17

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «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 2010

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

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….4

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

Оглавление 3

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.

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).

Р

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: U_ф — фазное напряжение питания электродной системы, U_ф=380 В; частота тока f=50 Гц; Q_m — 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

Е = U_ф/l < E_доп =j_допр, (1)

где Е_доп - допустимое значение напряженности поля, В/м;

j_доп - допустимое значение плотности электрического тока А/м² (j_доп < 6∙10³ А/м²).

Продолжительность процесса электроплазмолиза, t, с

t = 3∙10³р₀К 10⁸/(Е³Ө), (2)

где K - коэффициент токоустойчивости, показывающий, как клетки противо­стоят действию силы тока, разрушающему оболочку;

р₀ - удельное электрическое сопротивление сырья, Ом∙м;

Е – напряженность электрического поля, В/м;

Ө - рабочая температура, град.

Значения К_Ө 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

v = Q_м /(3600р_м), (3)

где - Q_м – подача, кг/ч;

S – площадь сечения потока сырья, S=hl, м²

р_м - плотность измельченной растительной массы, кг/м³.

Длина зоны электрообработки L, м

L = tv , (4)

где t – продолжительность процесса, с;

v – скорость перемещения сырья, м/с.

Частота вращения барабана электроплазмолизатора, n, мин^-1

n = 60v/(πd), (5)

где v – скорость перемещения сырья, м/с.

d – диаметр барабана, м;

Площадь одного фазного электрода электроплазмолизатора, S₁, м²

S₁ = (L - 2х)h/3, (6)

где L – длина зоны электрообработки, м;

х - расстояние между фазными электродами, м;

h – ширина канала, м.

Сила токаэлектроплазмолизатора в одной фазе, I, А

I = U_фS₁K_k/(р₀ ·l), (7)

где К_к — конструктивный коэффициент, учитывающий влияние наличия сокомезговой или сокостружечной смеси за электродным пространством электрод­ных камер (для барабанного электроплазмолизатора К_к = 1,1);

U_ф - фазное напряжение питания электродной системы, В;

S₁ - площадь одного фазного электрода, м²;

р₀ - удельное электрическое сопротивление сырья, Ом∙м;

l – расстояние между барабаном и электродом, м.

Общая мощность трехфазного электроплазмолизатора, Р, Вт

Р = 3U_фI. (8)

Расход электроэнергии на электроплазмолиз, W_эп, Вт∙ч/кг

W_эп=Р/ Q_м (9)

Выход сока, %, из растительного сырья:

- яблок и груш

В = 68ехр [0,01(12- - 10⁴р² + 5·10²р + 16·10^-4E)]; (10)

- сахарной и столовой свеклы

В = 74ехр [0,01(12- - 10⁶р³ + 2·10²р + 16·10^-4E)]; (11)

- винограда

В = 8ехр [0,01(12- - 16·10^-4E)], (12)

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.