10569

18

МИНИСТЕРСТВОСЕЛЬСКОГОХОЗЯЙСТВАРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электроснабжения и

применения электрической

энергии в сельском хозяйстве

ДС 01.01 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

Расчет электротехнологической установки

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению расчетно-графической работы

Специальность 110302 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Уфа 2011

19

УДК 621.32:631.371 (076.5) ББК 40.7

Рекомендовано к изданию методической комиссией энергетического факультета (протокол № 3 от 22 ноября 2010 г. )

Составители: ст. преподаватель А. В. Соковикова

Рецензент: к.т.н., А. В. Линенко

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой ЭПЭЭСХ д.т.н. Р.Р. Галиуллин

20

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….4

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ …………………………………..………5

2 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПЛАЗМОЛИЗАТОРА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ………………………………………..………9

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………......19

21

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина ДС.01.01 «Электротехнология» относится к дисциплинам специализации 110302.1 для подготовки дипломированных специалистов по специальности 110302 - Электрификация и автоматизация сельского хозяйства.

Целью дисциплины является формирование у будущих специалистов системы знаний и практических навыков, необходимых для решения задач,

связанных с использованием электрической энергии в технологических процессах сельскохозяйственного производства.

Методические указания к расчетно-графической работе включают разделы по изучению процесса электроплазмолиза, приведен пример расчета параметров электроплазмолизатора, применяемого на предприятиях АПК по переработке растительного сырья, и задание для самостоятельного решения.

Методические указания к расчетно-графической работе составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины.

22

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Электроплазмолиз относится к процессам электроконтактной обработки растительного сырья - мезги и стружки плодов и овощей, зеленой массы и т. п.

Процесс может осуществляться как на переменном, так и на постоянном и импульсном токе. При прохождении электрического тока через влажную растительную массу выделяется теплота. При этом в растительной клетке возникает состояние плазмолиза — отход от оболочки протоплазмы, которая сжимается. Это ведет к повышению клеточной проницаемости и,

следовательно, к увеличению сокоотдачи плодов, овощей, ускорению обезвоживания травяной массы /1/.

Разработаны различные конструкции электроплазмолизаторов: с

продольной и поперечной камерами электроплазмолиза, барабанные и с точечными электродами. Конструкция плазмолизатора определяется в основном удельным сопротивлением р растительного сырья.

При р<1 Ом∙м используют электроплазмолизатор с точечными электродами; при 8>р> 1 Ом∙м — электроплазмолизатор с продольной камерой электроплазмолиза, а при р>8 Ом∙м - барабанный электроплазмолизатор /3/.

Задача расчета параметров электроплазмолизатора растительного сырья заключается в определении мощности установки для электроплазмолиза свежих фруктов и овощей в установке – электроплазмолизаторе и определении процента выхода сока по отношению к общей массе.

В качестве примера рассматривается конструктивная схема и теоретические соотношения для определения оптимальных конструктивных параметров для заданной электроустановки типа "Импульс М" (рисунок 1).

23

Рисунок 1 Конструктивная схема барабанного электроплазмолизатора:

1 — заземленный барабан с диэлектрическими бортами; 2 — фазные электроды; 3 — подача сырья; 4 - выход сырья после обработки электродом и днищем электроплазмолизатора, где в диэлектрической ванне находятся электроды-пластины на расстоянии х, м; h — ширина рабочего канала барабана, м;

d — диаметр барабана-электрода, м.

Исходные данные для расчета: Uф — фазное напряжение питания электродной системы, Uф=380 В; частота тока f=50 Гц; Qm — подача технологической линии, кг/ч; р — удельное электрическое сопротивление растительного сырья, подвергаемого электроплазмолизу, Ом∙м; в —

температура обрабатываемого растительного сырья, °С; l — расстояние между барабаном и электродом, м.

Последовательность расчета:

Напряженность электрического поля между электродами плазмолизатора, Е, В/м

где K - коэффициент токоустойчивости, показывающий, как клетки противо-

стоят действию силы тока, разрушающему оболочку;

р0 - удельное электрическое сопротивление сырья, Ом∙м;

Е – напряженность электрического поля, В/м;

Ө- рабочая температура, град.

Значения КӨ для отдельных видов растительного сырья различны для:

яблок — 1, груш - 1,25, слив - 0,75, сахарной свеклы - 10, винограда - 0,9 ...9 (в зависимости от сортов).

Скорость v, м/с, перемещения растительного сырья в плазмолизаторе

где Кк — конструктивный коэффициент, учитывающий влияние наличия сокомезговой или сокостружечной смеси за электродным

где р - средний размер частиц при измельчении, м;

K- коэффициент токоустойчивости;

Ө- рабочая температура, град;

t – продолжительность процесса, с;

Е – напряженность электрического поля, В/м.

26

2 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОПЛАЗМОЛИЗАТОРА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Задача. Рассчитать параметры электроплазмолизатора технологической линии, подача которой Qm = 8000 кг/ч, для обработки стружки сахарной свеклы. Удельное сопротивление сокостружечной массы сахарной свеклы р0 = 9 Ом-м, рабочая температура массы Ө = 40° С, расстояние между фазным электродом и заземленным барабаном l = 0,03 м, ширина канала h = 0,5 м,

диаметр барабана d = 0,7 м, расстояние между фазными электродами х = 0,01

м. Напряжение сети 380/220 В.

Решение:

Напряженность электрического поля между электродами согласно формуле (1):

Е = 220/0,03 =7333 В/м.

Продолжительность процесса электроплазмолиза определяем по формуле (2):

t = 3·103·9·10·108/(73333-40) = 27/15,2 = 1,71 с.

Скорость перемещения растительного сырья в электроплазмолизаторе находим по формуле (2), используя выражение (3). Для свекольной стружки рм

= 700 кг/м3. Скорость перемещения находим по формуле (3):

V = 8000/(3600·0,5·0,03· 700) = 0,212 м/с.

Длина зоны электрообработки определяется по формуле (4):

L = 1,71· 0,212 = 0,362 м.

Частота вращения барабана по формуле (5): n = 60·0,212/(3,14·0,7) = 5,79 мин-1.

Площадь одного фазного электрода электроплазмолизатора определяем по формуле (6):

S1 = (0,362 - 2·0,01)0,5/3 = 0,057 м2.

Сила тока электроплазмолизатора в одной фазе по формуле (7):

27

I = 220 • 0,057 • 1,1/ (9 • 0,03) = 51,06 А.

Общая мощность трехфазного электроплазмолизатора по формуле (8):

Р = 3·220·51,06 = 37 916 Вт.

Расход электроэнергии на процесс электроплазмолиза находим в соответствии с формулой (9):

Wэп = 37 916/ 8000 = 4,7 Вт • ч/кг.

Выход сока из стружки свеклы при среднем размере частиц р =0,01 м

определяем по формуле (11) для сахарной свеклы:

В = 74ехр [0,01(12- 3 500 10/(0.05 40 1,71) - 1 + 2 + 16·10-4·7333)] = 85%.

Рассмотрим обоснование приведенного расчета. Выше было приведено базовое решение задачи. Дальнейшая работа направлена на изучение и выявление закономерностей параметров установки и конечных результатов,

то есть зависимость мощности, требуемой для установки, и выхода сока от конструктивных параметров установки, а именно расстояние между фазным электродом и заземленным барабаном l, ширина канала h, диаметр барабана d,

расстояние между фазными электродами х.

Интервал значений конструктивных параметров составляет 0,01 или 0,1 в

зависимости от параметра:

l = (0,01…0,09) м, h = (0,1…0,9) м, d = (0,1…0,9) м, х = (0,01…0,09) м.

На основе полученных результатов путем изменения от одного до четырех параметров (всех) получили некоторые закономерности,

представленные в виде графиков. По данным закономерностям можно судить о характеристиках установки. Далее рассмотрим полученные варианты в отдельности. Расчет выполняется по исходным данным таблицы 1.