Практическая работа № 10. Расчёт машин для вытопки жира
Определение производительности центробежной машины для вытопки жира.
Центробежные измельчители-плавители предназначены для обработки всех видов мягкого жирового сырья. Высокая интенсивность теплообмена в нём достигается путём совмещения процессов измельчения сырья в центробежном поле и нагрева острым паром.
Производительность (кг/с) центробежного плавителя
где q – расход продукта через единичное отверстие в роторе, кг/с; z – число отверстий; kг – геометрический параметр; ρ –плотность жиромассы, кг/м3; рр – радиальное давление жиромассы, Па; ηэф – эффективная динамическая вязкость, Па∙с.
Геометрический параметр для круглого отверстия
,
где d и l – диаметр и длина отверстия, м.
Эффективная вязкость для измельчённой жиромассы температурой около 30 оС может быть принята от 70 до 100 Па∙с.
Радиальное давление (Па) жиромассы на стенку барабана
,
где ω – угловая скорость барабана, рад/с; R – внутренний радиус барабана, м; r – радиус внутренней окружности продукта, м.
При полной загрузке барабана (r = 0) получается максимальное давление (Па)
.
Расход теплоты (Вт) в агрегате
,
где Q1 — теплота, расходуемая на обработку продукта, Вт; Q2 — теплота, необходимая для начального прогрева аппарата, Вт; Q3 — потери теплоты через внешние поверхности аппарата, Вт.
Теплота (Вт), расходуемая на обработку продукта,
,
где q — удельный расход теплоты на обработку продукта, Дж/кг.
В агрегатах АВЖ не происходит испарения воды, поэтому
,
где сн,
ск
— удельная теплоемкость продукта до и
после плавления жира, Дж/(кгК);
— температуры продукта плавления жира,
начальная, конечная.
С;
— массовая доля жира в продукте, кг/кг;
rж
— скрытая теплота
плавления жира, Дж/кг.
Мощность электродвигателя привода определяют в пусковом и рабочем режимах. При пуске мощность (Вт) электродвигателя
где Np — мощность, необходимая для разгона барабана до рабочей частоты вращения, Вт; Nв — мощность, расходуемая на трение барабана о воздух, Вт.
Мощность (Вт), необходимая для разгона барабана до рабочей частоты вращения,
,
где А — кинетическая энергия барабана, Дж; — время разгона, с; J — момент инерции барабана, кг м2; — угловая скорость вращения барабана, рад/с; т — масса барабана, кг; R — радиус инерции, м.
Мощность (Вт), расходуемая на трение барабана о воздух,
,
где
— плотность воздуха при температуре
20
С,
кг/м3;
g
— ускорение
свободного падения, м/с2;
S
— площадь боковой
поверхности барабана, м; v
- окружная скорость
на поверхности барабана, м/с.
В рабочем режиме мощность расходуется: на сообщение кинетической энергии обрабатываемому материалу N1, на резание подвижным N2 и неподвижным N3 ножами, на трение материала о неподвижный нож N4, на выгрузку жира из агрегата N5.
Мощность (Вт), расходуемая на сообщение кинетической энергии обрабатываемому материалу,
,
где М —
производительность агрегата, м3/с;
R
— внутренний радиус
барабана, м;
— плотность продукта, кг/м3.
Мощность (Вт), расходуемая на резание,
;
,
где a
—
удельная работа при резании жиромассы,
Дж/м2;
—значения площади среза одним подвижным
и неподвижным ножами за один оборот
барабана, м2;
—
частота вращения подвижных ножей, с-1;
z
—
число ножей или режущих кромок у ножей;
— частота вращения продукта относительно
неподвижных ножей, с-1.
Можно считать, что nнп = п,
где п — частота вращения ротора, с-1.
Площадь (м2) среза продукции ножом
,
где Rн — радиус, проходящий через режущую кромку соответствующего ножа, м; hн — длина режущей кромки ножа, м.
Учитывая,
что
получаем
,
где
— радиус по режущей
кромке подвижного или неподвижного
ножа, м;
— длина режущей кромки
соответствующего ножа, м.
Удельную работу резания можно принять для первой пары ножей от 3 до 5 кДж/м2, для второй — от 1,0 до 2,0 к Дж/м2.
Мощность (Вт), расходуемая на трение материала о неподвижный нож,
,
где F
— сила трения жиромассы
о поверхность ножа, Н;
vок
— окружная скорость на поверхности
ножа, м/с;
— коэффициент трения (0,033...0,045);
— длина боковой
поверхности ножа, м.
Мощность электродвигателя (кВт) в рабочем режиме
,
где - коэффициент запаса мощности; =1,2…1,3; - КПД привода; =0,95.