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; k_г – геометрический параметр; ρ –плотность жиромассы, кг/м³; р_р – радиальное давление жиромассы, Па; η_эф – 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 с_н, с_к — удельная теплоемкость продукта до и после плавления жира, Дж/(кгК); — температуры продукта плавления жира, начальная, конечная. С; — массовая доля жира в продукте, кг/кг; r_ж — скрытая теплота плавления жира, Дж/кг.

Мощность электродвигателя привода определяют в пусковом и рабочем режимах. При пуске мощность (Вт) электродвигателя

где N_p — мощность, необходимая для разгона барабана до рабочей частоты вращения, Вт; N_в — 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 n_нп = п,

где п — частота вращения ротора, с^-1.

Площадь (м²) среза продукции ножом

,

где R_н — радиус, проходящий через режущую кромку соответствующего ножа, м; h_н — 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; v_ок — 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.