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 №1 обладнання для миття сировини
Вінниця
2010
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; старший викладач кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» І.М. Берник.
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 “ “ 2010 р.
- рішенням навчально-методичної комісії Вінницького національного аграрного університету протокол № від “ “ 2010 р.
ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ МИТТЯ СИРОВИНИ
Миття та очищення сировини і тари визначають якість кінцевого продукту і в значній мірі впливають на потужність виробництва, а часто визначають і економічні прибутки підприємства. Режими, та обладнання для миття сировини залежать від виду сировини, величини і виду забруднень, потужності виробничих потоків та кількості і характеру сторонніх домішок. Часто процес миття сировини виконується не на одній машині, а на спеціальній технологічній лінії, куди включається обладнання для відмочування, перетирання і ополіскування. Харчова сировина, як правило, забруднена залишками ґрунту, пилу, має домішки рослинного та мінерального характеру. Характер поверхні сировини буває досить складний, особливо у коренеплодів (буряків, картоплі, топінамбуру). Для миття сировини використовується чиста чи оборотна вода, і тільки на кінцевих операціях використовується чиста вода з антисептиками, якщо при подальшій обробці сировини можливі небезпечні мікробіологічні процеси.
Забруднення на поверхні тари бувають досить складні і складаються з рідкої і твердої фаз (жири, частки попереднього продукту, осади і та ін.).
Склад забруднень обумовлює їх різні механічні властивості та сили зчеплення з поверхнею, хоч поверхня тари не буває складною.
Для миття тари використовуються такі миючі засоби: аніоно- і катіоноактивні, амфолітні і неіоногенні. Миючий розчин повинен забезпечити змочування поверхонь і диспергування забруднень (набухання, пептизація і подрібнення білкових речовин, омилювання жирів).
Змочування поверхонь залежить від поверхневого натягу миючого розчину і міжфазового натягу між рідиною і твердим тілом. Найбільш ефективне змочування і миття забезпечується при мінімальному поверхневому натязі миючого розчину. Для досягнення цього використовують два методи - тепловий і з добавками поверхнево активних речовин (ПАР).
Залежно від виду забруднень до складу миючого розчину входять різні речовини: такі, що емульгують жири і омилюють жирні кислоти - їдкий луг; пептизують білки і знижують жорсткість води - тринатрійфосфат та ін.; запобігають корозії металів - рідке скло і ПАР. Кількість кожного компоненту визначається видом і особливістю поверхні, що відмивається.
Якість відмитих поверхонь визначається по відсутності слідів забруднень, миючих засобів та по кількості мікроорганізмів на них.
В теперішній мас для миття харчової рослинної сировини, тари і санітарної обробки обладнання використовуються мийні машини різних типів і конструкцій (рис. 2.1). їх можна класифікувати: залежно від характеру процесу (безперервно і періодично діючі); від виду оброблюваних об'єктів (для миття сировини і тари); від способу дії мийного середовища (відмочні, струменеві, відмочно-струменеві, шприцеві, відмочно-шприцеві) і за іншими ознаками. Але цю класифікацію не можна вважати закінченою тому, що час від часу з'являються нові і нові машини для підготовки сировини і тари.
Інтенсифікація процесу миття можлива за рахунок використання більш ефективних миючих розчинів, інтенсифікації руху мийних розчинів біля брудних поверхонь. Вона виконується різними способами: турбулізацією розчину повітряним барботуванням, механічним перемішуванням мийних розчинів або сировини, використанням щіток для відмивання поверхонь; приведенням мийного розчину або сировини в коливальний рух за допомогою динамічних вібраторів.
До мийних машин пред'являються наступні вимоги: висока ступінь відмивання об'єктів, мінімальне псування і подрібнення сировини; мінімальні потреби води і електроенергії, простота обслуговування і ремонту, надійність в експлуатації.
Очищенням харчової сировини називається процес видалення неїстівних частин (кісточки, плодоніжки) або малоцінних у харчовому відношенні (шкурки) частин овочів і плодів.
Відомі наступні методи очищення харчової сировини від шкірних покровів: термічний, механічний, хімічний і комбінований. Вибір методів очищення залежить від сировини, яка надходить на обробку, а також виду готової продукції.
Розрахунок стрічкової машини для миття овочів та плодів
Миття рослинної сировини проводять зануренням у воду, якщо ця сировина важча за воду (відмочка), ополіскуванням струменями води, використанням щіткових пристроїв, активним перемішуванням, а також перетиранням. У більшості машин використовують комбінацію цих методів миття.
Із багатьох мийних машин найбільше розповсюдження отримали лопатеві, стрічкові, барабанні, щіткові, комбіновані, вібраційні та інші. Вибір конструкції мийної машини визначається структурно-механічними і міцнісними властивостями рослинної сировини, а також характером та кількістю забруднення на її поверхні. [16] Для кожного виду сировини потрібен свій спосіб і режим миття.
Уніфікована мийна машина (рис. 2.2) призначена для миття різних овочів і плодів як з м'якою, так і з твердою структурою. Вона складається з ванни (1), роликового конвеєра (2), душового (струминного) пристрою (3) і приводу (4). На каркасі ванни змонтовані всі вузли мийної машини.
При роботі машини плоди подаються у мийний простір ванни безперервно. Для інтенсифікації миття плоди активно перемішуються за допомогою стиснутого повітря, що підводиться від нагнітача. Вимиті плоди із мийного простору переміщаються нахиленим транспортером, у верхній частині якого вони ополіскуються водою із струминного пристрою (3).
Вивантаження продукту проводиться через лоток, що регулюється по висоті. Величина шару продукту, що надходить на транспортне полотно, регулюється заслінкою. Вода, що надходить у ванну через струминний пристрій, видаляється через зливну щілину. Чистка ванни проводиться через грязьовий люк та бокові вікна.
Основні розрахункові залежності
Продуктивність Q, кг/с уніфікованих мийних машин визначається продуктивністю робочого транспортера:
Q=b∙ hc ∙ c ∙ pc ∙vc, (2.1)
де b - ширина робочої частини транспортера, м (визначається шириною інспекційного транспортера, яка складає 0,6-0,9 м);
hс - висота шару сировини, м (табл.2.1);
- коефіцієнт використання транспортера (с=0,6-0,7);
рс - насипна густина сировини, кг/м3 (табл.2.1);
v - швидкість транспортера, м/с.
Час відмокання сировини τ, с визначається корисним об'ємом ванни Wn, м3:
τ =
Насипна густина плодів і овочів
Сировина |
Висота шару сировини hCl, м |
Насипна густина рс, кг/м3 |
Кабачки |
0,14 |
450-500 |
Перець |
0,08 |
200-300 |
Баклажани |
0,16 |
330-430 |
Помідори |
0,06 |
580-630 |
Цибуля |
0,05 |
490-520 |
Яблука |
0,07 |
430-579 |
Груші |
0,06 |
450-610 |
Сливи |
0,03 |
530-680 |
Морква |
0,05 |
560-590 |
Корисний об'єм ванни W визначається площею дзеркала води у ванні Fз, м2. При звичайній призматичній формі ванни:
W =
де Н - глибина найбільш зануреної частини і несучої частини транспортера (H = (0,5-5-0,7 м).
Площа дзеркала води у ванні машини F , м2:
F3=A ∙ B,
де А- довжина дзеркала води у ванні, м;
В - відстань між боковими стінками ванни, м (В= b+0,1).
Кількість повітря і необхідний напір, під яким він повинен подаватися в барботер, визначається розмірами дзеркала води у ванні і глибиною занурення отворів виходу повітря із барботера. Практикою експлуатації мийних машин установлена наступна норма: 1,5 м3 повітря у хвилину на 1 м2 площі дзеркала води, тобто:
Нагнітач повітря для мийної машини вибирають по витратах повітря Wn і необхідному тиску Рп. Оскільки довжину повітропроводу до барботера і швидкість повітря в повітропроводі можна не враховувати, то тоді Рп,Па:
де ρп - густина повітря, кг/м3 (ρ = 0,00129 кг/м3,);
vn - швидкість повітря в повітропроводі, м/с (vn рекомендується не більше 10 м/с);
х - коефіцієнт місцевого опору (в розрахунку = 0,30-0,45);
рр— густина води, кг/м3 (рв=1000 кг/м3,);
hp- глибина занурення в воду отворів барботера, м (hp =Нм+0,1);
g - прискорення вільного падіння, м/с2.
Потужність двигуна для приводу нагнітача повітря Nn, кВт,
де Wn - витрати повітря, м3/с;
Рп - необхідний тиск, Па (Р=0,15-0,2 МПа);
ηп- ККД нагнітача (η=0,6+0,8).
Потужність, необхідну для приводу відцентрового насосу, що подає рідину до струминних пристроїв N, кВт визначають за формулою, аналогічною формулі (2.7):
де Qp - витрати рідини, м3/с;
Р - тиск рідини біля насоса, Па; Рp = 0,2-0,3 МПа;
𝜼n - ККД насоса (𝜼n=0,70-0,85).
Витрати рідини Qp , м3/с:
де µ - коефіцієнт витрати (для циліндричної насадки µ=0,82; для конічної, що сходиться µ=0,48, вид насадки вибирають самостійно);
d - діаметр отворів барботера, м (вибирають рівним 0,75; 1,25; 1,50 мм в залежності від виду перероблюваної сировини, менше значення вибирають для дрібних плодів і овочів);
п - кількість однакових отворів барботера (в розрахунку
приймаємо п =50-60);
Ри - напір рідини біля вихідних отворів, Па, в розрахунку приймають Р = 0,2...0,3 МПа);
рр - густина миючої рідини, кг/м3 (рр = 1000 кг/м3).
Напір рідини біля насоса:
де Рп - втрати напору від місцевих і шляхових опорів, Па.
Втрати напору:
де υр - швидкість рідини в трубопроводі , м/с (рекомендується не більше 2 м/с);
ξ- коефіцієнт місцевого опору (вибирається за довідником, в розрахунку приймається ξ =0,85);
λр- коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу;
lт - довжина трубопроводу, м;
dm - діаметр трубопроводу, м.
Коефіцієнт опору тертя по довжині трубопроводу визначається за наступними формулами:
при
при
Re - число Рейнольдса
µр- кінематична в'язкість миючої рідини
(µр =l,01 -106 м2/с)
Потужність Nтр,кВт, для приводу основного транспортера:
де А - зусилля транспортера, Н;
υш- швидкість транспортера, м/с;
ή- ККД передаточних механізмів (ή=0,61.. .0,78).
Тягове зусилля визначають методом обходу по контуру з врахуванням максимального завантаження. Орієнтовно тягове зусилля
Ат, Н-м, можна визначити за формулою:
Ат=(0,125qL+50+0,125qL)g,
де q - маса корисного навантаження на 1 м транспортера, кг
(q=8...12 кг);
q - маса 1 м транспортера без навантаження, кг (q =4,4...5,1 кг);
Lч- довжина навантаженої частини транспортера, м (L=0,65 L);
L - довжина транспортера, м;
g=9,81 м/с2 - прискорення вільного падіння.
Приклад розрахунку
Приклад. Розрахувати уніфіковану мийну машину, якщо задано: швидкість транспортеру v =0,14 м/с, довжина дзеркала води у ванні А=1,94 м; діаметр трубопроводу dm=0,38 м; довжина трубопроводу l=8 м; довжина транспортеру L=3,8 м і вид оброблюваної сировини - морква.
Розв'язання: Визначаємо продуктивність уніфікованої машини за продуктивністю робочого транспортера:
Q=b∙ hc ∙ c ∙ pc ∙vc, = 0,7 ∙ 0,05 ∙0,6 ∙ 570 ∙ 0,141 = 1,69 кг/с
Площа дзеркала води у ванні машини:
F=A*В=1,94-0,8=1,55 м2.
Корисний об'єм ванни при призматичній формі:
Кількість повітря визначається розмірами дзеркала води у ванні:
Необхідний напір визначається глибиною занурення отворів баробо-тера, а тиск визначається за формулою:
Потужність двигуна для приводу нагнітача повітря визначається за формулою:
Витрата рідини для барботера визначається за формулою:
Потужність двигуна для приводу відцентрового насоса визначається за аналогічною формулою, як і для повітря:
Потужність двигуна для приводу основного транспортера:
Зусилля транспортера орієнтовно визначається за формулою