можно меньше материала.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет запарник,
имеющий форму шара. Однако из-за сложности изготовления и неудобств при механизации загрузки и выгрузки продукта запарники
этого типа широкого распространения не получили.
В изготовлении более прост запарник цилиндрической формы.
Установлено, что минимальной поверхность такого запарника заданного объёма будет в том случае, когда диаметр запарника равен его
высоте, т.е. при D/H = 1.
При проектировании запарников цилиндрической формы допускается отношение D/H = 0,8…1,3, потому что резкое увеличение поверхности запарника лежит за пределами этого отношения.
Объём цилиндрического запарника, выраженный через его диа-
метр и высоту, будет равен HDV
2
π= .
Принимая во внимание, что H = D/(0,8…1,3), получим формулу
3
для определения диаметра запарника
()
3,1...8,0 π= VD .
При известном V высоту запарника определяют из принятого отношения D/H.
Толщина стенки запарника, с учётом влияния коррозии, износа,
неровностей и понижения прочности за счёт сварного шва, определяют по формуле
Dp
п
=δ
2
R
где δ – толщина стенки запарника, м;
, (11)
b
+
ϕ
z
p – давление пара внутри за-
п
парника, МПа; D – внутренний диаметр цилиндра, м; Rz – допускаемое
напряжение при растяжении, МПа (для стали марки ст-3: Rz = 90…95
МПа); ϕ – коэффициент прочности шва, равный при одностороннем
сварном шве электросваркой 0,65, при двухстороннем – 0,85; b – прибавка на износ, неровности и коррозию, равная 0,001…0,002 м.
На неравномерность прогрева продукта в запарнике большое
влияние оказывает конструкция распределительного паропровода. Для
равномерного распределения пара, выходящего из парораспределительной трубы, необходимо, чтобы суммарное сечение отверстий на
трубе было равно внутреннему диаметру паропровода. С уменьшением
16
суммарного сечения отверстий по сравнению с сечением распредели-
⋅
тельного паропровода увеличивается время запаривания продукта, так
как расход пара при этом уменьшается, и наоборот с увеличением
суммарного сечения отверстий увеличивается неравномерность прогрева продукта.
Условие равномерного распределения пара можно записать так:
2
π
2
1
nzdDπ
=
, (12)
44
где D1 – внутренний диаметр распределительного паропровода, м; d –
диаметр отверстия на паропроводе, м; n – количество отверстий на
паропроводе в одном ряду; z – число рядов.
Диаметр распределительного паропровода определяется следующим образом.
Количество пара, проходящего по паропроводу, равно
v
ρπ=D
пп21
P
1
, (13)
4
где P1 – расход пара запарником, кг/с; vп – скорость движения пара,
равная 25...30 м/с; ρп – плотность пара, кг/м3. Учитывая, что
P
, (14)
P =
1
t
1
где Р – количество пара на запаривание одной порции продукта, кг;
t1 – время запаривания одной порции продукта, с, и подставляя это
значение в (13), определим диаметр распределительного паропровода
P
D
=
1
v4t
. (15)
ρπ
1пп
Количество отверстий n в ряду зависит от длины распределительного паропровода L и шага отверстий t, т.е. n = L/t.
Исследованиями установлено, что равномерный прогрев продукта
в запарнике будет обеспечен в том случае, когда вокруг распределительного паропровода образуется сплошной слой пара высотой
h = 0,03…0,04 м. Для обеспечения вышеуказанного условия при меньшем количестве отверстий на паропроводе делается зенкеровка отверстий, как показано на рис. 4. Шаг отверстий равен t = 2l + d.
Величина l может быть выражена через высоту h сплошного слоя
и угол выхода пара α как l = h/tgα. Тогда формула для определения
шага отверстий примет вид t = 2h/tgα + d.
17
z
ρ
=
Рис. 4. Схема распределительного паропровода
Подставляя значения n и t в уравнение, выражающее условие равномерного распределения пара и решая его относительно d, получим
⎛
⎜
⎜
⎝
=
d
2
++
DDD
111
L
2
При часовом расходе пара до 200 кг количество рядов отверстий
на распределительном паропроводе принимается 3…4, а при часовом
расходе пара более 200 кг – 4…6.
Диаметр патрубка для непрерывного выхода конденсата выбирается с таким условием, чтобы предотвратить выход пара из запарника:
v
Fq , (17)
где qк – количество конденсата, которое образуется при запаривании
продукта, кг/с; F – сечение патрубка для выхода конденсата, м2; vк –
средняя скорость выхода конденсата, м/с; ρк – плотность конденсата,
кг/м3.
Непрерывность потока конденсата, как установлено исследованиями, обеспечивается при его скорости, равной 1,2…1,5 м/с.
Поскольку в процессе запаривания весь пар, поступающий в запарник, преобразуется в конденсат и выходит из запарника, то qк = P1.
Сечение патрубка для выхода конденсата
2
dFπ
к
=
4
где dк – диаметр патрубка, м.
⎞
Lzh
8
⎟
⎟
α
tg
⎠
. (16)
ккк
, (18)
18
Подставляя значение qк и F в уравнение (17) и решая его относи-
ϕ
T
тельно dк, получим
1
ρπ
v
кк
=Pd
к
. (19)
300
Температура конденсата в значительной степени зависит от расположения распределительного паропровода в запарнике.
Исследованиями установлено, что при нижнем расположении
распределительного паропровода в запарнике температура конденсата
равна 65…70 °С, при среднем и верхнем – 55…60 °С. Поэтому при
проектировании необходимо учитывать, что целесообразнее располагать распределительный паропровод в средней или верхней части запарника.
Взаимосвязь между основными параметрами запарника непрерывного действия выражается уравнением производительности
G
2
ρϕπ=D
v
з
, (20)
4
где D – диаметр запарника, м; v – скорость движения продукта в запарнике, м/с; ρ – объёмная масса продукта, кг/м3;
– коэффициент
з
заполнения запарника, равный 0,85...0,9.
Скорость движения продукта в запарнике зависит от длины L горизонтальной или высоты Н вертикальной камеры и времени движения продукта (времени Т, необходимого для запаривания продукта,
v = H/T). Подставляя полученное значение v в уравнение производительности, получим
G
2
HD
ρϕπ
з
=
. (21)
4
Количество пара, которое может пройти между частицами продукта, Р1 (кг/с) определяется по формуле
P
где
v – скорость движения пара в запарнике, м/с; ρ
п
2
()
kD
−ρπ
1v
=
1
пп
4
, (22)
– плотность па-
п
ра, кг/м3; k – коэффициент, учитывающий пустоты между частицами
продукта (для корнеклубнеплодов k = 0,6…0,7).
19
При тепловой обработке корнеклубнеплодов скорость пара в за-
(
−
(
парнике, при которой пар полностью конденсируется, находится в
пределах 0,20…0,26 м/с; при этом большее значение скорости принимается для мелких частиц, а меньшее – для крупных.
Количество пара, проходящего через запарник при установившемся режиме работы, равно количеству пара, необходимого для нагрева продукта и компенсации потерь тепла в окружающую среду.
При наличии изоляции стенок запарника потерями тепла в окружающую среду можно пренебречь. Тогда расход пара на нагрев продукта
составит
)
ttGC
нкпp
ii
−
кп
где
= , (23)
P
1
– теплоёмкость продукта, Дж/(кг⋅°С); tк, tн – конечная и на-
C
пp
чальная температура продукта, °С; iп – теплосодержание пара, Дж/кг;
iк – теплосодержание конденсата, Дж/кг.
Подставляя значение G из выражения (21) в уравнение (23) и решая его совместно с уравнением (22), получим расчётную формулу для
определения минимальной высоты запарника
H
=
min
)()
1v
kТii
−ρ−
ппкп
()
. (24)
ttC
ϕ−ρ
нкпpпp
При известном значении H диаметр запарника D определяется по
формуле
4HGT
=
D
. (25)
ϕρ
пр
Диаметр распределительного паропровода, шаг и диаметр отверстий на нем определяется так же, как и для запарников периодического
действия.
Контрольные вопросы
1. Для чего проводят тепловую обработку кормов?
2. Поясните особенности технологии термической обработки со-
ломы.
3. Какие способы обработки пищевых отходов вы знаете? Из ка-
ких основных операций они складываются?
4. Перечислите основные способы тепловой обработки зерновых
кормов. При каких технологических режимах они выполняются?
20