3036

Расчет гомогенизатора

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Расчет гомогенизатора Цель работы: изучение теоретических основ процесса гомогенизации, знакомство с классификацией гомогенизаторов, изучение устройства и принципа действия плунжерного гомогенизатора и приобретение практических навыков по расчету пл...

Русский

2012-10-23

138.29 KB

110 чел.

Расчет гомогенизатора

Цель работы: изучение теоретических основ процесса гомогенизации, знакомство с классификацией гомогенизаторов, изучение устройства и принципа действия плунжерного гомогенизатора и приобретение практических навыков по расчету плунжерных гомогенизаторов.

Теоретические сведения

Гомогенизацией называется процесс измельчения жидких и пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания под большим давлением с высокой скоростью через узкие кольцевые щели. В результате воздействия на продукт различных гидродинамических факторов происходит дробление твердых частиц продуктов и их интенсивная механическая обработка. Гомогенизация не только изменяет дисперсность белковых компонентов продукта, но и влияет на физико-химические свойства продукта (плотность, вязкость).

Гомогенизаторы подразделяются на клапанные, дисковые или центробежные и ультразвуковые. Основным фактором, определяющим конструкцию гомогенизаторов, является количество плунжеров. По этому признаку выпускаемые гомогенизаторы можно разделить на одно-, трех- и пятиплунжерные.

Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка.

Гомогенизатор (рисунок. 3.3) включает в себя станину, корпус, привод, кривошипно-шатунный механизм, плунжерный блок, двухступенчатую гомогенизирующую головку, манометрическое устройство, предохранительный клапан системы смазки и охлаждения.

1 – станина; 2 – корпус; 3 – плунжерный блок; 4 – гомогенизирующая головка;  5 – система охлаждения; 6 – система смазки; 7 – привод; 8 – кривошипно-шатунный механизм

         Рисунок 3.3 – Гомогенизатор

          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, в возвратно-поступательное движение плунжеров. На его коленчатом валу установлены ведомый шкив и шатуны. Вал вращается в конических подшипниках, наружные кольца которых поджаты крышками.

Система охлаждения состоит из патрубков для подвода и отвода воды, трубчатого змеевика, на дне корпуса, и трубки с отверстиями, установленной над плунжерами. Воду подводят через входные патрубки и подают к плунжерам. Часть воды в змеевике, охлаждает масло и отводится из гомогенизатора.

Производительность гомогенизатора регулируется частотой вращения электродвигателя и коленчатого вала с разным 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, 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 (рисунок 3.4) состоит из корпуса 3 и клапанного устройства, основными частями которого являются седло клапана 1 и клапан 2. 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.

Методика расчета

Исходные данные:

Диаметр плунжера D=32 мм;

Ход плунжера S=60 мм;

Угловая скорость вращения коленчатого вала ω=38,3 рад/с;

Число плунжеров z=3 шт;

Давление гомогенизации р = 19,9 МПа;

Марка гомогенизатора – А1 – ОГМ

Производительность плунжерного гомогенизатора , м3/с,

,

где и диаметр и ход плунжера, м;

угловая скорость вращения коленвала, рад/с;

I – первая ступень; II – вторая ступень; 1 – седло клапана; 2 – клапан; 3 – корпус; 4 – нажимное устройство; 5 – накидная гайка; 6 – пружина; 7 – шток; 8 – стакан

Рисунок 3.4 – Гомогенизирующая головка

число плунжеров, шт.;

КПД насоса ( 0,80 ... 0,90).

G=0,25=1,5 м3

Мощность электродвигателя гомогенизатора , кВт,

,

где давление гомогенизации, Па;

КПД гомогенизатора ( 0,75 ... 0,85).

N=1,519,9/36000,75=0,011 кВт

Толщина тарелки клапана , м,

,

где давление гомогенизации, Па;

2,4∙108 Па – допускаемое напряжение для материала клапана;

диаметр клапана, м,

;

где производительность гомогенизатора, м3/с;

допускаемая скорость жидкости в седле, м/с (для всасывающего клапана 2 м/с, а для нагнетательного 5 ... 8 м/с);

площадь сечения хвостовика, м2,

,

здесь радиус хвостовика, м, (4 ... 5)∙10-3 м.

-3=0,0157 м2

dkл==2,39 м

hкл=0,437=2965,2 м

Пружину нагнетательного клапана рассчитывают, исходя из необходимого усилия при закрытом клапане

,

где производительность гомогенизатора, м3/с;

угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

масса клапана, кг ( 0,4 кг);

отношение радиуса кривошипа к длине шатуна ( 0,15 ... 0,20);

диаметр клапана, м;

число плунжеров, шт.

 

Pпр=1,523=0,115 Н

Сила сжатия пружины при рабочей деформации , Н,

.

Рд=1,50,0115=0,175 Н

Жесткость пружины , Н/м,

,

где высота пружины, м ( 0,10 ... 0,14 м).

Ж=(0,175 – 0,115)/0,14=0,41 Н/м

При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, вследствие чего происходит повышение температуры гомогенизируемого продукта , К,

,

где давление гомогенизации, Па;

3880 Дж/(кг-К) – удельная теплоемкость молока;

1033 кг/м3 – плотность молока, кг/м3.

t=19,9/38801033=4,965 К

Средний диаметр жировых шариков, м, в диапазоне изменения давления от 2,0 до 20,0 МПа определяется по формуле Н.В. Барановского

,

где давление гомогенизации, МПа.

d=3,86/6 =0,085 м

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

,

где давление всасывания, МПа ( 0,2∙106 МПа);

отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды (для молока 1,03).

Dc= = 0,019 м


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18568. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 69 KB
  МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ Постановка задач параметрического синтеза Место процедур синтеза в проектировании Сущность проектирования заключается в принятии проектных решений обеспечивающих выполнение будущим объектом предъявляемых к
18569. Оптимизация технических объектов в системах автоматизированного проектирования 272.5 KB
  Оптимизация технических объектов в системах автоматизированного проектирования. Данная глава посвящена вопросам постановки и решения задач оптимизации при техническом проектировании. Главное внимание уделяется параметрической оптимизации непрерывных объектов.
18570. Общие сведения об ОС 124.5 KB
  Общие сведения об ОС. Операционная система комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов ВС и удобства работы с ней. В настоящее время только с помощью ОС можно полностью загружат
18571. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР 109 KB
  ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР Структура и требования к ТО САПР Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства hardware используемые для выполнения автоматизированного проектирования а именно: ЭВМ периферийные устройства сетевое оборуд
18572. Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного метода доступа 63 KB
  Сети ЭВМ и средства телекоммуникационного метода доступа Для современного этапа развития средств вычислительной техники характерно использование сравнительно дешевых мини микро и персональных ЭВМ обладающих достаточно большими вычислительными возможностями. По...
18573. Базы данных. Логическая область базы данных 145.5 KB
  Базы данных. Лекция № 1. 1. Предметная область базы: данных сварное соединение стыковое нахлесточное и т.п. Объекты предметной области. Логическая область базы данных цифры записи и т.п.. 2.Характеристика объекта предметной области называется атрибуткоторый прин
18574. НАЗНАЧЕНИЕ, СУЩНОСТЬ И СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР 93.5 KB
  НАЗНАЧЕНИЕ СУЩНОСТЬ И СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР Основное назначение ИО САПР уменьшение объемов информации требуемой в процессе проектирования от разработчика РЭС и исключение дублирования данных в прикладном программном и техническом обе...
18575. УРОВНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ 117.5 KB
  УРОВНИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ Существует три уровня представления данных: уровень пользователя предметная область логический и физический. Каждый объект предметной области характеризуется своими атрибутами каждый атрибут имеет имя и значение. Например объект осц
18576. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ 42.5 KB
  ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ Процесс разработки структуры БД на основании требований пользователя называют проектированием БД ПБД. Результатами ПБД являются структураБД состоящая из логических и физических компонент и руководство для прикладных программистов. Р...