Тема практического занятия: расчет установки

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ

       К ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

                                      по дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ»

                 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ И

                       ЭЛЕКТРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА           

                                         МАТЕРИАЛОВ

ТЕМА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: Расчет установки

                   аэрозольной обработки птицы

 

Задача расчета. Определить радиус и заряд аэрозольной частицы, их концентрацию в помещении, объемный расход аэрозоля, ток генератора и частоту вращения распыляющего диска.

Исходные данные. Вид, возраст и количество птицы, размеры помещения, радиус распыляющего диска, напряжение на диске, объемный расход аэрозольной жидкости в помещении и др.

Последовательность расчета. Радиус частиц распыляемого аэрозоля, м

 

,                           (1)

где: N – количество птицы в помещении, гол.; V₁ – объем воздуха. Вдыхаемого одной птицей, составляет (20…30)·10^-6 м³/с; k_ио – коэффициент задержки аэрозоля в дыхательном тракте птицы, k_ио=0,54 для электрически незаряженного и k_ио=1 для заряженного аэрозоля; η_и=1,86·10⁵ Па с –динамическая вязкость воздуха; S – площадь поверхности пола помещения, м2; g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения; P_ж=1·10³ кг/м³ – плотность жидкости.

*Радиус частиц не должен превышать 10·10^{-6 м.}

Минимально необходимый заряд частиц, Кл

,                        (2)

где: V – объем помещения, м³; ε₀=8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная; β=(0,2…0,3)·10^-3 кг/м³ – концентрация жидкой фазы в ингаляционном аэрозоле.

Концентрация частиц в помещении, 1/м3

 .

Производительность аэрозольного генератора, м3/с

Q₁=Q/ n _r,                                     (4)

где: Q – объемный расход аэрозольного препарата в помещении, согласно ветеринарным нормам, м³/с; n_r – число аэрозольных генераторов в помещении.

Ток аэрозольного генератора, А

                                        (5)

Линейная скорость движения пленки аэрозольной жидкости по поверхности распылительного диска отрыва, м/с

V_n=I_τ/[k_ч2πRε₀U(ε₁/d_1­ +ε₂/d₂)],       (6)

k_ч  0,5 – коэффициент, учитывающий влияние неучтенных факторов на зарядку аэрозолей;

R – радиус распыляющего диска, м;

ε₁, ε₂ – относительная диэлектрическая проницаемость соответственно диэлектрического диска (рис. 1);

d_1­, d₂ – толщина соответственно диэлектрического слоя и диска, м;

U – напряжение на распыляющем диске, В.

Частота вращения распыляющего диска, рад/с

,                              (7)

где: - динамическая вязкость распиливаемой жидкости, Па с.

 

 

 

Рис. 1. Схема электростатического распылителя: 1 – верхний индуцирующий электрод; 2 – слой диэлектрика; 3 – слой воздуха; 4 – пленка жидкости; 5 – распыляющий диск из диэлектрика; 6 – нижний индуцирующий электрод; 7 – диэлектрическая трубка для подведения жидкости.

ЗАДАЧА. Рассчитать для птичника площадью S=18×96 м² и высотой h=4 м параметры процесса и установки для электроаэрозольной обработки 20 тыс. голов птицы, каждая массой 2 кг. Исходные данные; Q=5·10^-6 м³/c; η_ж = 1·10^-3 кг/м³; k_q=0,452; k_H=1; η_B=1,86·10^-5 Па с; η_ж = 1,6·10^-3 Па с; Q₁=25,7·10^-6 м³/c; R=0,1 v; ε₁ = ε₂ = 4; d₁=d₂=3·10^{-3 м.}

Алгоритм расчета

Радиус заряженной аэрозольной частицы (ф.1)

Прием в птичнике 4 аэрозольных генератора. Производительность одного по жидкости

Q₁= Q /4м³/c.

Ток генератора (ф.5)

Линейная скорость движения жидкой пленки (ф.6)

Частота вращения распыляющего диска (7)

 

 

Последовательность расчета

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения S≤0,1. Частота переменного тока f=50 Гц.

Безразмерный параметр

.

По величине А на рис. 4а определяем В.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

 В.

Из рис. 4б по А находим F.

I_2max=pFI_р ,A.

По рис. 5а находим D.

Действующее значение тока на вторичной обмотке трансформатора.

 

 

, А.

 

Величина обратного напряжения на величине

В.

Принимаем конденсаторы с одинаковой величиной емкости

 ,мкФ.

По рис. 5б находим Н (при m=2), где m – количество выпрямляемых полупериодов напряжения сети.

Проверим величину емкости конденсатора по допустимой величине коэффициента пульсации по четной гармонике

,мкФ,

по нечетной гармонике

,мкФ.

Принимаем максимальное значение емкости каждого конденсата

3,3·10^-4 мкФ. Выбираем керамические конденсаторы К15-5 с емкостью

0,33 нФ.

Величина сопротивления R_орг, ограничивающего ток короткого замыкания в цепи разрядной линии

,Ом,

где: I_n=(5…10) I_p – полный ток разрядной линии с учетом утечки изоляции, А.

По условиям безопасности ток короткого замыкания линии должен превышать 4·10^-3 А, а ограничивающее сопротивление в случае должно быть не менее

,Ом

Выбираем резистор МЛТ1 с сопротивлением 330 Мом.

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе

По расчетным параметрам выбирают конденсаторы, вентили, резисторы, трансформатор схемы умножения, провода, соединяющие источник питания с разрядным устройством.

 

Рис. 4. Зависимость коэффициентов В, F от параметра А

 

 

Рис. 5. Зависимость коэффициентов D,H от параметра А

 

Задача расчета.

Определить конструктивные размеры электродной системы и рабочей камеры, обеспечивающие необходимую мощность, производительность и режимы обработки. Расчет дан применительно к установки поршневого прямоходного типа (рис.1) для обработки плющенного увлажненного фуражного зерна, измельченной соломы, кормового картофеля, других подобных влажных полидисперсных систем.

Исходные данные.

Вид, электро- и теплофизические свойства обрабатываемого материала, производительность установки, напряжение питание камер, их число, материал электродов, стенок и др.

Расчет является приближенным (техническим), основанным на использование экспериментальных данных. Приведенные в таблицах численные значения величин, характеризующие физические свойства материалов, получены эмпирически при некоторых условиях и характеризуют лишь порядок величин. Их значение зависит от вида (сорта) растений, климатических условий произрастания, сроков хранения, условий предварительной обработки и т. д. В конкретных условиях для надежности расчетов численные значения параметров необходимо уточнить. Методика расчета при этом не изменяется.

Последовательность расчета.

Определяют расчетную мощность Р_р установки по формулам

; ,

где = m_τ – производительность установки, кг/ч; с- средняя за время обработки удельная теплоемкость кормовых материалов, Дж/(кг С); - коэффициент запаса; - тепловой КПД установки; = 0,5…0,98 – электрический КПД установки.

    Разрабатывают конструктивную и электрическую схемы установки, определяют число рабочих камер в фазе n, обеспечивают напряжение питания камер U.

Производительность на 1 камеру, кг/ч

,                              (1)

Мощность одной камеры, Вт

.                                (2)

Среднее за время обработки значение силы тока в одной камере

I_I=P_I/U.                                  (3)

Принимают из рекомендуемых значений допустимую напряженность поля Е в межэлектродном пространстве (табл. 1) и находят межэлектродное расстояние, м

l=U/E                                    (4)

Задают значение ширины электродов b в пределах

b=(2…3) l.                           (5)

Используя общее выражение для температурной характеристики удельной электрической проводимости влажной кормовой массы

γ_t = γ₂₀ (l+αΘ+βΘ²)               (6)

находят среднее за время обработки значение.

 

,                 (7)

где Θ=(t-20), γ₂₀ – удельная электрическая проводимость массы при 20⁰С, см/м; α и β – эмпирические коэффициенты удельной электрической проводимости γ_макс имеет место при Θ_макс;

 

Θ_макс= α/β.                                  (8)

Если Θ_макс>Θ₂=(t₂-20), то γ_макс находят по (7) для Θ₂.

    Длина электродов, м

.                              (9)

Максимальная плотность тока на электродах, А/м²

J_макс=U γ_макс/l.                          (10)

Должно соблюдаться условия J_макс < J_доп, где  J_доп – допустимое значение плотности тока (табл. 1).

Толщина разовой уплотненной порции (подачи) корма (рис. 1):

,    (11)

где μ – коэффициент бокового давления кормовой массы; f_c – коэффициент трения массы по стенкам камеры; q₀  - среднее значение остаточного бокового давления в рабочей камере, Па; k_H – коэффициент неравномерности уплотнения массы по длине камеры (0,7…0,8) р – давление уплотнения, Па (табл. 1).

        Расстояние от края электродов до выхода из камеры (расстояние безопасности).

.                                    (12)

Расчетная длина рабочей камеры (рис. 1), м,

L_p=d+h+c.                               (13)

Длина рабочей камеры, необходимая для обеспечения требуемого уплотнения массы, м.

,  (14)

 

где f­₃ – коэффициент трения массы по электродам.

Должно выполняться соотношение L_k >L_р при допустимом расхождении не более 10%.

Степень уплотнения кормовой массы в рабочей камере

,                          (15)

где Р_н – плотность насыпной массы корма (в приемной камере); Р_у – плотность уплотненной массы (в рабочей камере); Р_n – пикнометрическая плотность массы (табл. 2).

Длина отверстия загрузочной (приемной) камере

А=k_y/k_pg,                                     (16)

где k_зп – коэффициент заполнения загрузочной камеры (1,1…1,2).

Длина хода поршня А=а+ .

Частота ходов поршня, l/c

,                                (17)

где V_зп – вместимость загрузочной камеры, м³,

V_зп=abl.                                          (18)

Время (продолжительность) обработки корма в электрическом поле электродной системы, с

τ=h/δv                                             (19)

Последовательность расчета

 

1.Принимаем 3 – камерную установку (n=l) с горизонтальной расположенными электродами (рис. 1) при соединении электродных систем в звезду.

                                                                   1

 

 

 Рис. 1. Технологическая схема установки прямоходового типа для обработки электрическим током влажных кормовых материалов: 1 – загрузочная воронка; 2 – приемная (уплотняющая) камера; 3 – разовая уплотненная порция (подача) корма; 4 – рабочая камера; 5 – электроды; 6 – поршень.

     

2. Расчетная мощность установки Р_р ;                    

    3. Производительность на одну камеру (ф. 1);

4. Мощность в камере (ф. 2);

5. Среднее значение силы тока в камере (ф. 3);

6. По рекомендациям (табл. 1) принимаем значение напряженности электрического поля Е в межэлектродном пространстве;

7. Расстояние между электродами (ф. 4);

8. Ширина электрода (ф. 5);

9. Среднее за время обработки значение удельной электрической проводимости влажной кормовой массы (ф. 6,7,8);

10. Длина электрода (ф. 9);

11. Площадь поверхности электрода S = hb;

12. Максимальная плотность тока (ф. 10), (табл.1);

13. Толщина разовой порции подачи массы (ф. 11);

14. Расстояние безопасности (ф. 12);

15. Расчетная длина рабочей камеры (ф. 13);

16. Длина рабочей камеры, необходимая для обеспечения требуемого уплотнения массы (ф. 14);

17. Процентное расхождение между и не должно превышать 5%;

18. Степень уплотнения кормовой массы в рабочей камере (ф. 15);

19. Длина отверстия загрузочной камеры (ф. 16);

20. Длина хода поршня;

21. Вместимость загрузочной камеры (ф. 18);

22. Частота рабочих ходов поршня (ф. 17);

23. Время обработки корма в электрическом поле (ф. 19).

 

Приложение №1

 

Таблица опытных данных

Таблица 2

№ снятия замера	Момент фиксирования показаний приборов	Показание термометра, °С	Показание гигрометра, %
1	до увлажнения
2	2 мин. после начала увлажнения
3	4 мин. после начала увлажнения
4	6 мин. после начала увлажнения
5	8 мин. после начала увлажнения
6	10 мин. после начала увлажнения
7	12 мин. после начала увлажнения
8	14 мин. после начала увлажнения

 

Таблица параметров воздуха, определённых по диаграмме Рамзина

                                                          

                                                         Таблица 3

Точка состояния воздуха	Энтальпия Н1, кДж/кг	Влагосодержание d, г/кг
1
2
3
4
5
6
7
8

Приложение №2

 

     Приложение №3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ

       К ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

                                      по дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ»

                 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ И

                       ЭЛЕКТРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА           

                                         МАТЕРИАЛОВ

ТЕМА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: Расчет установки

                   аэрозольной обработки птицы

 

Задача расчета. Определить радиус и заряд аэрозольной частицы, их концентрацию в помещении, объемный расход аэрозоля, ток генератора и частоту вращения распыляющего диска.

Исходные данные. Вид, возраст и количество птицы, размеры помещения, радиус распыляющего диска, напряжение на диске, объемный расход аэрозольной жидкости в помещении и др.

Последовательность расчета. Радиус частиц распыляемого аэрозоля, м

 

,                           (1)

где: N – количество птицы в помещении, гол.; V₁ – объем воздуха. Вдыхаемого одной птицей, составляет (20…30)·10^-6 м³/с; k_ио – коэффициент задержки аэрозоля в дыхательном тракте птицы, k_ио=0,54 для электрически незаряженного и k_ио=1 для заряженного аэрозоля; η_и=1,86·10⁵ Па с –динамическая вязкость воздуха; S – площадь поверхности пола помещения, м2; g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения; P_ж=1·10³ кг/м³ – плотность жидкости.

*Радиус частиц не должен превышать 10·10^{-6 м.}

Минимально необходимый заряд частиц, Кл

,                        (2)

где: V – объем помещения, м³; ε₀=8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная; β=(0,2…0,3)·10^-3 кг/м³ – концентрация жидкой фазы в ингаляционном аэрозоле.

Концентрация частиц в помещении, 1/м3

 .

Производительность аэрозольного генератора, м3/с

Q₁=Q/ n _r,                                     (4)

где: Q – объемный расход аэрозольного препарата в помещении, согласно ветеринарным нормам, м³/с; n_r – число аэрозольных генераторов в помещении.

Ток аэрозольного генератора, А

                                        (5)

Линейная скорость движения пленки аэрозольной жидкости по поверхности распылительного диска отрыва, м/с

V_n=I_τ/[k_ч2πRε₀U(ε₁/d_1­ +ε₂/d₂)],       (6)

k_ч  0,5 – коэффициент, учитывающий влияние неучтенных факторов на зарядку аэрозолей;

R – радиус распыляющего диска, м;

ε₁, ε₂ – относительная диэлектрическая проницаемость соответственно диэлектрического диска (рис. 1);

d_1­, d₂ – толщина соответственно диэлектрического слоя и диска, м;

U – напряжение на распыляющем диске, В.

Частота вращения распыляющего диска, рад/с

,                              (7)

где: - динамическая вязкость распиливаемой жидкости, Па с.

 

 

 

Рис. 1. Схема электростатического распылителя: 1 – верхний индуцирующий электрод; 2 – слой диэлектрика; 3 – слой воздуха; 4 – пленка жидкости; 5 – распыляющий диск из диэлектрика; 6 – нижний индуцирующий электрод; 7 – диэлектрическая трубка для подведения жидкости.

ЗАДАЧА. Рассчитать для птичника площадью S=18×96 м² и высотой h=4 м параметры процесса и установки для электроаэрозольной обработки 20 тыс. голов птицы, каждая массой 2 кг. Исходные данные; Q=5·10^-6 м³/c; η_ж = 1·10^-3 кг/м³; k_q=0,452; k_H=1; η_B=1,86·10^-5 Па с; η_ж = 1,6·10^-3 Па с; Q₁=25,7·10^-6 м³/c; R=0,1 v; ε₁ = ε₂ = 4; d₁=d₂=3·10^{-3 м.}

Алгоритм расчета

Радиус заряженной аэрозольной частицы (ф.1)

Прием в птичнике 4 аэрозольных генератора. Производительность одного по жидкости

Q₁= Q /4м³/c.

Ток генератора (ф.5)

Линейная скорость движения жидкой пленки (ф.6)

Частота вращения распыляющего диска (7)