Теоретическая часть
РПР № 5.4 РАСЧЕТ ГОМОГЕНИЗАТОРА
Гомогенизаторы подразделяются на клапанные, дисковые или центробежные и ультразвуковые. Основным фактором, определяющим конструкцию гомогенизаторов, является количество плунжеров. По этому признаку выпускаемые гомогенизаторы можно подразделить на одно-, трех- и пятиплунжерные.
Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка.
Схемы конструкций гомогенизирующих головок, используемых в различных типах гомогенизаторов, приведены на рис. 5.6.
Рис. 5.6.Схемы конструкций гомогенизирующих головок:
а - головка с обыкновенным клапаном; б - клапан с отражательными
стенками; в - клапан с наклонными и концентричными нарезами
в горизонтальной плоскости; г - клапан с наклонными и
концентричными нарезами в наклонной плоскости; д - сферический клапан; е – резьбовой клапан с продольной прорезью
Основными рабочими органами гомогенизирующей головки являются седло и клапан, от конструкции которых в известной мере зависит степень дисперсности частиц при гомогенизации. Разнообразие конструкций гомогенизирующих устройств обусловлено стремлением повысить гомогенизирующий эффект за счет повышения турбулентности потока гомогенизируемой жидкости усиления явлений кавитации, повышения скорости движения жидкости на входе в клапанную щель.
|
|
|
Клапанная щель может быть гладкой и волнообразной с постоянным или переменным сечением.
Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под давлением (15…30 МПа).
Сила Р, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал высотой h, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий (давления, вибрации) высота канала постоянно меняется.
Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается часто пружиной, в некоторых конструкциях – маслом под давлением и может регулироваться. Ее величина определяется давлением, с которым осуществляется подача продукта. Тонкость измельчения (гомогенизация) зависит от давления, конструкция гомогенизирующего органа, равномерность подачи, состояния и предварительной обработки продукта.
Средний диаметр твердых частиц в плодоовощном пюре или соке определяют по формуле
, ()
где di - средний диаметр частиц для каждой группы, м; ni - число частиц в каждой группе, шт.
Гомогенизатор (рис. 5.7) включает в себя станину, корпус, привод, кривошипно-шатунный механизм, плунжерный блок, двухступенчатую гомогенизирующую головку, манометрическое устройство, предохранительный клапан системы смазки и охлаждения [].
|
|
|
Рис. 5.7 Гомогенизатор:
1 - станина; 2 - корпус; 3 - плунжерный блок; 4 - гомогенизирующая головка; 5 - система охлаждения;
6 - система смазки; 7 - привод; 8 - кривошипно-шатунный механизм
Внутри станины установлен электродвигатель на плите, которая меняет свое положение за счет поворота относительно оси, закрепленной с одной стороны плиты. Станина имеет четыре регулируемые ножки с подкладками. Сверху на ней укреплен корпус, в котором помещаются кривошипно-шатунный механизм, система охлаждения, фильтр системы смазки. Корпус выполнен в виде резервуара с наклонным дном для стекания масла. Уровень масла в нем должен находиться на такой высоте, чтобы кривошипно-шатунный механизм своей большой головкой мог доставать его при вращении коленчатого вала и разбрызгивать в направлении ползунной группы.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение, переданное клиноременной передачей от электродвигателя, в возвратно-поступательное движение плунжеров. На коленчатом валу кривошипно-шатунного механизма установлены ведомый шкив и шатуны. Вал вращается в конических упорных подшипниках, наружные кольца которых поджимаются крышками.
|
|
|
Система охлаждения состоит из патрубков для подвода и отвода воды, трубчатого змеевика, уложенного по дну корпуса, и трубки с отверстиями, установленной над плунжерами. Воду подводят через входные патрубки и подают к плунжерам. Часть воды проходит в змеевике, охлаждает масло и затем отводится из гомогенизатора.
Производительность гомогенизатора регулируется частотой вращения электродвигателя и коленчатого вала с различным эксцентриситетом кривошипа.
Основными рабочими органами гомогенизирующей головки являются седло и клапан, от конструкции которых зависит степень дисперсности частиц при гомогенизации. Клапанная щель может быть гладкой и волнообразной с постоянным или переменным сечением. Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под большим давлением (до 20 МПа). Сила, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал высотой, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий высота канала постоянно меняется.
|
|
|
Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается часто пружиной, в некоторых конструкциях - маслом под давлением, и может регулироваться. Она определяется давлением, с которым осуществляется подача продукта.
Тонкость измельчения зависит от давления, конструкции гомогенизирующей головки, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта. По типу гомогенизирующей головки гомогенизаторы можно подразделить на одно-, двух- и многоступенчатые.
Гомогенизирующая головка является узлом гомогенизатора, где непосредственно происходит диспергирование обрабатываемой среды. Двухступенчатая головка (рис. 5.8) состоит из корпуса 3 и клапанного устройства, основными частями которого являются седло клапана 1 и клапан 2.
Рис. 5.8. Гомогенизирующая головка:
1 - седло клапана; 2 - клапан; 3 - корпус; 4 - нажимное устройство;
5 - накидная гайка; 6 - пружина; 7 - шток; 8 – стакан
Клапан связан со штоком, на выступ которого давит пружина 6. Сила сжатия пружины регулируется путем перемещения накидной гайки 5 со штурвалом, которая вместе с пружиной, штоком 7 и стаканом 8 образуют нажимное устройство 4. Жидкость, нагнетаемая насосом под тарелку клапана, давит на тарелку и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление пружины. В образующуюся между клапаном и седлом щель высотой от 0,05 до 2,50 мм проходит с большой скоростью жидкость, гомогенизируясь при этом.
Расчетная часть
Ц е л ь р а б о т ы: изучение теоретических основ процесса гомогенизации, знакомство с классификацией гомогенизаторов, изучение устройства и принципа действия плунжерного гомогенизатора и приобретение практических навыков по расчету плунжерных гомогенизаторов.
З а д а н и е: выполнить расчет гомогенизатора, если заданы: D - диаметр плунжера, м; S - ход плунжера, м; ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; z - число плунжеров, шт.; р -давление гомогенизации, Па.
Методика расчета
Производительность плунжерного гомогенизатора G, м3/с,
, (5.26)
где D и S - диаметр и ход плунжера, м; ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; z - число плунжеров, шт.; 
- КПД насоса ( = 0,80...0,90).
Мощность электродвигателя гомогенизатора N, кВт,
, (5.27)
где р - давление гомогенизации, Па; η - КПД гомогенизатора (η = 0,75...0,85).
Толщина тарелки клапана hкл,м,
, (5.28)
где р - давление гомогенизации, Па; 
= 24·107 Па - допускаемое напряжение для материала клапана; dкл- диаметр клапана, м,
, (5.29)
здесь G - производительность гомогенизатора, м/с; vд - допускаемая скорость жидкости в седле, м/с (для всасывающего клапана 2 м/с, а для нагнетательного 5...8 м/с); ΔF - площадь сечения хвостовика, м2,
, (5.30)
здесь r к - радиус хвостовика, м; r к = (4...5)10-3 м.
Пружину нагнетательного клапана рассчитывают, исходя из необходимого усилия Рпр при закрытом клапане
(5.31)
где G - производительность гомогенизатора, м3/с; ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; М - масса клапана, кг (М = 0,4 кг); λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (λ =0,15...0,20); d кл - диаметр клапана, м; z - число плунжеров, шт.
Сила сжатия пружины при рабочей деформации Р д, Н,
Р д =1,5×Рпр. (5.32)
Жесткость пружины Ж, Н/м,
, (5.33)
где h - высота пружины, м (h = 0,10...0,14 м).
При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, вследствие чего происходит повышение температуры гомогенизируемого продукта Δt, К,
, (5.34)
где р - давление гомогенизации, Па; с - удельная теплоемкость молока, Дж/(кг·К), с = 3880 Дж/(кг·К); ρ - плотность молока, кг/м3, ρ = 1033 кг/м3
Средний диаметр жировых шариков, м, в диапазоне изменения давления от 2,0 до 20,0 МПа определяется по формуле Н.В. Барановского
(5.35)
где р - давление гомогенизации, МПа.
Расчет предохранительных клапанов можно свести к определению проходного сечения седла клапана с учетом вязкости обрабатываемой жидкости. Для маловязких жидкостей (молоко, соки) диаметр, м, проходного сечения седла определяется по формуле
, (5.36)
где рв - давление всасывания, МПа (рв = 0,2·106 Па); δв - отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды (для молока δв = 1,03).
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!