Использование процесса измельчения при производстве сахара

3.2) с верхним приводом состоит из следующих основных узлов: рамы 1, крышки 2, корпуса 21, диска 10 со ступицей 14 и ножевыми рамами 12 и ножами, фиксатора 20, бункера для свеклы 22, привода и устройства 17 для предохранения ножей от порчи при попадании тяжелых примесей в свеклорезку [2, c.279].Рис.3.2. Схема дисковой свеклорезки [2, c.279].Корпус свеклорезки 21 установлен при помощи опор 19 на металлическом каркасе. Он представляет собой литую чугунную деталь, имеющую два направленных лотка. Лотки образованы двумя стенками, расположенными концентрически, и двумя торцевыми стенками, одна из которых вертикальная, а другая наклонная; эти стенки образуют пространство переменного сечения (зажим), в которое поступает свекла при ее изрезывании. На горизонтальной площадке зажима устанавливаются устройство 17 для предохранения ножей от порчи при попадании тяжелых примесей, люк 18 для замены ножевых рам, окно 15 и ребро 16. К корпусу свеклорезки крепиться бункер 22 для свеклы. На внутренних приливах корпуса установлен угловой редуктор //. На конце вала 13 редуктора закрепляется диск 10, в отверстия которого вставлены ножевые рамы 12 с ножами. Диск свеклорезки приводится во вращательное движение от привода с регули-руемей или постоянной частотой вращения. Привод с регулируемой частотой вращения диска включает в себя электродвигатель 7, гидромуфту 6, устройство 5 для ручной и дистанционной регулировки количества поступающего масла в гидромуфту, электромагнитную муфту 4 и устройство 3 для вращения диска во время замены ножевых рам [2, c.280].Привод с постоянной частотой вращения диска состоит из тех же узлов, что и привод с регулируемой частотой, только не имеет гидромуфты.Устройство 8 для вращения диска во время замены ножевых рам состоит из электродвигателя мощностью 1,5 кВт и червячного редуктора, червячное колесо которого установлено на выходном валу углового редуктора при помощи подшипника и обгонной муфты. Обгонная муфта позволяет при выключенном приводе свеклорезки периодически вращать диск с меньшей частотой вращения. При работе привода свеклорезки обгонная муфта выключает устройство для периодического вращения диска.Принцип действия свеклорезки заключается в следующем. Свекла из автоматических весов поступает в бункер 22 и затем в прижимы 9. Загрузочный бункер и прижимы предназначены для постоянной подачи свеклы на диски 10 под таким давлением, которое способствовало бы получению стружки одинаковой толщины. Для лучшего заполнения корпуса свеклорезки свеклой делают не более двух прижимных каналов, Для получения хорошей стружки высота слоя свеклы в бункере должны составлять 1,5...2,0 м. При слое 0,8 м свекла недостаточно прижимается к диску и вращается вместе с ним. Для предупреждения вращения свеклы вместе с диском в самом низком месте канала устанавливают контрножки 20 на расстоянии не более 4 мм над верхней кромкой ножей. Так как контрножки задерживают попавшие в свеклорезку посторонние примеси, над ними устанавливают люк для свободного доступа к ним. Поступившая на диск свекла изрезывается ножами, установленными в рамы 12, на свекловичную стружку. Средняя скорость изрезывания свеклы составляет около 8 м/с. Наличие гидромуфты в системе привода свеклорезки позволяет изменять эту скорость в пределах 1:3. Однако регулирование скорости резания имеет свои пределы. Оказывается, что при меньшей скорости изрезывания уменьшается содержание мезги в свекловичной стружке, но зато толщина се увеличивается.Свеклорезка обычно оборудуется продувочным устройством для ножей, которое устанавливается за люком для замены ножей таким образом, чтобы направление продувки совпало с направлением резания свеклы. Это устройство представляет собой газовую трубку, перфорированную по всей длине. Для продувки применяется пар или воздух под давлением 0,7 МПа.В таблице 3.1 произведено сравнение технических характеристик центробежной и дисковой свеклорезки [2, c.281].Таблица 3.1. Сравнение технических характеристик центробежной свеклорезки СЦБ-16М и дисковой свеклорезки с верхним приводом [2, c.281]ПоказателиЦентробежная СЦБ-16МДисковая с верхним приводомПроизводительность, т/сут:до 2000при желобчатой стружке2100-при пластинчатой стружке «,1500Количество ножевых рам1626Скорость резания, м/с6,0...9,58.0Частота вращения ротора или диска, с»17,1.-.11,40,7...1,1Диаметр корпуса, мм16002200Мощность электродвигателя, кВт10035Габаритные размеры, мм5650x2440x30003863x2810x1985Масса, кг11400-4 ОСНОВНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССАПроцессы измельчения связаны с затратой большого количества энергии. Расход энергии на измельчение может быть определен из существующих теорий измельчения.Поверхностная теория исходит из того, что при измельчении работа расходуется на преодоление сил молекулярного притяжения по поверхностям разрушения материала. Из этой теории следует, что работа, необходимая для измельчения, пропорциональна вновь образующейся поверхности измельчаемого материала.Объемная теория исходит из того, что при измельчении работа расходуется на деформации материала до достижения предельной разрушающей деформации. Отсюда следует, что работа, необходимая для измельчения, пропорциональна уменьшению объема кусков материала перед их разрушением[8, c.499].Полная работа внешних сил выражается уравнением Ребиндера:А=Аа+Ап+ К1∆V +K2∆F, (4.1)где Ар– работана деформацию объема разрушаемого куска, Дж; Ап- работа, затрачиваемая на образование новой поверхности, Дж; K1 — коэффициент пропорциональности, равный работе деформирования единицы объема тела; ∆V — изменение объема разрушаемого тела, м3; К2 — коэффициент пропорциональности, равный работе, затрачиваемой на образование единицы новой поверхности;∆F — приращение вновь образованной поверхности, м2.На основании закона Гука работу деформации (в Н.м) материала при сжатии можно определить по соотношению(4.2)где — разрушающее напряжение сжатия, Н/м; ∆V — уменьшение объема кусков материала в результате их деформации перед разрушением, м3; Е — модуль упругости материала, Н/м:,Производительность свеклорезки П (т/сут) рассчитывается по следующим формулам, приведенным ниже [2, c.281 – 282].П = 24.60.60. LavρKKKэ /1000,(4.3)где L - общая длина режущей кромки ножей, м; а - высота подъема ножей в свеклорезке, м; v - скорость резания, м/с; ρ - насыпная плотность свеклы в корпусе свеклорезки, кг/м3; KK - конструктивный коэффициент учитывает степень использования ножей в свеклорезке; Кэ - эксплуатационный коэффициент, равен отношению продолжительности работы свеклорезки без остановок за сутки в часах к общему времени в сутках.L = l1.m.n,(4.4)где l1 - длина режущей кромки одного ножа, м; m - число ножевых рам в свеклорезке, шт;n - количество ножей в одной ножевой раме, шт.v = nDanc /60,(4.5)где Da - диаметр корпуса свеклорезки, м; nc - частота вращения улитки свеклорезки, мин-1.Мощность N, потребная на привод свеклорезки, затрачивается на изрезывание свеклы N1, на преодоление сил трения свеклы о ножи и ножеые рамы N2, на разгон свеклы до скорости изрезыванияN3 и на преодоление сил трения между корнями подвижного и неподвижного слоев при поступлении в центробежную свеклорезку N4 (кВт).N = N1 + N2 + N3 + N4.(4.6)Мощность, потребная на изрезывание свеклы, N1 (кВт)N1= M1w/1000,(4.7)где M1 - момент при резании свеклы относительно оси вращения, Н.м; w - угловая скорость вращения улитки, рад/с;w = πnс / 30,(4.8)здесь nс - частота вращения улитки, мин-1;М1 = FR,(4.9)здесь F - общее усилие резания, Н; R - радиус резания, м, (4.10)Здесьf- удельное усилие резания. Н/м; ηотн. — безразмерная величина, учитывающая воздушные промежутки между свекловичными корнями (ηотн ~ 0,55...0,60);ηотн = ρ/ρm(4.11)здесь ρ - насыпная плотность свеклы, кг/м3; ρm - плотность свекловичной мякоти.Мощность, потребная на преодоление сил трения свеклы о ножи и ножевые рамы N2 (кВт)N2 =М2w /1000,(4.12)где М2 - крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения свеклы о ножи и ножевые рамы, Н.м.Крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения М2 (Н.м)M2 = Fn.μ.R,(4.13)где μ - коэффициент трения скольжения свеклы о сталь.Полное усилие прижатия свеклы к ножам и рамам Fп, (Н):(4.14)Удельное давление на внутреннюю стенку корпуса центробежной свеклорезки fу (Н/м2) [2, c.282].fу =,(4.15)Момент для преодоления сил трения свеклы о диск М'2 (Н м)(4.16)где RH - средний радиус режущей кромки ножей, м; Н — высота слоя свеклы в бункере, м; g - ускорение свободного падения, м/с2.Мощность, необходимая для разгона свеклы до скорости изрезыванияNз (кВт):(4.17)где П — производительность свеклорезки, кг/с.Мощность N4, потребная для преодоления сил трения между корнями подвижного и неподвижного слоев при поступлении свеклы в центробежную свеклорезку, определяется в зависимости от производительности:Для дисковой свеклорезки суммарная мощность на привод свеклорезки N (кВт)N = N1 + N2.(4.18)К общей мощности, потребной для привода свеклорезок, необходимо добавить мощность, потребную на механические потери в Свеклорезке и редукторе. Приращение мощности на преодоление сил от механических трений составляет примерно 3 % от суммарной мощности N.5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ САХАРАИсходные данные для выполнения этого раздела выдаются преподавателем индивидуально, после выполнения студентом предыдущих разделов.Расчет основных параметров производится по представленным в разделе 5 теоретическим зависимостям. ЗАКЛЮЧЕНИЕСвеклосахарный завод имеет три основных производственных отделения: свеклоперерабатывающее, сокоочистительное и продуктовое. Вданной работе нами был рассмотрен и подробно охарактеризован процесс измельчения сахарной свеклы при производстве сахара.Измельчение представляет собой процесс увеличения поверхности твердых материалов в результате их раскалывания, раздавливания (прессования), истирания и удара. Резание — разделение материала с приданием ему заданной формы, размеров и качества поверхности.В процессе изрезания корнеплодов, в частности, сахарной свеклы в стружку у 30...40 % клеток разрушаются их стенки и оболочки. Сок из этих клеток, содержащий сазарозу, практически полностью вымывается водой в диффузионных аппаратах. К свекловичной стружке предъявляют следующие требования. Она должна обладать достаточно большой удельной площадью поверхности, упругостью на изгиб и сжатие, а в своей массе — хорошей проницаемостью слоя в течение всего периода экстракции.Для измельчения корнеплодов в стружку можно применять центробежные, барабанные и дисковые свеклорезки. На отечественных заводах в основном распространены центробежные свеклорезки. Они технологичны, дают возможность получать более качественную стружку, но имеют меньший выход стружки и расходуют больше энергии, чем дисковые и барабанные.В рамках данной работы нами рассмотрены физико-химические закономерности процесса измельчения и расчет центробежных и дисковых свеклорезок.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВАнтипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 1. Учебник в 3-х кн. для студ. вузов по спец. «Машины и аппараты пищевых.производств. Кн. 1 / С. Т. Антипов [и др. ]; Минсельхозпрод РБ, УО «БГАТУ»; под ред. В. А. Панфилова, В. Я. Груданова. - Минск: БГАТУ, 2007. - 420 с.Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 1. Учебник для студ. вузов по спец. «Машины и аппараты пищевых произ-в» и «Пищевая инженерия». В 3-х книгах. Книга 2, том 1 / С. Т. Антипов [и др. ]; Минсельхозпрод, УО «БГАТУ»; под ред. В. А. Панфилова, В. Я. Груданова. - Минск: БГАТУ, 2008. - 580 с.Бугаенко И.Ф. Основы сахарного производства / И.Ф. Бугаенко. – М.: Международная сахарная компания, 2002.- 332 с.Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2000. - 551 с.Колесников, Н.В. Хранение и использование свекловичного жома. Личко .М. Технология переработки продукции растениеводства / Н.М. Личко. – М.: КолосС, 2008. – 616 с.Петрушевский В.В. Производство сахаристых веществ / В.В. Петрушевский, Е.Г.Бондарь, Е.В. Винокурова. – К.: Урожай, 1989. – 168 с.Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств 2-е изд., перераб. и доп. — М.: КолосС, 2007 г. — 760 с.Сапронов, А.Р., Сапронова, Л.А. Технология сахара – песка и сахара рафинада / А.Р. Сапронов, Л.А. Сапронова. – М.: Колос, 1996. – 367 с .Силин П.М. Технология сахара. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Пищ. пром-сть, 1967. - 625 с.