1.Основни уравнения на динамиката

Могат да се разграничат следните подходи за разработване на математически модели на технологични обекти: теоретичен (аналитичен), експериментално-статистически, методи за конструиране на размити модели и комбинирани методи... Нека дадем обяснение на тези методи.

Аналитични методисъставянето на математическо описание на технологични обекти обикновено се нарича методите за извеждане на уравненията на статиката и динамиката въз основа на теоретичния анализ на физичните и химичните процеси, протичащи в изследвания обект, както и въз основа на посочения дизайн параметри на оборудването и характеристиките на преработените вещества. При извеждането на тези уравнения се използват основните закони за запазване на материята и енергията, както и кинетичните закони на процесите на масо- и топлопренос, химични трансформации.

За съставяне на математически модели, базирани на теоретичен подход, не са необходими експерименти върху обекта, следователно такива методи са подходящи за намиране на статичните и динамичните характеристики на новопроектирани обекти, процесите на които са достатъчно добре проучени. Недостатъците на такива методи за съставяне на модели включват сложността на получаване и решаване на система от уравнения с достатъчно пълно описание на обекта.

Детерминистичните модели на процесите на нефтопреработка се разработват на базата на теоретични представи за структурата на описаната система и закономерностите на функционирането на отделните й подсистеми, т.е. базиран теоретични методи... Разполагайки дори с най-обширните експериментални данни за системата, е невъзможно да се опише нейната работа с помощта на детерминиран модел, ако тази информация не е обобщена и не е дадено тяхното формализиране, т.е. представена под формата на затворена система от математически зависимости, отразяващи механизма на изследваните процеси с различна сигурност. В този случай трябва да използвате наличните експериментални данни за изграждане на статистически модел на системата.

Етапите на развитие на детерминиран модел са показани на фиг. 4.

Формулиране на проблема

Формулиране на математическия модел

Избран е аналитичен метод?

Изборът на параметри се изчислява

процеса

Експериментално

Решаване на контролна задача

моделни константи

Не

Контролни експерименти Проверка на адекватността Корекция

експерименти върху естествени модели

Няма обект Да

ОптимизацияОптимизация на процеса с дефиниране на цел

моделизползвайки модела на функцията и ограничението

Контрол на процеса с Модел на управление

модел

Фиг. 4. Етапи на развитие на детерминирания модел

Въпреки значителните разлики в съдържанието на специфични проблеми за моделиране на различни процеси на рафиниране на нефт, изграждането на модела включва определена последователност от взаимосвързани етапи, чието изпълнение ви позволява успешно да преодолеете възникналите трудности.

Първият етап от работата е формулирането на проблема (блок 1), включително формулирането на задачата въз основа на анализа на изходните данни за системата и нейните познания, оценката на ресурсите, разпределени за изграждане на модела (персонал , финанси, технически средства, време и др.) в сравнение с очаквания научен, технически и социално-икономически ефект.

Постановката на задачата завършва с установяване на класа на разработения модел и съответните изисквания за неговата точност и чувствителност, скорост, условия на работа, последващи настройки и др.

Следващият етап на работа (блок 2) е формулирането на модела въз основа на разбирането на същността на описания процес, разделен в интерес на неговото формализиране на елементарни компоненти на явлението (пренос на топлина, хидродинамика, химични реакции, фазови трансформации, и др.) и според приетата степен на детайлност на агрегати (макрониво), зони, блокове (микрониво), клетки. В същото време става ясно кои явления са необходими или неподходящи за пренебрегване, до каква степен е необходимо да се вземе предвид взаимовръзката на разглежданите явления. Всяко от избраните явления е свързано с определен физически закон (уравнение на баланса) и са установени началните и граничните условия за неговото протичане. Записване на тези съотношения с помощта на математически символи- следващият етап (блок 3), състоящ се в математическото описание на изследвания процес, който формира неговия начален математически модел.

В зависимост от физическото естество на процесите в системата и естеството на решаваната задача, математическият модел може да включва уравнения за баланса на масата и енергията за всички избрани подсистеми (блокове) на модела, уравнения на кинетика химична реакцияи фазови преходи и пренос на материя, импулс, енергия и др., както и теоретични и (или) емпирични връзки между различни параметри на модела и ограничения върху условията на процеса. Поради имплицитния характер на зависимостта на изходните параметри Йот входни променливи хв получения модел е необходимо да се избере удобен метод и да се разработи алгоритъм за решаване на задачата (блок 4), формулиран в блок 3. За реализиране на възприетия алгоритъм се използват аналитични и числови средства. В последния случай е необходимо да се състави и отстрани компютърна програма (блок 5), да се изберат параметрите на изчислителния процес (блок 6) и да се извърши контролна сметка (блок 8). Аналитичен израз (формула) или програма, въведена в компютър, представлява нова форма на модел, който може да се използва за изследване или описание на процес, ако се установи адекватността на модела към естествен обект (блок 11).

За да се провери адекватността, е необходимо да се съберат експериментални данни (блок 10) за стойностите на тези фактори и параметри, които са включени в модела. Възможно е обаче да се провери адекватността на модела само ако някои константи, съдържащи се в математическия модел на процеса, са известни (от таблични данни и справочници) или допълнително експериментално определени (блок 9).

Отрицателният резултат от проверката на адекватността на модела показва неговата недостатъчна точност и може да бъде резултат от цял ​​набор от различни причини. По-специално, може да се наложи да се пренапише програмата, за да се приложи нов алгоритъм, който не дава толкова голяма грешка, както и да се коригира математическият модел или да се направят промени във физическия модел, ако стане ясно, че пренебрегването на всички фактори са причина за неуспех. Всяка корекция на модела (блок 12) ще изисква, разбира се, повторното прилагане на всички операции, съдържащи се в основните блокове.

Положителният резултат от проверката на адекватността на модела отваря възможността за изследване на процеса чрез извършване на серия от изчисления върху модела (блок 13), т.е. работа на получения информационен модел. Последователно коригиране на информационния модел с цел подобряване на неговата точност чрез отчитане взаимно влияниефактори и параметри, въвеждането на допълнителни фактори в модела и прецизирането на различни "настройващи" коефициенти ви позволява да получите модел с повишена точност, който може да бъде инструмент за по-задълбочено изследване на обекта. И накрая, установяването на целевата функция (блок 15) с помощта на теоретичен анализ или експерименти и включването на оптимизиращ математически апарат (блок 14) в модела, за да се гарантира целенасочената еволюция на системата до оптималния регион, прави възможно изграждането на оптимизационен модел на процеса. Адаптирането на получения модел за решаване на задачата за управление на производствения процес в реално време (блок 16), когато в системата са включени средствата за автоматично управление, завършва работата по създаване на математически модел за управление.

Аналитичният метод се състои в съставянето на математическо описание на обекта, в което се намират уравненията на статиката и динамиката на базата на фундаментални закони, които описват физичните и химичните процеси, протичащи в изследвания обект, като се вземе предвид конструкцията на оборудване и характеристиките на преработените вещества. Например: законите за запазване на материята и енергията, както и кинетичните закони на процесите на химични трансформации, пренос на топлина и маса. Аналитичният метод се използва при проектирането на нови технологични обекти, чиито физикохимични процеси са добре проучени.

Предимства:

Не изисква експерименти върху реален обект;

Позволява ви да дефинирате математическо описание на етапа на проектиране на системата за управление;

Позволява да се вземат предвид всички основни характеристики на динамиката на обекта на управление - нелинейност, нестационарност, разпределени параметри и др .;

Предоставя универсално математическо описание, подходящо за широк клас подобни контролни обекти.

Недостатъци:

Трудността при получаване на достатъчно точен математически модел, който отчита всички характеристики на реален обект;

Проверката на адекватността на модела и реалния процес изисква пълномащабни експерименти;

Много математически модели имат редица параметри, които е трудно да бъдат оценени в числови термини.

Експерименталният метод се състои в определяне на характеристиките на реален обект чрез поставяне на специален експеримент върху него. Методът е прост, има ниска интензивност на труда и ви позволява точно да определите свойствата на конкретен обект.

Експерименталните методи за определяне на динамичните характеристики се разделят на:

 методи за определяне на времевите характеристики на обекта на управление;

 методи за определяне на честотните характеристики на обекта на управление.

Временните методи за определяне на динамичните характеристики са разделени на свой ред на активни и пасивни. Активните методи включват подаване на тестови тестови сигнали към входа на обекта (стъпкови или правоъгълни импулси, периодичен двоичен сигнал).

Предимства:

 достатъчно висока точност на получаване на математическо описание;

 относително кратка продължителност на експеримента.

При пасивните методи не се изпращат тестови сигнали към входа на обекта, а се записва само естественото движение на обекта в процеса на нормалното му функциониране. Получените масиви от данни за входните и изходните сигнали се обработват със статистически методи.

Недостатъци:

 ниска точност на полученото математическо описание (тъй като отклоненията от нормалния режим на работа са малки);

 необходимостта от натрупване на големи количества данни с цел подобряване на точността (хиляди точки);

 ако експериментът се провежда върху обект, обхванат от система за управление, тогава се наблюдава ефектът на корелация (взаимна връзка) между входния и изходния сигнал на обекта през регулатора. Тази връзка намалява точността на математическото описание.

С експерименталния метод е невъзможно да се идентифицират функционални връзки между свойствата на преработените и получените вещества, работните параметри на технологичния процес и конструктивните характеристики на обекта. Този недостатък не позволява резултатите, получени чрез експерименталния метод, да бъдат разширени и върху други обекти от същия тип.

Най-ефективен е експериментално-аналитичният метод, когато с помощта на аналитично получената структура на обекта, неговите параметри се определят в хода на полеви експерименти. Като комбинация от аналитични и експериментални методи, този метод отчита техните предимства и недостатъци.

Изглаждане на експериментални данни, методи

При обработка на експериментални данни се използват апроксимация и интерполация. Ако данните са регистрирани с грешка, тогава е необходимо да се използва апроксимация - изглаждане на данните чрез крива, която обикновено не минава през експерименталните точки, но проследява зависимостта, елиминирайки възможните грешки, причинени от грешката на измерването.

Ако грешката в данните е малка, тогава се използва интерполация, т.е. изчислете изглаждаща крива, минаваща през всяка експериментална точка.

Един от най-добрите методи за сближаване е начинът (метод) най-малките квадрати, който е разработен с усилията на Лежандър и Гаус преди повече от 150 години.

Методът на най-малките квадрати ви позволява да получите най-добрата функционална зависимост за набора от налични точки (най-добрият означава, че сумата от квадратите на отклоненията е минимална).

Ако свържем точките y1, y2, ..., последователно с прекъсната линия, това не е графично представяне на функцията = f (x), тъй като при повтаряне на тази серия от експерименти ще получим счупена линия, различна от първият. Това означава, че измерените стойности на y ще се отклоняват от истинската крива y = f (x) поради статистическо разсейване. Задачата е да се апроксимират експерименталните данни с плавна (не начупена) крива, която да преминава възможно най-близо до истинската зависимост y = f (x).

Регресионен анализизползва се за получаване на зависимости в процеси, в които параметрите зависят от много фактори. Често има връзка между променливите x и y, но не съвсем определена. В най-простия случай една стойност на x съответства на няколко стойности (колекция) от y. В такива случаи връзката се нарича регресия.

Описани са статистически зависимости математически моделипроцес. Моделът трябва да бъде възможно най-прост и адекватен.

Задачата на регресионния анализ е да установи регресионното уравнение, т.е. вид крива между случайни променливи, и оценка на плътността на връзката между тях, надеждността и адекватността на резултатите от измерването.

За да се определи предварително наличието на такава връзка между x и y, точките се нанасят върху графиките, изгражда се т. нар. корелационно поле. Полето за корелация характеризира вида на връзката между x и y. По формата на полето може грубо да се прецени формата на графиката, характеризираща правата или криволинейната зависимост.

Ако точките са осреднени в корелационното поле, тогава можете да получите накъсана линия, наречена зависимост от експериментална регресия. Наличието на прекъсната линия се обяснява с грешки в измерването, недостатъчен брой измервания, физическата природа на изследваното явление и др.

Феноменологичен метод

Сложността на процесите на производство на храни и разнообразието от действащи фактори са обективна основа широко приложениетака наречените феноменологични зависимости. Исторически, голям брой явления на пренос на енергия и материя се апроксимират чрез зависимости на формата

I = aX, (1)

където аз - бързината на процеса;а - константа; Х - движещата сила зад процеса.

Класът на такива явления включва: деформация на твърдо тяло (закон на Хук); движение на електрически ток по проводник (закон на Ом); молекулен топлопренос (закон на Фурие); пренос на молекулна маса (закон на Фик); обобщени (не само молекулярни) закони за пренос на топлина и маса; загуби на енергия, когато флуид се движи през тръбопровод (законите на Дарси и Вайсбах); движение на тяло в непрекъсната среда (законът на Нютон за триенето) и пр. В законите, описващи тези явления, константите имат физическо значение и се наричат ​​съответно: модул на еластичност, електрическо съпротивление, молекулярна топлопроводимост, коефициент на молекулярна дифузия, конвективен топлопроводимост или коефициент на турбулентна дифузия, коефициент на триене на Дарси, вискозитет и др.

Обръщайки внимание на това, белгийският физик от руски произход И. Пригожин, холандските физици Л. Онзагер, С. де Гроот и други обобщиха тези явления под формата на отношение (1), което беше наречено феноменологично, или отношението на логика на явленията. Той формира основата на феноменологичния метод на изследване, чиято същност е формулирана накратко, както следва: за малки отклонения от равновесното състояние, скоростта на потокааз всеки сложен процес е пропорционален на движещата сила на този процесХ.

Основната трудоемкост на изследването, използващо този метод, е да се идентифицират факторите или параметрите, които са стимули на този процес, и факторите, които характеризират неговия резултат. След като ги идентифицираме, връзката между тях се представя под формата на зависимост (1), а числената стойност на свързващия ги коефициента определени експериментално. Например, ако движещата сила на процеса на екстракция е разликата между концентрациите ΔС на екстрахируемото вещество в суровината и в екстрагента, а скоростта на процеса се характеризира с производна по време на концентрацията на това вещество C в суровината, тогава можем да напишем:

BΔC,

където B- коефициент на скорост на извличане.

Винаги можете да посочите редица параметри, които характеризират както движещата сила, така и ефективността на процеса. По правило те са недвусмислено свързани. Следователно феноменологичното уравнение може да бъде написано в много версии, тоест за всяка комбинация от параметри, които характеризират движещата сила и ефективността на процеса.

Феноменологичният метод, като формален, не разкрива физическата същност на протичащите процеси. Въпреки това, той е широко използван поради простотата на описанието на явленията и простотата на използване на експериментални данни.

Експериментален метод

На базата на предварителен анализ на изследвания проблем се избират фактори, които оказват решаващ или значим ефект върху желания резултат. Факторите, които имат малко влияние върху резултата, се изхвърлят. Отхвърлянето на факторите е свързано с търсенето на компромиси между простотата на анализа и точността на описание на изследваното явление.

Експерименталните изследвания се извършват по правило върху модел, но за това може да се използва и промишлена инсталация. В резултат на експериментални изследвания, проведени по определен план и с необходимото повторение, зависимостите между факторите се разкриват в графична форма или под формата на изчислени уравнения.

Експерименталният метод има следните предимства:

• способността за постигане на висока точност на получените зависимости
• голяма вероятност за получаване на зависимости или физически характеристикиобектът на изследване, който не може да бъде намерен по друг метод (например топлофизичните характеристики на продуктите, степента на излъчване на материалите и др.).

В същото време експерименталният метод на изследване има два значителни недостатъка:

• висока интензивност на труда, дължаща се, като правило, на значителен брой фактори, влияещи върху изследваното явление
• намерените зависимости са частни, свързани само с изследваното явление, което означава, че не могат да бъдат разширени до условия, различни от тези, за които са получени.

Аналитичен метод

Този метод се състои във факта, че въз основа на общите закони на физиката, химията и други науки се съставят диференциални уравнения, които описват цял ​​клас подобни явления.

Например, диференциалното уравнение на Фурие определя разпределението на температурата във всяка точка на тялото, през която топлината се пренася чрез топлопроводимост:

A 2 t, (2)

където a е коефициентът на топлопроводимост, m 2/s; T - оператор на Лаплас;

2 t = + +.

Уравнение (2) е валидно за всяка неподвижна среда.

Предимството на аналитичния метод е, че получените диференциални уравнения са валидни за целия клас явления (топлопроводимост, топлопренос, масопренос и др.).

Този метод обаче има значителни недостатъци:

• сложността на аналитичното описание на повечето технологични процеси, особено на процеси, придружени от топло- и масообмен; това обяснява факта, че такива формули за изчисление днес са известни малко
• невъзможност в много случаи да се получи решение диференциални уравненияаналитично с помощта на формули, познати в математиката.

9. Рязане.

Рязането е едно отосновни технологични процеси Хранително-вкусовата промишленост.

Повечето различни материали, като: бонбонена маса и сладкарска промишленост, тестена маса в хлебната промишленост, зеленчуци и плодове в консервната промишленост, захарни торти в цвеклозахарната индустрия, месо в месната индустрия.

Тези материали имат различни физични и механични свойства, което се определя от разнообразието от методи на рязане, вида на режещите инструменти, скоростта на рязане, режещите устройства.

Увеличаването на капацитета на предприятията от хранително-вкусовата промишленост изисква повишаване на производителността на режещите машини, тяхната ефективност и разработване на рационални режими на рязане.

Общи изискванияприложени към режещите машини могат да бъдат формулирани по следния начин: те трябва да осигуряват висока производителност, да гарантират високо качество на продуктите, висока устойчивост на износване, лекота на работа, минимални разходи за енергия, добро санитарно състояние, малки размери.

Класификация на режещите устройства

Устройствата за рязане на храна могат да бъдат разделени нагрупи на следните основания:

по предназначение: за рязане на чупливи, твърди, еластично-вискозно-пластични и нехомогенни материали;

по принцип на действие: периодично, непрекъснато и комбинирано;

по вид режещ инструмент: ламелни, дискови, струнни, гилотинни, ротационни, струнни (течни и пневматични), ултразвукови, лазерни;

Ориз. 1. Видове режещи инструменти:
а - ротор; б— гилотинен нож; в - кръгъл нож; g - низ

по естеството на движението на режещия инструмент: с ротационен, възвратно-постъпателен, плоскопаралелен, ротационен, вибрационен;

от естеството на движението на материала по време на рязане и от вида на неговото закрепване.

На фиг. 1 са показани някои видове режещи инструменти: ротационни, гилотинни, дискови, струйни.

Теория за рязане

Изрязването има за задача да обработва материала, като го отделя, за да му придаде дадена форма, размер и качество на повърхността.

На фиг. 2 показва диаграма на рязане на материала.

Фиг.2. Cxe m a pe познаване на материала:
1- па изрязан материал; 2 - режещ инструмент, 3 - зона на пластична деформация, 4 - зона на еластична деформация, 5 - гранична зона, 6 - линия на счупване

За pe 3 a материалите се разделят на части в резултат на разрушаването на граничния слой. Отказът се предшества от еластична и пластична деформация, както е показано на фигурата. Тези видове деформации се създават чрез прилагане на сила върху режещия инструмент. Разрушаването на материала възниква, когато напрежението стане равно на крайната якост на опън на материала.

Работата по рязане се изразходва за създаване на еластична и пластична деформация, както и за преодоляване на триенето на инструмента срещу режения материал.

Работата по рязане може да се определи теоретично, както следва.

Нека да обозначим силата, която трябва да бъде приложена към ръба на нож с дължина 1 m, за да унищожи материала чрезР (hN/m). Работа A (в J) се изразходва за рязане на материала с площ l - l (в m 2) ще го направим

A - (Pl) l - Pl 2

Като отнесете работата към 1м 2 , получаваме специфичната работа по рязане (в J / m 2 ).

Някои видове рязане

Резачки за цвекло и зеленчуци... В захарните фабрики чипсът от цвекло от набраздена или ламелна ферма се получава чрез нарязване. В консервната промишленост моркови, цвекло, картофи и др. се подлагат на рязане.

Действието на фрезите се основава на относителното движение на фрезите - ножове и материал. Това относително движение може да се осъществи по различни начини.

Основните видове рязане са дискови и центробежни. Дисковото рязане за цвекло е показано на фиг. 3. Състои се от хоризонтален прорезен въртящ се диск и стационарен барабан, разположен над него. В слотовете на диска се монтират рамки с ножове (фиг. 4). Дискът се върти на вертикален вал със скорост на въртене 70 об/мин. Средната линейна скорост на ножовете е около 8 m / s.

Барабанът се пълни с цвекло, което ще се накълца. Когато дискът се върти, цвеклото, притискайки ножовете под въздействието на гравитацията, се нарязва на стърготини, чиято форма зависи от формата на ножовете.

Освен дисково рязане се използва и центробежно рязане. В тезих режещите ножове са фиксирани в процепите на стените на стационарния вертикален цилиндър. Материалът за рязане се привежда в движение от въртящите се вътре в цилиндъра остриета на охлюв. Центробежната сила притиска продукта към ножовете, които го разрязват.

П е. 5. Схема на ротационно режещо устройство

На фиг. 5 е показано ротационно рязане за сладкарски изделия. Бонбонена маса, декорирана на снопове 3от матрицата 1 на формовъчната машина пада върху приемната тава 2 и се подава през него към режещото устройство. Рязанед устройството се състои от набор от ротори, свободно въртящи се по оста 4 с прикрепени към тях ножове. Всеки сбруя има собствен ротор. Задвижва се от движещ се турникет. 5 нарязани бонбона падат върху 6 конвейерни ленти.

На фиг. 6 са показани два вида машини за рязане на замразено и незамразено месо, хляб, картофи, цвекло и др., наречени блатове.

Дизайнът на върховете, използвани виндустрия, копирана от месомелачки, xopo шо известни и често срещани в ежедневието. В плотовете се използват три вида режещи инструменти: фиксирани ножове за нарязване, решетки за ножове и подвижни плоски ножове.

Рязането се извършва с чифт режещи инструменти - плоским въртящ се нож и решетка за ножове. Материалът се подава от шнека, притиска се към решетката на ножа, материалните частици се притискат в отворите на решетката и непрекъснато въртящи се плоски ножовес остриета, притиснати към решетките, отрежете частиците от материала.

Ориз. 6. Два вида върхове:
а - без принудително подаване на материал; б — принудително хранене

Честотата на въртене на винта за нискооборотни върхове е 100-200, за високооборотни над 300 об/мин.

29. Хомогенизиране.

Същност на хомогенизирането.Хомогенизация (от гръцки хомогени - хомогенен) - създаване на хомогенна хомогенна структура, която не съдържа части, които се различават по състав и свойства и са разделени една от друга чрез интерфейси. Хомогенизацията се използва широко в консервната промишленост, когато продуктът се довежда до фино дисперсна маса с частици с диаметър 20 ... 30 μm при налягане от 10 ... 15 MPa. В сладкарската промишленост, благодарение на хомогенизирането, което се състои в обработка на шоколадовата маса в машини за раковини, емулгатори или меланжери, се осигурява равномерно разпределение на твърдите частици в какаовото масло и се намалява вискозитетът на масата.

Частиците от емулсии, суспензии, суспензии са значително по-малки по размер от работните органи на всякакви механични смесителни устройства. Размер на частиците по-малки размеривихри, образувани от смесителни устройства, и по-малки от размера на други нехомогенности на потока на непрекъсната среда. Поради движението на средата, инициирано от механични миксери, асоциациите на частиците се движат в нея като цяло без относително изместване на компонентите на дисперсната фаза и дисперсионната среда. Такова движение не може да осигури смесване на компонентите на средата в необходимия мащаб.

Степента, до която е препоръчително да се смесват хранителните частици, се определя от условията на усвояване на храната. Понастоящем не са идентифицирани границите на мащаба, до който е препоръчително да се хомогенизират хранителните смеси. Съществуват обаче редица проучвания, показващи осъществимостта на хомогенизирането на храните до молекулярно ниво.

За хомогенизиране на продуктите се използват следните физични явления: раздробяване на течни частици в колоидна мелница; дроселиране на течната среда в хлабините на клапаните; кавитация в течности; движение на ултразвукови вълни в течна среда.

Раздробяване на течни частици в колоидна мелница.Между внимателно обработените твърди конични повърхности на ротора и статора на колоидна мелница (фиг. 7), частиците на емулсията могат да бъдат смачкани до размер от 2 ... 5 микрона, което често е достатъчно за хомогенизиране.

Ориз. 7. Схема на колоидна мелница:
1- ротор; 2 — статор; h - просвет

Дроселиране на течната среда вхлабини на клапаните.Ако течна среда, компресирана до 10 ... 15 MPa, се дроселира, преминавайки през дюза с малък диаметър или през дросел (шайба за дросел), тогава сферичните образувания в нея, когато се ускорят в дюзата, се изтеглят в дълги нишки. Тези нишки се разпадат на парчета, което е причината за тяхното смачкване (фиг. 8).

Разтягането на сферични образувания в нишковидни се определя от факта, че ускорението на потока се разпределя по посоката на движение. Челните елементи на формированията, по-рано от задните им части, са подложени на ускорение и по-дълго време са под въздействието на повишени скорости. В резултат на това сферичните течни частици се удължават.

Кавитация в течности.Те се реализират чрез преминаване на потока от непрекъсната среда през плавно стесняващ се канал (дюза) - Фигура 8. При него той се ускорява, а налягането намалява в съответствие с уравнението на Бернули

където p - налягане, Pa; ρ е плътността на течността, kg / m 3; v - неговата скорост, m / s; g - ускорение при свободно падане, m / s 2; З— ниво на течността, m

Когато налягането падне под налягането наситени паритечността кипи. При последващо повишаване на налягането парните мехурчета се "срутват". Генерираните в този случай силно интензивни, но малки пулсации на налягането и скоростта на средата я хомогенизират.

Подобни явления възникват, когато блъф телата се движат (въртят) във флуид. В аеродинамичната сянка зад блъф телата налягането намалява и се появяват кавитационни кухини, движещи се заедно с телата. Те се наричат ​​прикрепени кухини.

Движението на ултразвуковите вълни в течна среда. V При ултразвуковите хомогенизатори продуктът протича през специална камера, в която се облъчва от ултразвуков емитер (фиг. 10).

При разпространението на бягащите вълни в средата възникват относителни измествания на компонентите, повтарящи се с честотата на генерираните трептения (над 16 хиляди пъти в секунда). В резултат на това границите на компонентите на средата се размиват, частиците на дисперсионната фаза се раздробяват и средата се хомогенизира.

Ориз. 8. Схема на раздробяване на мастна частица при преминаване през хлабината на клапана

Ориз. 9. Схема на работа на клапанния хомогенизатор:
1 — работна камера; 2 - уплътнение; 3 - клапан; 4 - тяло

При хомогенизиране на млякото чрез ултразвукови вълни и други смущения се установяват пределните размери на млечните частици, под които хомогенизирането е невъзможно.

Частиците на млечната мазнина са кръгли, почти сферични частици с размери 1 ... 3 микрона (първични топки или ядра), комбинирани от 2 ... 50 парчета или повече в конгломерати (агрегати, гроздове). В състава на конгломератите отделните частици запазват своята индивидуалност, тоест остават ясно различими. Конгломератите са под формата на вериги от отделни частици. Целостта на конгломерата се определя от адхезивните сили на заоблените частици.

Ориз. 10. Схема на ултразвуков хомогенизатор с генериране на пулсации директно в неговия обем:
1 - хомогенизационна кухина, 2— вибрираща пластмаса; 3 - дюза за течна струя

Всички практически методи за хомогенизиране осигуряват раздробяване на конгломерати, в най-добрия случай, до размера на първични топки. В този случай повърхностите на адхезионната кохезия на първичните капки се разрушават под действието на разликата в динамичните налягания на дисперсионната среда, действаща върху отделните части на конгломерата. Раздробяването на първичните капки от ултразвукови вълни може да се осъществи само по механизма на образуване на повърхностни вълни върху тях и разрушаването на техните гребени от потока на дисперсионната среда. Раздробяването настъпва в момента, когато силите, които го причиняват, надвишават силите, които държат първоначалната форма на частиците. В този момент съотношението на тези сили ще надвиши критичната стойност.

Силите, водещи до раздробяване както на първичните частици, така и на техните конгломерати, са силите (N), създадени от динамичното налягане на дисперсионната среда:

където Δp d - динамично налягане на дисперсионната среда, Pa; ρ е плътността на средата, kg / m 3; u, v - съответно скоростта на средата и частицата, m / s; F = π r 2 - средна площ, m 2; r - радиус на първичната частица, m

Скорост на частиците v (т ) се изчислява по формулата, отразяваща втория закон на Нютон (равенство на произведението на масата на частица и ускорението до силата на челното съпротивление на средата, обтичаща я):

където C x — Коефициентът на челно съпротивление на движението на капчиците; t е неговата маса, kg;

където ρ до - плътност на частиците, kg / m 3 .

Сега скоростта на частиците v (т ) се намира чрез интегриране на уравнението

Със синусоидални трептения с честотае (Hz) и амплитудап а (Pa) при скоростта на звука в дисперсионна среда c (m / s) скоростта на средата u (t) (m / s) се определя от израза

Оригиналната форма на частиците се поддържа от силите:

за сферична частица това е силата на повърхностно напрежение

където σ е коефициентът на повърхностно напрежение, N / m;

за конгломерат от частици, това е адхезивната сила на първичните частици

където a е специфичната сила, N / m 3; r e - еквивалентен радиус на конгломерата, m

Съотношението на силите R и R p, наречен критерий за смачкване или критерий на Вебер (ние ), се записва във формата:

за сферична частица

за конгломерат от частици

Ако текущата (зависима от времето) стойност на критерия на Вебер надвишава критичната стойност, т.е.Ние (t)> Ние (t) кр , радиусът на първичната частица r (t) и еквивалентният радиус на конгломератар е (т ) намаляват до стойност, при която We (t) = We (t) Kp. В резултат на това маса вещество се отделя от първичната частица или от техния конгломерат, което съответства на намаляване на радиуса в определените граници. В този случай са валидни следните отношения

В представените изчислителни изрази за раздробяване на частици единственият фактор, причиняващ смачкване, е разликата между скоростите на частиците и околната среда [ u (t) - v (t )]. Тази разлика се увеличава с намаляване на съотношението на плътността ρ / ρДа се ... Когато мастните частици в млякото се раздробяват, това съотношение е най-голямо и раздробяването им е най-трудно. Ситуацията се влошава от факта, че частиците на млечната мазнина са покрити с по-вискозна обвивка от подути протеини, липиди и други вещества. За всеки цикъл на ултразвукови вибрации, малко количество малки капчици се откъсват от раздробяващите капчици и за да протече раздробяването като цяло, е необходимо многократно прилагане на външни натоварвания. Следователно продължителността на раздробяването е много стотици и дори хиляди цикли на трептене. Това се наблюдава на практика при високоскоростно видеозаснемане на маслени капчици, раздробяващи се от ултразвукови вибрации.

Взаимодействие на частици с ударни вълни.Под въздействието на ултразвукови вибрации с нормален интензитет е възможно да се смачкат само конгломерати от капки. За раздробяване на първичните капчици са необходими смущения на налягането с интензитет от около 2 MPa. Използвайки модерна технологиято е непостижимо. Следователно може да се твърди, че хомогенизирането на млякото до размер на частиците по-малък от 1 ... 1,5 микрона не се прилага на никое работещо оборудване.

По-нататъшно смачкване на капки е възможно под въздействието на поредица от ударни импулси, създадени в хомогенизирана среда от специален стимулатор, например бутало, свързано с хидравлично или пневматично импулсно задвижване. Високоскоростното заснемане на капчици, които са засегнати от подобни импулси, показва, че в този случай фрагментацията се осъществява по механизма на „издухване на най-малките капчици от повърхността им“. В този случай нарушаването на скоростта на околната среда води до образуване на вълни по повърхността на капките и нарушаване на техните гребени. Многократното повторение на това явление води до значително смачкване на капчици или мастни частици.

73. Изисквания към процеса на сушене на зърно.

Топлинното сушене на зърно и семена в зърносушилни е основният и най-ефективен метод. Във фермите, в държавните зърноприемни предприятия годишно се сушат десетки милиони тона зърно и семена. Огромни средства се харчат за създаването на оборудване за сушене на зърно и неговата експлоатация. Следователно сушенето трябва да бъде правилно организирано и проведено с най-голям технологичен ефект.

Практиката показва, че сушенето на зърно и семена в много ферми често е значително по-скъпо, отколкото в държавната система за зърнени продукти. Това се случва не само защото там се използват по-малко ефективни сушилни, но и поради недостатъчно ясна организация на сушене на зърно, неправилна работа на зърносушилните, неспазване на препоръчаните режими на сушене и липса на производствени линии. Настоящите препоръки за сушене на селскостопански семена предвиждат отговорност за подготовката на сушилни за зърно и тяхната работа в колективните стопанства на председатели и главни инженери, а в държавните стопанства - директори и главни инженери. За процеса на сушене отговарят агрономи и сушилни за зърно. Държавните инспекции по семената упражняват контрол върху качеството на сеитба на семената.

За да се организира най-ефективно сушенето на зърно и семена, е необходимо да се знаят и да се вземат предвид следните основни положения.

1. Максимално допустимата температура на нагряване, тоест до каква температура трябва да се нагрява дадена партида зърно или семена. Прегряването винаги води до влошаване или дори пълна загуба на технологични и посевни качества. Недостатъчното нагряване намалява ефекта на сушене и увеличава цената му, тъй като при по-ниска температура на нагряване ще се отстрани по-малко влага.
2. Оптимална температура на изсушаващия агент (топлоносител), въведен в камерата на сушилня за зърно. Когато температурата на топлоносителя е по-ниска от препоръчителната температура, зърното не се нагрява до необходимата температура или за да се постигне това, ще е необходимо да се увеличи времето на престой на зърното в сушилната камера, което намалява производителността на сушилните за зърно. Температурата на сушилнята, по-висока от препоръчителната, е неприемлива, тъй като ще доведе до прегряване на зърното.
3. Характеристики на сушене на зърно и семена в сушилни за зърно с различни конструкции, тъй като тези характеристики често водят до промени в други параметри и преди всичко температурата на сушилния агент.

Максимално допустимата температура за загряване на зърно и семена зависи от:
1) култура; 2) естеството на използването на зърно и семена в бъдеще (т.е. предназначение); 3) първоначалното съдържание на влага в зърното и семената, тоест тяхната влажност преди сушене.

Зърната и семената на различните растения имат различна топлоустойчивост. Някои от тях, при равни други условия, издържат на по-високи температури на нагряване и дори за по-дълго време. Други, дори при по-ниски температури, променят своето физическо състояние, технологични и физиологични свойства. Например семената на фуражния фасул и фасул при по-висока температура на нагряване губят еластичността на черупките си, напукват се, намаляват и полската им кълняемост. Пшеничното зърно, предназначено за производство на хлебно брашно, може да се нагрява само до 48-50 ° C, а ръженото зърно - до 60 ° C. Когато пшеницата се нагрява над посочените граници, количеството глутен рязко намалява и качеството му се влошава. Много бързото нагряване (при по-висока температура на охлаждащата течност) също се отразява негативно на ориза, царевицата и много бобови растения: (семената се напукват, което затруднява по-нататъшната им обработка, например в зърнени храни.

При сушене трябва да се има предвид предназначението на партидите. И така, максималната температура на нагряване на зърното от пшенично семе е 45 ° C, а на хранителните зърна е 50 °° С ... Разликата в температурата на нагряване за ръжта е още по-голяма: 45 ° C за семена и 60 ° за храна (за брашно). (По принцип всички партиди зърно и семена, които трябва да бъдат жизнеспособни, се нагряват до по-ниска температура. Следователно, вареният ечемик, малцова ръж и т.н. се сушат с помощта на режими на семена.

Максимално допустимата температура за загряване на зърното и семената зависи от първоначалното им съдържание на влага. Известно е, че колкото повече свободна вода има в тези предмети, толкова по-малко топлоустойчиви са те. Ето защо, когато съдържанието на влага в тях е повече от 20% и особено 25%, температурата на охлаждащата течност и нагряването на семената трябва да се намалят. Така че, при първоначално съдържание на влага на грах и ориз 18% (Таблица 36), допустимата температура на нагряване е 45 ° C, а температурата на топлоносителя е 60О C. Ако първоначалното съдържание на влага в тези семена е 25%, тогава допустимата температура ще бъде съответно 40 и 50 ° C. В същото време понижаването на температурата също води до намаляване на изпарението (или, както се казва, отстраняване) на влагата.

Още по-трудно е сушенето на едросеменни бобови растения и соя, когато при висока влажност (30% и повече) сушенето в сушилни за зърно трябва да се извършва при ниска температура на топлоносителя (30 °C) и нагряване семената (28-30°C) с незначително отстраняване на влагата при първото и второто преминаване.

Конструктивните характеристики на сушилни за зърно от различни видове и марки определят възможностите за тяхното използване за сушене на семена от различни култури. Например барабанните сушилни не изсушават бобови растения, царевица и ориз. Движението на зърното в тях и температурата на изсушителя (110-130°C) са такива, че зърната и семената на тези култури са напукани и силно наранени.

Като се имат предвид въпросите за термично сушене в сушилни за зърно, трябва да се помни за неравномерната влагоотделяща способност на зърното и семената от различни култури. Ако добивът на влага от пшеница, овес, ечемик и слънчогледово семе се вземе като единица, тогава, като се вземе предвид приложената температура на топлоносителя и отстраняването на влагата с едно преминаване през сушилнята за зърно, коефициентът (K)ще бъде равно: за ръж 1,1; елда 1,25; просо 0,8; царевица 0,6; грах, фий, леща и ориз 0,3-0,4; фураж боб, боб и лупина 0,1-0,2.

Таблица 1. Температурни условия (в °C) за сушене на семена от различни култури на зърносушилни

Трябва също да се има предвид, че поради определена влагоотдача на зърното и семената, почти всички сушилни, използвани в селско стопанство, осигуряват отстраняване на влагата за един проход от зърнената маса само до 6% при режими за хранително зърно и до 4-5% за посевния материал. Следователно зърнените маси с висока влажност трябва да се прекарват през сушилни 2-3 или дори 4 пъти (виж Таблица 1).

Проблем номер 1.

Определете пригодността на барабанно сито с определени параметри за пресяване на 3,0 t/h брашно. Първоначални данни:

Решение

дадено:

ρ - тегло на насипния материал, 800 kg / m 3 ;

α - ъгъл на наклон на барабана към хоризонта, 6;

μ е коефициентът на разхлабване на материала, 0,7;

н - броят на оборотите на барабана, 11 оборота в минута;

Р - радиус на барабана, 0,3 m;

з - височината на слоя материал върху ситото, 0,05 m.

Ориз. 11. Схема на барабанно сито:
1 - задвижващ вал; 2 - барабанна кутия; 3 - сито

където μ е коефициентът на разхлабване на материала μ = (0,6-0,8); ρ - тегло на насипния материал, kg / m 3 ; α е ъгълът на наклона на барабана към хоризонта, град;Р - радиус на барабана, m;з - височината на слоя материал върху ситото, m;н - броят на оборотите на барабана, об/мин.

Q = 0,72 0,7 800 11 tg (2 6) =
= 4435,2 0,2126 = 942,92352 0,002 = 1,88 т/ч

Нека сравним получената стойност на производителността на барабанното сито с 3,0 t/h, дадена в условието: 1,88< 3,0 т/ч, значит барабанное сито с заданными параметрами непригодно для просеивания 3,0 т/ч муки.

Отговор: неподходящи.

Проблем номер 2.

Определете размерите (дължината) на плосък въртящ се екран за сортиране на 8000 kg / h материал. Първоначални данни:

Решение

r - ексцентриситет, 12 mm = 0,012 m;

α - ъгъл на наклон на пружинното сито спрямо вертикалата, 18º;

е - коефициент на триене на материала върху ситото, 0,4;

ρ - тегло на насипния материал, 1,3 t / m 3 = 1300 kg / m 3;

з - височината на слоя материал върху ситото, 30 mm = 0,03 m;

φ е коефициентът на запълване, отчитащ непълното натоварване на носещата повърхност с материал, 0,5.

Ориз. 12. Схема на въртящ се екран:
1 - пружина; 2 - сито; 3 - вал вибратор; 4 - ексцентричност

Скорост на въртене на въртящия екран:

об/мин

Скорост на придвижване на материала през ситото:

Госпожица,

където n - честота на въртене на вала на екрана, об/мин; r - ексцентриситет, m; α - ъгъл на наклон на пружинния екран спрямо вертикалата, град .;е Това е коефициентът на триене на материала срещу ситото.

Госпожица.

Площ на напречното сечение на материала върху екранаС:

кг/ч,

където С - площ на напречното сечение на материала върху екрана, m 2; v - скорост на придвижване на материала по екрана, m / s; ρ - тегло на насипния материал, kg / m 3 ; φ е коефициентът на запълване, като се отчита непълното натоварване на носещата повърхност с материал.

М 2.

Дължина на екрана b:

з - височината на слоя материал върху ситото.

Отговор: дължина на екрана b = 0,66 m.

Проблем номер 3.

Определете мощността на вала на окачената вертикална центрофуга за отделяне на захарен маскут, ако вътрешният диаметър на барабанад = 1200 мм, височина на барабанаХ = 500 mm, външен радиус на барабана r 2 = 600 мм. Останалите първоначални данни:

д - вътрешен диаметър на барабана, 1200 mm = 1,2 m;

Х - височина на барабана, 500 mm = 0,5 m;

r n = r 2 - външен радиус на барабана, 600 mm = 0,6 m

н - честота на въртене на барабана, 980 об/мин;

м б - тегло на барабана, 260 кг;

д - диаметър на шийката на вала, 120 mm = 0,12 m;

τ стр - време за ускорение на барабана, 30 s;

ρ - плътност на утфела, 1460 kg / m 3 ;

м с - тегло на окачването, 550 кг.

Ориз. 13. Схема за определяне на величината на налягането върху стените на барабана

Преобразуване на честотата на въртене на барабана в ъглова скорост:

радвам/с.

Капацитети N 1, N 2, N 3 и N 4:

KW

където m b - маса на барабана на центрофугата, kg; r n - външен радиус на барабана, m;τ стр - време за ускорение на барабана, s.

Дебелината на пръстеновидния слой маскут:

където m c - масата на окачването, заредено в барабана, kg;Х - височината на вътрешната част на барабана, m.

Вътрешният радиус на пръстена от маскут (съгласно фигура 13):

r n = r 2 Е външният радиус на барабана.

Мощност за пренасяне на кинетична енергия към маскута:

KW

където η - коефициент полезно действие(за изчисления приеметеη = 0,8).

Коефициент на разделяне в барабана на центрофугата:

където m - масата на барабана с окачване ( m = m b + m s), kg; Ф - фактор на разделяне:

Мощност за преодоляване на триенето в лагерите:

KW

където p ω - ъглова скорост на въртене на барабана, rad / s;д - диаметър на шийката на вала, m;е - коефициент на триене в лагерите (за изчисления вземете 0,01).

KW

Мощност за преодоляване на триенето на барабана във въздуха:

KW

където D и H - диаметър и височина на барабана, m;н - честота на въртене на барабана, об/мин.

Заменете получените стойности на мощността във формулата:

KW

Отговор: мощност на вала на центрофугата N = 36,438 kW.

Проблем номер 4.

Р - общо въздушно налягане, 1 bar = 1 10 5 Ра;

T - температура на въздуха, 32,55 ºС;

φ - относителна влажност, 75% = 0,75.

Съгласно Приложение Б, ние определяме налягането на наситената пара (за нас ) за дадена температура на въздуха и се превежда в системата SI:

за t = 32,55 ºС p sat = 0,05 при · 9,81 · 10 4 = 4905 Pa.

Съдържание на влага във въздуха:

където п - общо атмосферно налягане, Pa.

Енталпия на влажен въздух:

където 1,01 е топлинният капацитет на въздуха при ρ = const kJ / (kg K); 1,97 - топлинен капацитет на водна пара, kJ / (kg · K); 2493 - специфична топлина на изпаряване при 0 С, kJ / kg; T - температура на въздуха по суха крушка, С.

Обем на влажен въздух:

Обем на мокър въздух (в m 3 за 1 кг сух въздух):

където е газовата константа за въздух, равна на 288 J / (kg K); T - абсолютна температура на въздуха (Т = 273 + t), К.

M 3 / кг.

Отговор: съдържание на влага χ = 0,024 kg / kg, енталпияаз = 94,25 kJ / kg и обемът на влажния въздух v = 0,91 m 3 / кг сух въздух.

Библиография

1. Плаксин Ю. М., Малахов Н. Н., Ларин В. А. Процеси и апарати за производство на храни. - М .: КолосС, 2007 .-- 760 с.

2. Стабников В.Н., Лисянски В.М., Попов В.Д. Процеси и апарати за производство на храни. - М .: Агропромиздат, 1985 .-- 503 с.

3. Trisvyatsky L.A. Съхранение и технология на селскостопанската продукция. - М .: Колос, 1975 .-- 448 с.