3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЕЙ

3.1.Производительность шнековых смесителей непрерывного действия определяется по формуле кг/ч:

, (3.1)

где - площадь сечения трубы, м2;

- осевая скорость продвижения продукта по трубе, м/с;

- плотность смеси, кг/м3;

- коэффициент наполнения, равный 0,7÷0,8;

Т – время цикла обработки одной порции, мин.

Это время складывается из времени загрузки, смешивания и выгрузки, т. е. Т=t3+tсм+tв и обычно составляет 12-15 мин.

Скорость вращения лопастей определяется из условия, при котором центробежная сила, сообщаемая материалу вращающейся лопастью, должна быть меньше или равна силе тяжести самого материала, т. е.

m·ω2·R ≤ m·g, (3.2)

где R – наибольший радиус лопасти, м.

Условие, при котором

m·ω2·R = m·g, (3.3)

будет соответствовать максимально допустимой частоте вращения вала смесителя. Выразив угловую скорость через частоту вращения вала и решив уравнение относительно n, получим

(3.4)

3.2.Производительность лопастного смесителя непрерывного действия, кг/ч, выражается формулой:

, (3.5)

где D – наружный диаметр лопастей, м;

s – шаг лопастей, м;

n – частота вращения вала смесителя, об/мин;

γ – плотность продукта, кг/м3;

φ – коэффициент подачи, зависящий от конструкции лопастей и их расположения на валу.

Мощность, потребная на привод лопастного смесителя, Вт, определяется по формуле:

, (3.6)

где Рр – радиальная составляющая силы сопротивления продукта, действующая на лопасть, Н;

υр – окружная скорость точки приложения равнодействующей сил сопротивления корма, действующих на лопасть, м/с;

Р0 – осевая составляющая силы сопротивления продукта, действующая на лопасть, Н;

υ0 – осевая скорость движения точки приложения равнодействующей, м/с;

η – к. п. д. передачи.

Скорости υр и υ0 можно представить как:

; (3.7)

, (3.8.)

где l – длина лопасти, м;

Θ – угол поворота лопасти;

b – ширина лопасти, м;

ω – угловая скорость лопасти, рад/с;

α – угол наклона лопасти к плоскости вращения.

Силы Рр и Р0 определяются по формулам

; (3.9)

, (3.10)

где hc – средняя глубина погружения данной лопасти, равная половине наибольшей глубины погружения лопасти, м;

F – площадь данной лопасти, м2;

φ – угол трения продукта по лопасти;

ƒ – коэффициент трения продукта по лопасти.

3.3.Тепловой расчет кормозапарников-смесителей

Общее количество тепла Q Дж, необходимое на обработку порции продукта, расходуется в основном на нагрев продукта Q1, нагрев стенок запарника Q2, на потери в окружающую среду Q3 и равно:

Q=Q1+Q2+Q3. (3.11)

Составляющие Q1, Q2 управления теплового баланса определяются на основе закона теплотехники, согласно которому количество тепла, необходимое для нагревания любого вещества в пределах разности конечной и начальной температур, пропорционально массе этого вещества и его теплоемкости.

Следовательно, количество тепла, расходуемое на нагревание продукта, Дж, равно

Q1=Mпр·спр (tкон - tнач), (3.12)

где Мпр – масса нагреваемого продукта, кг;

спр – теплоемкость нагреваемого продукта, Дж/кг·град.;

tкон и tнач – конечная и начальная температура продукта, град;

а на нагревание стенок запарника, Дж

Q2=Mст·сст (tкон – t’нач), (3.13)

где Mст – масса нагреваемых частей запарника, кг;

сст – теплоемкость материала, из которого изготовлен запарник, Дж/кг·град.;

tкон и t’нач – конечная и начальная температура стенок запарника, град.

При запаривании первой порции продукта значение t’нач принимается равным tнач – начальной температуре продукта. При запаривании же последующих порций значений t’нач выше и будет зависеть от времени разгрузки и загрузки запарника.

Значение tкон для условий тепловой обработки кормов в запарниках открытого типа, где процесс происходит при нормальном атмосферном давлении, принимается равным 100 оС. В случае обработки корма в запарниках закрытого типа, где процесс протекает при избыточном давлении, равным давлению пара, величина tкон принимается равной температуре пара при данном давлении.

Расход тепла на потери в окружающую среду определяется по формуле:

, (3.14)

где F – поверхность нагрева запарника, м2;

β – суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/м2·град;

tст – температура наружных стенок запарника, град;

tв – температура окружающего воздуха, град;

T – продолжительность теплопередачи (время процесса), с.

Суммарный коэффициент теплопередачи β показывает, какое количество тепла в единицу времени отдается с 1м2 наружной поверхности запарника в окружающую среду путем конвекции и теплоизлучения при разности температур в 1о.

Коэффициент теплопередачи β – очень сложная величина, которой учитываются следующие факторы, обусловливающие протекание теплообмена: теплопроводность, плотность, теплоемкость, температура, форма и линейные размеры поверхности и др. Этот коэффициент в большинстве случаев определяют экспериментально.

Для запарника, температура стенок которого не превышает 150оС, находящегося в закрытом помещении, коэффициент β приближено составляет:

, (3.15)

где Δt – разность температур между стенками запарника и окружающим воздухом.

Общее количество тепла Q Дж, подводимое в запарник, передается Р кг пара, имеющим теплосодержание і Дж/кг. С учетом того, что часть тепла, заправленная в отводимом из запарника конденсате, не используется, уравнение теплового баланса примет вид:

, (3.16)

откуда

, (3.17)

где і - теплосодержание сухого насыщенного пара, Дж/кг;

Р – расход пара, Дж/кг;

in – теплосодержание пара, Дж/кг;

ik – теплосодержание конденсата, Дж/кг;

Обычно в запарниках используется влажный насыщенный пар, теплосодержание которого равно

, (3.18)

х – степень сухости пара, для котлов малой производительности без сухопарников, равная 0,96.

Теплосодержание конденсата определяется по формуле:

, (3.19)

где ск – теплоемкость конденсата; при конденсации водяного пара ск=4,19·103 Дж/кг·град;

tк – температура конденсата; принимаемая равной 92-95 оС.

Удельный расход пара, т. е. расход пара, отнесенный к 1 кг запаренного продукта, составит:

, (3.20)

где Р1 – расход пара, кг/ч;

G – производительность запарника, кг/ч.

Удельный расход пара для существующих конструкций запарников может быть принят равным при запаривании корнеклубнеплодов 0,16-0,20 кг/кг, соломы – 0,40-0,50 кг/кг, при нагревании воды – 0,20 кг/кг.

Коэффициент полезного действия запарника определяется как отношение количества тепла, расходуемого на нагревание продукта, к общему количества тепла, подводимого к запарнику,

(3.21)

КПД характеризует степень совершенства конструкции запарника и правильность выбора его основных параметров. Наиболее экономичными являются стальные запарники с изоляцией и во всех случаях запарники большей емкости экономичнее запарников малой емкости.

3.4. Определение основных параметров запарников периодического действия

Производительность запарника периодического действия, кг/ч, определяется по формуле:

, (3.22)

где V – объем запарника, м3;

γ – плотность продукта, кг/м3;

φ – коэффициент заполнения емкости запарника, равный 0,85/0,90.

T – время запаривания одной порции продукта (время цикла), ч.

Время цикла складывается из времени загрузки t2, времени запаривания (прогрева) t1 и времени разгрузки t3, т. е.

. (3.23)

Из уравнения производительности при заданной ее величине можно определить необходимый объем запарника, м3:

. (3.24)

Размеры и форма запарника принятой емкости должны быть такими, чтобы его поверхность была минимальной, и на его изготовление расходовалось как можно меньше материала.

Наиболее полно этом требованиям удовлетворяет запарник, имеющий форму шара. Однако из-за сложности в изготовлении и неудобстве при механизации загрузки и выгрузки продукта запарники этого типа широкого распространения не получили.

В изготовлении более прост запарник цилиндрической формы. Исследованиями установлено, что минимальная поверхность такого запарника заданного объема будет в том случае, когда диаметр запарника D равен его высоте H, т. е. при .

При проектировании запарников цилиндрической формы отношение допускается, потому что резкое увеличение поверхности запарника лежит за пределами этого отношения.

Объем цилиндрического запарника, выраженный через его диаметр и высоту, будет равен:

(3.25)

Принимая во внимание, что

(3.26)

формула объема можно записать так:

. (3.27)

Подставив значение V в уравнение объема, выраженного через производительность, и решив его относительно D, получим расчетную формулу для определения диаметра запарника

. (3.28)

При известном D высоту запарника определяют с учетом принятого отношения .

Толщина стенки запарника, с учетом влияния коррозии, износа, неровностей и понижений прочности за счет сварного шва, определяется по формуле:

, (3.29)

где δ – толщина стенки запарника, м;

рп – давление права внутри запарника, МПа;

D – внутренний диаметр цилиндра, м;

Rz – допускаемое напряжение при растяжении, МПа (для стали марки СТ-3 Rz=90/95 МПа);

φ – коэффициент прочности шва, равный при одностороннем сварном шве электросваркой 0,65, при двустороннем – 0,85;

b – прибавка на износ, неровности и коррозию, равная 0,001/0,002 м.