2 Пример расчета параметров электроплазмолизатора растительного сырья

Задача. Рассчитать параметры электроплазмолизатора технологической линии, подача которой Q_m = 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 р_м = 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):

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- - 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.

Таблица 1 Исходные данные

Наименование параметров		Значения
1		2
Подача Qм, кг/ч		8000
Уд.сопротивление сокостружечной массы сах.свеклы ро, Ом·м		9
Рабочая темп.массы Ө, град		40
Расстояние между фаз.электродом и заземленным барабаном l, м		0,03
Ширина канала h, м		0,5
Диаметр барабана d, м		0,7
1	2
Расстояние между фаз.электродами х, м	0,01
Напряжение сети Uф, В	220
Коэффициент токоустойчивости К	10
Плотность измельченной растительной массы рм, кг/м2	700

Расчет проводится в табличном процессоре Microsoft Excel в следующем порядке:

- напряженность электрического поля между электродами: Е=7333,3 В/м;
- продолжительность процесса электроплазмолиза: t=1,71 с;
- длина зоны электрообработки: L=0,362 м;
- частота вращения барабана: n=5,8 мин-1;
- площадь одного фазного электрода электроплазмолизатора: S1=0,057 м2.
- сила тока электроплазмолизатора в одной фазе: I=51,1 А;
- общая мощность трехфазного электроплазмолизатора: Р=33742 Вт;
- расход электроэнергии на процесс электроплазмолиза: Wэп=4,22 Вт∙ч/кг;
- выход сока из стружки свеклы при среднем размере частиц: B=84,6%.

Как видно из данного расчета на обработку стружки сахарной свеклы, общая расчетная мощность составляет 33,7 кВт при токе потребления 51,1 А, расход электроэнергии – 4,2 кВт·ч/кг. В этом случае выход сока составит 84,6%.

Путем изменения конструктивных параметров установки электроплазмолизатора можно проследить различные зависимости. Для начала, изменяя один параметр.

1. Цель: выявить зависимость выхода сока от температуры.

В табличном процессоре Microsoft Excel задаем 9 вариантов решения, в которых изменяемая величина – температура. Интервал изменения – 20…60ºС с шагом 5ºС. Графическая зависимость представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 График зависимости выхода сока от температуры

Как видно из рисунка 2, график представляет собой прямую, т.е. изменение температуры обработки сырья не влияет на процент выхода сока.

2. Цель: выявить зависимость выхода сока от расстояния между фазным электродом и заземленным барабаном l, м.

На рисунке 3 представлена диаграмма искомой зависимости. Как видно из рисунка зависимость носит экспоненциальный характер.

Рисунок 3 График зависимости выхода сока от расстояния между фазным электродом и заземленным барабаном l, м

Анализируя рисунок 3 можно сказать, что выход сока максимален при наименьшем расстоянии между фазным электродом и барабаном, что можно обосновать теоретически: при меньшем расстоянии и фиксированном напряжении пи прохождении электрического тока через влажную растительную массу выделяется большая теплота. Это ведет к повышению клеточной проницаемости и, следовательно, к увеличению сокоотдачи растительного сырья.

3. Цель: выявить зависимость выхода сока от расстояния между фазным электродом и заземленным барабаном l, м. Графическая зависимость представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 График зависимости мощности установки от подачи сырья

График зависимости мощности установки от подачи сырья показывает оптимальное сочетание при базовом варианте решения, что весьма обосновано: это связано с увеличением мощности на нагрев сырья при увеличении конструктивных параметров установки.

4. Цель: выявить зависимость выхода сока от расстояния между фазным электродом и заземленным барабаном l, м. Графическая зависимость представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 График зависимости мощности установки от подачи сырья при

изменяющихся конструктивных параметрах

Анализировать график зависимости мощности установки от подачи сырья сложно, так как он представляет собой совокупность всех изменяемых параметров. Однако, можно проследить участки, близкие к линейной зависимости, что означает о линейной зависимости, которую мы искусственно создали.

Выводы: В данной работе был рассмотрен процесс электроплазмолиза, изучено влияние изменения конструктивных параметров на конечный результат – выход сока. Выявлено несколько зависимостей изменения конструктивных параметров, как отдельных, так и в совокупности, на мощность установки. По итогам выполненной работы можно задать такие параметры электроплазмолизатора, чтобы максимально увеличить выход сока и увеличить производительность (подачу).