Описание устройства и принципа действия закрытого охладителя творога .

Установка для охлаждения творога состоит из рамы 1, на которой монтируется корпус 2 со шнековым питателем 3, предназначенным для транспортирования продукта во время охлаждения, и нагнетательным патрубком 4.

Для создания достаточного для формования творожных брикетов давления в нагнетательной части витки шнекового питателя выполнены с убывающим шагом, в 4 раза меньше, чем шаг витков шнека в средней части корпуса.

На корпус 2 охладителя в средней его части монтируется вакуумная камера 5 с патрубком 6 для отвода парогазовой смеси.

Система создания и поддержания вакуума включает в себя вакуумный насос, конденсатор паров, запорную арматуру, а также датчики контроля давления в системе. Для приема творога, поступающего на охлаждение, предусмотрен загрузочный бункер 7. Вращение шнековому питателю 3 передается от электродвигателя 8 через редуктор 9 и цепную передачу 10.

Установка для охлаждения творога работает следующим образом.

 

 

Продукт, поступающий, например, из непрерывно действующего обезвоживателя барабанного типа, которым комплектуется комплексно-механизированная линия, попадает в загрузочный бункер 7 установки для охлаждения творога.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

По мере заполнения большей части продуктом включаются привод шнекового питателя 3 и вакуумная система. Витки шнекового питателя 3 захватывают творог и перемещают его по длине охладителя. По мере продвижения продукта внутри охладителя происходит все более глубокое вакуумирование продукта. По достижении давления в системе, равного давлению насыщения, жидкость, находящаяся в твороге, вскипает. За счет отвода скрытой теплоты парообразования происходит равномерное понижение температуры творога. Образующаяся во время кипения продукта парогазовая смесь конденсируется в конденсаторе.

Скорость движения творога в охладителе задается в зависимости от температуры поступающего на охлаждения продукта, его влажности и других технологических параметров.

При продвижении творога в установке с шагом шнекового питателя, в средней части, превышающим шаг витков со стороны загрузочного бункера в два раза, а со стороны разгрузочного патрубка в четыре раза, происходит уплотнение продукта и создается избыточное давление в нагнетательном патрубке 4, достаточное для нагнетания продукта в сваренную трубчатую оболочку из ленты типа сарана..

Натекание в вакуумную камеру не происходит, так как творог, обладая достаточной пористостью, под действием разности давлений и силы тяжести (в приемном бункере) наполняет все имеющиеся поры к неплотности в продукте.

По окончании работы установки осуществляется циркуляционная мойка. Для ее проведения в корпус установки для охлаждения творога устанавливают съемную моющую головку известной конструкции. Предварительно корпус освобождается от шнекового питателя, который изготавливается съемным для более полной санитарно-гигиенической обработки аппарата.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

27

КП-15.03.02-01-2021-О.Т.А-00.00.000 ПЗ 00 ПЗ

2.3. Технические характеристики охладителя творога.

Таблица 2.1-Технические характеристика закрытого охладителя творога.

Производительность, кг/ч	800
Поверхность охлаждения, м2	3,7
Частота вращения вытеснительного барабана, c-1	0,49
Температура, 0C:
творога на входе	28…30
творога на выходе	8…10
хладагента	Не более 1
Расход хладагента, м3/ч	9
Габаритные размеры, мм	2060*970*2000
Масса, кг	740

 

Изм.

Лис т

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

8

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

Разраб.

Алексеев Д.С.

Пров.

Панфилов В.А

Реценз.

Н. контр.

Панфилов В.А.

Утверд.

Бредихин С.А.

СОДЕРЖАНИЕ

Лит.

Листов

1

РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Кафедра ПАПП. 406 Д-Т

3 Инженерные расчеты.

Расчет производительности закрытого охладителя творога.

Технологический расчет.

Пропускная способность охладителя закрытого одноцилиндрового G (кг/ч):

G = ) = 3,14*0,4*0,047*1 *1050(0,172²-0,168²)*3600= 893 кг/ч

где S – шаг шнека, S = 0,12 м;

n –частота вращения шнека, n = 0,047 c^-1;

 – коэффициент уменьшения площади свободного прохода,

 – коэффициент объемного перемещения (для охладителя закрытого одноцилиндрового = 0,4);

 – плотность продукта,  1050 кг/м³;

R ₂ – внутренний радиус рабочего цилиндра, R ₂  = 0,172 м;

R ₁ – наружный радиус вытеснительного барабана, R ₁ = 0,168 м;

 = 1- b/ π(R ₂- R ₁)cosα_c = 1- 0,018/3.14(0.172-0.168) cos45⁰ = 1

где b – толщина витка шнека b = 0,018 м;

α_c – среднее значение угла наклона витков шнека, α_c = 45 град.

Производительность закрытого одноцилиндрового охладителя П (кг/ч):

П= kF [ c (t ₁- t ₂) ] = 40_*3,7 [2,205(302-282)1,2] =800 кг/ч

где k – коэффициент теплопередачи, k = 40 Вт/(м²*К);

F – площадь поверхности теплопередачи, F =3,7 м²;

t ₁и t ₂ – температура продукта в начале охлаждения и в конце, t ₁= 302 К t ₂ = 282 К;

 – тепловой КПД,  = 1,1…1,2.

с – удельная теплоемкость продукта, c = 2,205 Дж/(кг*К).

Площадь поверхности теплопередачи:

F =  =  = 3,7 м²

где Q – тепловая нагрузка аппарата (определяется из теплового баланса);

 – средняя разность между температурами продукта и теплоносителя, 286 К;

 

Конструктивный расчет.

Ширина теплообменника b (мм):

b = b _э+20= 650+20 = 670мм

где b _э  = эффективная ширина теплообменнника

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

Наружный диаметр равен ширине теплоообменника:

b = D = 670 мм

Внутренний радиус r (мм).

Каждый полувиток спирали строится по радиусам r ₁ и r ₂, которые для первых витков равны.

r ₁ =  =  =247,5 мм

r ₂ =  + S ₁ =  + 85 = 332,5 мм

где d — диаметр первого витка внутренней спирали; м

S ₁ - шаг спирали со стороны загрузки, мм.

Внутренний диаметр d (мм):

d = 2 r + S = 2*247,5 = 495

Ширина керна (мм):

h= 2*247,5=495мм

Шаг спирали (мм):

S ₁ = b ₁ + δ ₁ = 50+35 =85 мм

S ₂ = S ₁*2 = 85*2 = 170 мм

S ₃ = S ₂ / 4 =170 / 4 = 42.5 мм

где b = 50 мм; σ = 30 мм

Длина спирали при числе витков n равна:

l ₀ = π (d - S _ср ) n + 2 Sπn ² = 3,14(495-99,2) = 1250 мм

где n – число витков, n = 18;

S _ср – средний шаг спирали, мм:

S _ср =  =  = 99,2 мм

 

Теплотехнический расчет.

Расход холода на охлаждение творога Ф (Вт) определяют по уравнению:

Ф = Ф ₁ +Ф ₂+ Ф ₃ = 39381+3920+4704 = 48005 Вт

 

где Ф ₁ – количество холода, необходимое для охлаждения творога, Вт;

Ф ₂ – количество холода, необходимое для компенсации теплоты, выделяемой в результате механического воздействия на творог (только для закрытых охладителей), Вт;

Ф ₃ – теплопотери, Вт;

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

Ф ₃ = Ф _2*  = 3920*1.2 = 4704 Вт

Ф ₁ = Gc (t ₁- t ₂) = 893*2.205(29-9) = 39381 Вт

где G – пропускная способность охладителя, G = 893 кг/ч;

с – теплоемкость творога, Дж/(кг*К);

t ₁ – температура творога на входе, t ₁ = 29 ⁰C;

C – температура творога на выходе, t ₂ = 9 ⁰C.

Ф ₂ = А N = 0,981*4*1000 =3920 Вт

где А – тепловой эквивалент работы, A =0,981 H*м/Дж;

N – мощность, расходуемая на охлаждение творога при его перемещении вдоль цилиндра,   = 4 кВт.

Если потери теплоты в окружающую среду учесть коэффициентом тепловых потерь (  = 1,1…1,2), то

Ф = (Ф ₁ +Ф ₂)  = (39381+3920)*1.2 = 51962 Вт

Расход хладоносителя (кг/ч) можно определить по формуле:

G_x = Q/[c_х(t _{х1 -} t _х2)]= 35280/[1527(273,15 - 136,58)] = 170 кг/ч

где c_х – теплоемкость хладоносителя, c_х = 1527 Дж/(кг*К);

t _х1, t _х2 – начальная и конечная температуры хладоносителя, t _х1 = 273,15 К_, t _х2 = 136,58 К;

Q – количество холода, необходимое для охлаждения творога.

Q = П* c (t ₁ – t ₂) = 800*2.205(302-282) = 35280 Дж

 

Расчет шнека на прочность.

Рисунок 3.4.1. Расчётная схема нагружения шнека и его опор.

Максимальные касательные напряжения τ_max на поверхности шнека, Н/м²:

τ_max =  =  = 1,92 Н/м²

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

где W _p – полярный момент сопротивления, м:

W _p =  (1− α⁴) =  (1− 0,74⁴) =26424,285 м

α=  =  = 0,74

Окончательно имеем:

τ_max =  , н/м²

Крутящий момент M _кр, действующий на шнек, Н⋅м,

M _кр = 573  = 573  = 50752,5 Н*м

где Ф = Ф ₁ + Ф ₂  = 39381+3920 = 43401 Вт – мощность, затрачиваемая на продвижение материала по каналу шнека;

n – частота вращения шнека, n = 0,49 с.

Нормальные напряжения вызываются осевой силой S _ос и распределённой нагрузкой q. Максимальные напряжения будут возникать в месте закрепления шнека (у первого подшипника):

σ_max =  =  =727,2 Н/м²

где W _н.о – осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси, м³;

M _{и max} – максимальный изгибающий момент от распределённой нагрузки шнека,Н⋅м:

 

M _{и max} =  =  = 13827762 H*м

где γ = 7850*9,81 = 77008,5 Н/м;

ρ – плотность материала шнека, ρ = 7850 кг/м³;

g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

L – длина шнека, L = 1,525 м

F – площадь поперечного сечения шнека, м².

С учётом значения площади поперечного сечения шнека:

F =  (1−α²) =  (1−0,74²) = 154,42 м

изгибающий момент будет равен:

M _и =  (1−α²) =  (1−0,74²) =2204417 Н*м

Осевой момент сопротивления относительно нейтральной оси:

W _н.о =  (1−α⁴) =  (1−0,74⁴) = 20662,62 м

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

После подстановки соответствующих значений и преобразований уравнение принимает вид:

σ_max =  , Н/м²

Максимальное давление, развиваемое шнеком (Р _max). Максимальное давление развивается шнеком, когда отверстие в головке закрыто и нет выхода материала из машины (производительность равна нулю):

0

откуда

P _max  =  =  = 4,81 МПа

где µ_ср – средняя по длине шнека вязкость перерабатываемого материала, МПа*с;

α_i = 0,65 м³ и β_i = 0,0000381 м³– постоянные прямого и обратного потоков для шнеков с постоянной или переменной глубиной нарезки в зоне дозирования или переменным шагом;

F _α и F _β – коэффициенты формы прямого и обратного потоков (при переработке термопластичных материалов принимают F _α = F _β = 1).

Значение средней вязкости материала µ_ср определяют из следующего

соотношения:

Q = α_i* F _α* n - β_i* F _β

где Q – производительность машины;

∆ P _общ – перепад давления в головке, ∆ P _общ = 10 МПа.

Откуда

µ_ср =  =  = 0,000058 МПа*с

Максимальное осевое усилие, действующее на шнек,

S _ос = P _max F = 0,000058 *10⁶*154,42 = 8956,4

Условие прочности шнека по третьей теории прочности:

σ_p = ≤ [σ]

σ_p =  = 730 Н/м²

где [σ] = 540…790 Н/м² – допускаемое для материала и заданных условий его работы напряжение.

Условие прочности выполнено.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лис т

9

ВКР-15.03.02-01-2022-О.Т.А-00.00.000 ПЗ

3.2. Расчет крутящего момента на валу рабочего органа.

Крутящий момент на валу рабочего органа T_р = 179 Hм

Номинальная мощность электродвигателя, P_дв = 4  кВт,

Частота вращения электродвигателя, n_дв = мин^-1,

Частота вращения рабочего органа, n_р = 140 мин^-1.

Максимальное время работы электродвигателя L = 10 000 ч