6 Расчёт и выбор рамного фильтр-пресса

В пищевой промышленности фильтрация сахарных сиропов производится в рамных, сетчатых и мешочных фильтрах. Для проектируемой линии по приготовлению инвертного сиропа используем рамный фильтр-пресс [9].

Фильтр-прессы рамные РОР, РОМ, РЗР, РЗМ предназначены для фильтрования нейтральных, кислых и щелочных суспензий с содержанием твердой фазы до 500 кг/м³. В качестве фильтровальных перегородок используются ткани из хлопка, полипропилена, полэфира и полиамида [7].

Для выбора фильтра необходимо рассчитать производительность, поверхность фильтрования и по каталогу выбрать ближайший фильтр-пресс.

Опытное фильтрование полученной суспензии на лабораторном фильтр-прессе при том же давлении и той же толщине слоя осадка показало, что константы фильтрования, отнесенные к 1 м² площади фильтра, имеют следующие значения: К = 20,710⁴ м²/ч и С = 1,4510^-3 м³/м². Временем фильтрования зададимся: _фильтр = 30 мин.

По уравнению фильтрования при постоянном давлении определим производительность V, фильтр-пресса, м³/м² :

, (6.1)

где V – объем фильтрата, прошедшего через 1 м² фильтрующей поверхности, м³/м²; C – константа фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки (ткани), м³/м²; К – константа фильтрования, учитывающая режим процесса фильтрования и физико-химические свойства осадка и жидкости, м²/ч;  – продолжительность фильтрования, ч.

,

м³/м².

Следовательно, для заданной производительности = 0,358 м³ (определяем из материального баланса, табл. 1.1) необходима поверхность фильтрования F, м²:

, (6.2)

м².

По каталогу (прил. Г, табл.Г.1 ) выбираем рамный фильтр-пресс РОР-4 с площадью поверхности фильтрования 4 м², размер рам в свету ‑ 315315 мм, толщина рам 45 мм, рабочее давление в аппарате 1 МПа.

7 Расчёт пластинчатого насоса

В пищевой промышленности для перекачивания пищевых продуктов малой вязкости, таких как молоко, соки, пиво используются в основном центробежные пищевые насосы или многоступенчатые центробежные насосы.

Там где требуется перемещать вязкие, высоковязкие или труднотекучие продукты, такие как творог, кетчуп, джемы, фарш или похожие пищевые продукты, применяют насосы объемного типа. Насос объемного типа имеет расширяющуюся полость на стороне всасывания и сужающую полость на стороне нагнетания. Перекачиваемая среда поступает в насос, когда полость на стороне всасывания расширяется и выталкивается, когда полость сужается. Этот принцип применим ко всем типам объемных насосов, будь то роторный, плунжерный шестеренный, поршневой, диафрагменный, коловратный или винтовой [3, 9].

Для транспортирования высоковязких жидкостей в основном применяют, поршневые, одновинтовые, роторные, шнековые и насосы трения.

Для транспортирования инвертного сиропа используются центробежно- шнековые (дисковые), пластинчатые (шиберные) насосы, а также монжю, работающие под давлением сжатого воздуха.

Для проектируемой линии по приготовлению инвертного сиропа используем пластинчатый (шиберный) насос.

Пластинчатый (шиберный) насос предназначен для перекачивания вязких, пластичных масс (глазурь, пюре, патока, пралиновые массы, сгущенное молоко) и других различных жидкостей. Применяется в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Принцип работы насоса: рабочий орган пластинчатого (шиберного) насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой. Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.

Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.

При расчёте насоса определяют необходимый напор и мощность двигателя при заданном расходе жидкости, далее следует выбор марки насоса по каталогу с учётом свойств перемещаемой жидкости. Причём выбранный насос должен иметь производительность, напор и номинальную мощность электродвигателя, ближайшие большие по отношению к расчетным. По величине мощности на валу определяют тип электродвигателя к насосу [7].

Полезная мощность N_п, затрачиваемая на перемещение жидкости, кВт:

, (7.1)

где Q – производительность насоса, м³/с; H – напор, развиваемый насосом, м; – плотность перекачиваемого сиропа, кг/м³.

Мощность N, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы, кВт:

, (7.2)

Где , – коэффициенты полезного действия (к.п.д.) соответственно насоса и передачи от электродвигателя к насосу = 0,93÷0,98.

Коэффициент полезного действия насоса :

, (7.3)

где – объёмный к.п.д., учитывающий перетекание сиропа из зоны большего давления в зону малого давления = 0,85÷0,95; ‑ гидравлический к.п.д, учитывающийгидравлическое трение и вихреобразование (для современных насосов = 0,85÷0,96);– общий механический к.п.д., учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнениях вала и гадравлическое трение нерабочих поверхностей колес = 0,92÷0,96.

Напор насоса, м:

, (7.4)

где  – давление в сироповарочном реакторе, из которого перекачивается инвертный сироп, Па; – давление в аппарате (фильтр-пресс), в который подается сироп, Па (прил. Г, табл.Г.1); – геометрическая высота подъёма сиропа, м; = 8 ÷ 15 м; – напор, теряемый на преодаление гидравлических сопративлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе, м.

Потери напора, м:

=, (7.5)

где w – скорость сиропа, м/с; w = 0,5 ÷ 1,5 м/с; l и d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ÷ 20 м;  – коэффициент трения;  – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Из основного уравнения расхода, определим диаметр трубопровода d, м.

, (7.6)

где Q – производительность насоса (объёмный расход), м³/с.

Для определения производительности, м³/с (объёмного расхода) зададимся временем перекачивания инвертного сиропа _нас = 5 мин. Объём полученного инвертного сиропа расчитывали в гл.1. Берем из материального баланса (табл. 1.1) V=108 л. Тогда объёмный расход Q, м³/с:

м³/с, (7.7)

м³/с,

м.

Для определения коэффициента трения рассчитываем величину критерия Re:

, (7.8)

где , – плотность, кг/м³ и вязкость, Пас инвертногосиропа при температуре нейтрализации 60 С.

.

Режим ламинарный. В этих условиях величина коэффициента трения практически не зависит от шероховатости стенок трубопровода и определяется:

, (7.9)

.159

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений :

(7.10)

Коэффициенты местных сопротивлений равны [6]:

вход в трубопровод (с закругленными краями) = 0,2;

выход из трубопровода = 1,0;

колено с углом 90° (для трубы d = 31 мм, R_o/d = 4,0); = 0,11;

вентиль прямоточный = 0,941,4=1,32 (для трубы d = 31 мм);

.

Примем H_г = 0,5 Н аппарата плюс 2 метра, H_г = 0,5 · 0,754 + 2 = 2,4 м.

Тогда по формулам (7.2) и (7.4):

м.

кВт.

По приложению Д табл. Д.1 устанавливаем, что данной подаче больше всего соответствует пластинчатый насос марки НП-2,2, для которого в оптимальных условиях работы Q = 33 л/мин (5,510^-4 м³/с). Насос обеспечен электродвигателем номинальной мощностью N = 2,2 кВт.