Файл: oladnanny_dly_rozdilenny_produktiv.doc

Міністерство аграрної політики України

Вінницький національний аграрний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДЛЯ ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З ДИСЦИПЛІНИ

«МАШИНИ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ПРОДУКЦІЇ»

для студентів напряму підготовки

0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства

денної та заочної форми навчання

Лабораторна робота № 5 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ РОЗДІЛЕННЯ ПРОДУКТІВ

Розрахунок центрифуги

Вінниця

2011

Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Машини та обладнання для переробки сільськогосподарської продукції» для студентів напряму підготовки 0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства денної та заочної форми навчання. / Укладачі: В. М. Бандура, Л.В.Фіалковська, І.М. Берник. – Вінниця: ВНАУ, 2010. – с.

Укладачі: к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» В. М. Бандура; к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» Л. В. Фіалковська.

Відповідальний за випуск І.П. Паламарчук, д. т. н., професор ВНАУ

Рецензенти: д.т.н., професор ВНАУ М.Ф. Друкований; д.т.н., професор Вінницького національного технічного університету І. О. Сивак

Рекомендовано до друку:

- на засіданні методичної комісії факультету механізації сільського господарства ВНАУ протокол № 1 від “ “ 2011р.

- рішенням навчально-методичної комісії Вінницького національного аграрного університету протокол № від “ “ 2011р.

Обладнання для розділення продуктів Розрахунок центрифуги

Центрифуги використовують для розділення рідких неоднорідних сумішей (суспензій та емульсій) на складові елементи. Процес розділення н них відбувається в полі відцентрових сил з використанням суцільних або перфорованих перегородок. Перегородки виготовляються у вигляді циліндричних, конічних або комбінованих циліндроконічних роторів, які обертаються з великими частотами.

---

Суцільні стінки найчастіше виконуються у відстійних центрифугах. В них розділення суспензій та емульсій відбувається по принципу осадження (відстоювання), але дія сили тяжіння замінена дією відцентрової сили.

У фільтруючих центрифугах стінки роторів перфоровані і лише в окремих конструкціях – суцільні. В останніх відвід рідкої фази відбувається через отвори в верхньому та нижньому бортових кільцях. Процес розділення суспензій в таких центрифугах ведеться по принципу фільтрування рідкої фази через шар твердих частинок під дією відцентрової сили, величина якої залежить від прискорення відцентрового поля, створюваного ротором.

В інженерній практиці для характеристики роздільних можливостей центрифуг використовують не величину прискорення відцентрового поля, а його відношення до прискорення сили тяжіння. Це відношення називають фактором розділення:

, (5.1)

де ω – кутова швидкість обертання ротора, рад/с.

n – число обертів ротора за хвилину;

R – радіус ротора, м;

g – прискорення сили тяжіння, м/с².

Слід відзначити, що величина фактора розділення у періодично працюючих центрифуг неоднакова протягом усього циклу. Вона мінімальна під час набору і розгону і досягає максимуму при фугуванні. На рис. 5.1 приведена номограма, за допомогою якої можна легко визначити величину фактора розділення для центрифуг різних конструкцій в різні періоди їх робота. Провівши пряму лінію через точки значень діаметра ротора і частоти його обертання п, показаних на відповідних шкалах номограми, в точці її перетину зі шкалою значень F_r знайдемо величину фактора розділення. Співставляючи значення F_r в різні періоди циклу центрифугування, можна вийти на оптимальний режим роботи центрифуги.

Центрифугування застосовують в різних галузях промисловості: в хімічній –для розділення різних суспензій; в цукровій – для розділення утфелю на патоку і цукор; в виноробстві – для відділення мезги від виноградного сусла і для віджиму соку від м’якоті; в крохмале–патоковому виробництві – для виділення зерен крохмалю і його зневоднення; в молочній промисловості – для одержання молочного цукру, зневоднення сиру; в пивоварній – для обробки пивних заторів тощо.

---

Рис. 5.1 Номограма для визначення фактора розділення центрифуг.

Центрифуги класифікують за кількома признаками: за організацією процесу – на періодичнодіючі і безперервнодіючі; за видом процесу – на відстійні і фільтруючі; за просторовим розташуванням вала (вертикальні, горизонтальні, похилі); за величиною фактора розділення (нормальні з фактором розділення меншим 3500 і швидкісні, або суперцентрифуги, з фактором розділення понад 3500; за способом вивантаження осадів – центрифуги з ручним, гравітаційним, ножовим, шнековим, інерційним, пульсуючим вивантаженням; за ступенем герметизації, вибухобезпечністю тощо.

Для полегшеного користування каталогами наводимо схему побудови умовних позначень (маркіровки) промислових центрифуг:

1. На першому місці вказується конструкція ротора (дво–, трьохсту–пеневий; для одинарних роторів цифра 1 не ставиться).

2. Принцип розділення вказується початковою буквою, яка стоїть на першому, або другому місці (О – відстійна; Р – розділяюча; Ф – фільтруюча; К – комбінована).

3. Основний конструктивний просторовий признак (горизонтальна – Г; вертикальна – В; нахилена – Н; підвісна з верхнім приводом – П; підвісна з нижнім приводом, маятникова – М).

4. Спосіб вивантаження позначається на 3 чи 4 місці початковою літерою (ножовий – Н, шнековий – Ш, інерційний – И, вібраційний – В, гідравлічний –Г, пульсуючий – П тощо).

5. Цифрами подається діаметр ротора в сантиметрах.

6. На п’ятому чи шостому місці цифрою вказується виконання центрифуги (1 – негерметизована, 2 – негерметизована з вибухозахисним електрообладнанням, 3 – герметизована, вибухозахищена).

7. На передостанньому місці позначається матеріал виготовлення ротора (вуглецева сталь – У, легована сталь – Л, корозійностійка – К, титан та його сплави – Т, кольорові метали – М).

8. Остання цифра – порядковий номер моделі.

На рис. 5.2 (а, б) показано будову двох типів поширених в промисловості центрифуг ФПН–1251Л–02 та ФПН–1251Т–01. Моделі цих центрифуг відрізняються не тільки матеріалом виготовлення роторів, а й їх формою. Крім того, в моделі ФПН–1251 Л–02 принципово замінена конструкція вивантажувального пристрою – він виконаний у вигляді кільцевого ножа, який переміщається вверх–вниз та повертається за допомогою двох пневмоприводів.

---

У практиці центрифугування використовують два основних способи розділення суспензій: відцентрове фільтрування і відцентрове осадження. Фізична різниця суті цих процесів обумовила використання різних математичних моделей для їх опису. Як відомо, відцентрова сила відноситься до категорії так званих внутрішніх об’ємномасових сил. Знаходячись в полі дії цих сил, кожен струмінь рідини рухається в порах незалежно від дії суміжних струменів і не потребує впливу тиску ззовні, як це буває при фільтруванні.

Основним робочим органом центрифуги є ротор (барабан), закріплений на вертикальному чи горизонтальному валу, який обертається зі сталою (у безперервно діючих центрифуг), або змінною (у періодично діючих центрифуг) частотою.

Відцентрове фільтрування відбувається за законами звичайного фільтрування з утворенням осаду. Воно ділиться на три стадії: утворення на перегородці осаду, в порах якого знаходиться рідина; віджиму вільної рідинної складової; підсушування осаду за рахунок видалення поверхневої рідини і тієї, що утримується молекулярними силами (в окремих випадках).

Рис. 5.2. Центрифуги підвісного типу,

а – центрифуга ФПН–1251Л–02:

1 – вузол промивки цукру; 2 – вилка; 3 – палеці; 4 – стойка; 5 – пневмоциліндр; 6 – опорна металоконструкція; 7 – електродвигун; 8 – підвіска; 9 – пульт управління; 10 – датчик завантаження; 11 – конус; 12 – ротор; 13 – кожух; 14 – кріплення ротора.

б – центрифуга ФПН–1251Т–01:

1 – ротор; 2 – підйомна труба; 3 – траверса; 4 – кільце; 5 – вал; 6 – електродвигун; 7 –металоконструкція; 8 – підвіска; 9 – пневмоциліндр; 10 – пульт; 11 – датчик завантаження; 12 – кожух.

Фільтруючі центрифуги періодичної дії застосовують для розділення суспензії з розчинною і нерозчинною твердою фазою, концентрація якої коливається в широких межах – 5–7 %. Вологовміст крупнозернистих осадів становить 1–5%, дрібнозернистих – 5–40 %.

Робочий цикл фільтруючої центрифуги періодичної дії включає послідовне виконання окремих операцій: розгін – τ_р; завантаження при певній частоті обертання ротора – τ_з; розгін до частоти фугування та фугування – τ_ф; промивання та сушка осаду – τ_пр; вивантаження осаду при зменшеній частоті обертання – τ_в.

---

Циклограми роботи центрифуг визначають послідовність та тривалість операцій, зміни частоти обертання роторів. В конкретних умовах окремі названі операції бувають відсутні. В нашому випадку:

де τ_р, τ_з та – допоміжні операції, а – основні.

Середня продуктивність центрифуги періодичної дії по суспензії:

(5.2)

де V_c – об’єм суспензії, відфугованої за цикл, м³;

V_p – робочий об’єм барабана, м³;

х₁ – відношення об’єму осаду до об’єму відділеної суспензії (визначається експериментально для кожного продукту;

τ_ц – тривалість повного циклу;

К_n – коефіцієнт, який враховує збільшення опору фільтруючої перегородки при багаторазовому її використанні (К_n =0,8);

φ – коефіцієнт заповнення центрифуги; для малостискуваних осадів φ = 0,7–0,8, для сильностискуваних – його встановлюють експериментально.

Для циліндричних роторів (рис. 5.3, а) об’єм дорівнює:

(5.3)

де D_в – внутрішній діаметр ротора, м;

d – діаметр борта ротора, м;

Н – довжина (висота) ротора, м.

Робочі об’єми барабанів складної форми визначають з урахуванням визначальних розмірів кожної із складових частин. Наприклад, об’єм циліндроконічних барабанів (рис.5.3, б) вираховують за рівнянням:

(5.4)

де D_в – внутрішній діаметр ротора, м;

d – діаметр борта ротора, м;

h – висота конічної частини ротора, м.

Рис. 5.3. Типи роторів центрифуг.

В технічних характеристиках центрифуг, як правило, робочі об’єми барабанів наводяться.

При розділенні суспензій будь–яких виробництв тривалість окремих операцій визначають експериментально, досягаючи максимальної продуктивності при нормативних показниках якості. Проектуючи центрифуги для розділення суспензій з відомими структурно–механічними властивостями, ці показники визначають аналогічно. Орієнтовно тривалість допоміжних операцій можна прийняти за каталожними даними. Для центрифуг (наприклад ФПН–100) тривалість операції τ_в =200...300 с, мінімальна тривалість повного циклу τ_цmin = 600 с; для ФПН–1251 – відповідно τ_в = 125...200 с, а τ_цmin = 230 с.

---