2.4. Расчет параметров рабочей камеры установки обработки

электрическим током влажных кормовых материалов

Задачей расчета является определение конструктивных размеры элек­тродной системы и рабочей камеры, обеспечивающих необходимую мощность, производительность и режимы обработки.

Расчет дан применительно к установки поршневого прямоходного типа (рис.2.8) для обработки плющенного увлажненного фуражного зерна, измель­ченной соломы, кормового картофеля, других подобных влажных полидис­персных систем.

Исходные данные:

• вид, электро- и теплофизические свойства обрабатываемого материала;

• производительность установки;

• напряжение питание камер;

• число камер;

• материал электродов, стенок и др.

Расчет является приближенным (техническим), основанным на использо­вание экспериментальных данных. Приведенные в таблицах численные значе­ния величин, характеризующие физические свойства материалов, получены эм­пирически при некоторых условиях и характеризуют лишь порядок величин. Их значение зависит от вида (сорта) растений, климатических условий произра­стания, сроков хранения, условий предварительной обработки и т. д. В кон­кретных условиях для надежности расчетов численные значения параметров необходимо уточнить. Методика расчета при этом не изменяется.

Последовательность расчета:

Определяют расчетную мощность Р_р установки по формулам:

; , (2.30)

где = m_τ – производительность установки, кг/ч; с- средняя за время обработки удельная теплоемкость кормовых материалов, Дж/(кг С); - коэффициент запаса; – тепловой КПД установки; = 0,5…0,98 – электрический КПД установки.

Разрабатывают конструктивную и электрическую схемы установки, определяют число рабочих камер в фазе n, обеспечивают напряжение питания камер U.

Производительность на 1 камеру, кг/ч:

, (2.31)

Мощность одной камеры, Вт:

. (2.32)

Среднее за в ремя обработки значение силы тока в одной камере:

I_I=P_I/U. (2.33)

Принимают из рекомендуемых значений допустимую напряженность поля Е в межэлектродном пространстве (табл. 2.3) и находят межэлектродное расстояние, м:

l=U/E (2.34)

Задают значение ширины электродов b в пределах:

b=(2…3) l. (2.35)

Используя общее выражение для температурной характеристики удельной электрической проводимости влажной кормовой массы,

γ_t = γ₂₀ (l+αΘ+βΘ²) (2.36)

находят среднее за время обработки значение:

, (2.37)

где Θ=(t-20), γ₂₀ – удельная электрическая проводимость массы при 20⁰С, см/м; α и β – эмпирические коэффициенты удельной электрической проводимости γ_макс имеет место при Θ_макс:

Θ_макс= α/β. (2.38)

Если Θ_макс>Θ₂=(t₂-20), то γ_макс находят по (2.36) для Θ₂.

Длина электродов, м:

. (2.39)

Максимальная плотность тока на электродах, А/м²:

J_макс=U γ_макс/l. (2.40)

Должно соблюдаться условия J_макс < J_доп, где J_доп – допустимое значение плотности тока (табл. 2.3).

Толщина разовой уплотненной порции (подачи) корма (рис. 2.8):

, (2.41)

где μ – коэффициент бокового давления кормовой массы; f_c – коэффициент трения массы по стенкам камеры; q₀ - среднее значение остаточного бокового давления в рабочей камере, Па; k_H – коэффициент неравномерности уплотнения массы по длине камеры (0,7…0,8) р – давление уплотнения, Па (табл. 2.3).

Расстояние от края электродов до выхода из камеры (расстояние безопасности):

. (2.42)

Расчетная длина рабочей камеры (рис. 2.8), м:

L_p = d+h+c. (2.43)

Длина рабочей камеры, необходимая для обеспечения требуемого уплотнения массы, м:

, (2.44)

где f­₃ – коэффициент трения массы по электродам.

Должно выполняться соотношение L_k >L_р при допустимом расхождении не более 10%.

Степень уплотнения кормовой массы в рабочей камере:

, (2.45)

где Р_н – плотность насыпной массы корма (в приемной камере); Р_у – плотность уплотненной массы (в рабочей камере); Р_n – пикнометрическая плотность массы (табл. 2.4).

Длина отверстия загрузочной (приемной) камере:

А=k_y/k_pg, (2.46)

где k_зп – коэффициент заполнения загрузочной камеры (1,1…1,2).

Длина хода поршня А = а + .

Частота ходов поршня, l/c:

, (2.47)

где V_зп – вместимость загрузочной камеры, м³,

V_зп=abl. (2.48)

Время (продолжительность) обработки корма в электрическом поле электродной системы, с:

τ=h/δv (2.49)

Т а б л и ц а 2.3. Физические параметры некоторых кормовых материалов при обработке электрическим током

Параметры	Способ обработки
	Электрогигротермическая обработка (ЭГТО) фуражного зерна	Электрогигротермическая обработка (ЭТХО) соломы	Электрозапаривание кормового картофеля
Степень измельчения, 10-3м	Плющение 0,3…5	Измельчение 10…30	Мезга
Состав увлажняющего водного раствора	1% NaCl +2%CO(NH2)2	1.5 NaCl +5% Na2CO3	-
Модуль увлажнения	0.8	1.0	-
Давление уплотнения, 103Па	25	320	5
Напряженность электрическогополя в кормовой массе, В/м	(20…25)102	(8…10)102	(15…20)102
Температура обработки, 0С	80	95	70
Допустимая плотность тока на электродах, А/м2	1000	900	1700
Остаточное боковое давление в камере, 103Па	2,1	25	-
Коэффициент бокового давления при уплотнении	0,25	0,61	-
Время обработки, с	160…240	400…480	120…140

Т а б л и ц а 2.4. Параметры процессов обработки электрическим током некоторых

кормовых материалов

Параметр	Зерновая масса, ячмень (ЭГТО)	Соломенная масса (ЭТХО)	Картофельная мезга (электрозапаривание)
Плотность насыпной увлажненной массы	560	180	890
Плотность массы в рабочей камере (по воздушно-сухому корму)	850	510	95
Пикнометрическая плотностьмассы,%	975	1040	102
Относительная влажность кормовой массы,%	45	56	75
Средняя за время обработки удель-ная теплоемкость, Дж/(кг С)	2680	3260	3560
Удельная электрическая проводимость при 20 С, См/м	0,18…0,28	0,22…0,31	0,62…0,76
Температурный коэффициент:	3,6…4,2 -3,22…-3,96	3,32…4,04 -1,31…-1,68	0,89…1,4

Т а б л и ц а 2.5. Коэффициент трения кормовых материалов о стенки рабочей камеры

Материал элемента камеры	Зерновая масса (ЭГТО)	Соломенная масса (ЭТХО)
Нержавеющая сталь Х18Н10Т Текстолит ПТ Графит ГЭ Асбоцемент	0,39 0,36 0,32 0,48	0,50 0,56 0,35 0,66

Задание для самостоятельного решения

Рассчитать параметры рабочей поршневой прямоходной камеры для электрогигротермической обработки фуражного зерна производительностью

m_τ =300 кг/ч. Начальная температура зерновой массы t_l=15⁰C, конечная – 80⁰С, напряжение питание камер 220/127В, материал электродов – графит ГЭ, стенок – текстолит ПТ. Получены экспериментально параметры зерновой массы: γ₂₀=0,21 см/м, α=3,7·10^-2 l/⁰C, β=-3,54·10^-4 l/⁰C².

Последовательность расчета:

Рис. 2.8. Технологическая схема установки прямоходового типа для обработки электрическим током влажных кормовых материалов: 1 – загрузочная воронка; 2 – прием­ная (уплотняющая) камера; 3 – разовая уплотненная порция (подача) корма; 4 – рабочая камера; 5 – электроды; 6 – поршень.

• Принимаем 3 – камерную установку (n=l) с горизонтальной располо­женными электродами (рис. 2.8) при соединении электрод­ных систем в звезду.

• Расчетная мощность установки Р_р (ф. 2.30).

• Производительность на одну камеру (ф. 2.31).

• Мощность в камере (ф. 2.32).

• Среднее значение силы тока в камере (ф. 2.33).

• По рекомендациям (табл. 2.3) принимаем значение напряженности электрического поля Е в межэлектродном пространстве.

• Расстояние между электродами (ф. 2.34);

• Ширина электрода (ф. 2.35).

• Среднее за время обработки значение удельной электрической прово­димости влажной кормовой массы (ф. 2.36, 2.37, 2.38);

• Длина электрода (ф. 2.39).

• Площадь поверхности электрода S = hb.

• Максимальная плотность тока (ф. 2.40), (табл.2.3).

• Толщина разовой порции подачи массы (ф. 2.41).

• Расстояние безопасности (ф. 2.42).

• Расчетная длина рабочей камеры (ф. 2.43).

• Длина рабочей камеры, необходимая для обеспечения требуемого уп­лотнения массы (ф. 2.44).

• Степень уплотнения кормовой массы в рабочей камере (ф. 2.45).

• Длина отверстия загрузочной камеры (ф. 2.46).

• Длина хода поршня А=а+ .

• Вместимость загрузочной камеры (ф. 2.48).

• Частота рабочих ходов поршня (ф. 2.47).

• Время обработки корма в электрическом поле (ф. 2.49).