Некоторые формулы технологического расчета машин и аппаратов.

Производительность всех машин и аппаратов зависит от трех основных факторов. На производительность могут влиять и дополнительные факторы, вводимые в формулу в качестве коэффициентов. Однако мы рекомендуем при написании (составлении, а не запоминании) исходить их трех факторов:

- конструктивные размеры рабочих органов;

- время цикла (для периодического) и скорость (для непрерывного ритма работы);

- характеристика обрабатываемого продукта (его плотность).

 

Производительность устройств:

Барабанный механизм (дозатор, насос и т. п.)

                                                                    П = F · l · k · n · r      кг/с

 

 

где F - площадь желобка барабана, м^2   l - длина барабана                 м   k - число желобков n - частота вращения             1/с r -  плотность продукта       кг/м^3

 

 

Шнековый — (дозатор, питатель и т. п.)

                                                                 П = (D² / 4) · S · n · r × j

где D - диаметр шнека               м   S - шаг шнека                           м   n - частота вращения         1/с r - плотность продукта    кг/м^3 j - коэффициент заполнения -            l - длина шнека не играет роли и в формуле отсутствует

 

Ленточный — (дозатор, конвейер и т. п.)

                                                              П = b · n · v · r             кг/с

 

где b - ширина слоя на ленте    м h - высота слоя продукта    м v - линейная скорость ленты м/с r - плотность продукта      кг/м^3 l - длина конвейера не играет роли и в формуле отсутствует

Длина конвейера не играет роли и в формуле отсутствует.

 

 

Валковый — (нагнетатель, дозатор и т. п.)

                                                              П = p · D × h × n × r × k

где D - диаметр валков                м   h - зазор между валками       м   l - длина валков                     м   n - чистота вращения валков м/с r - плотность продукта         кг/м^3   k - коэффициент подачи        —

 

Месильная машина – (дозатор, варочный котел и т. п. периодического действия).

                                                         

 

где   V - объем дежи, бункера      м^3   r - плотность продукта      кг/м^3 j - коэффициент заполнения — tb + t3 - цикл работы,                    с например tb - время вспомогательное t3 - время замеса теста

 

Смеситель — непрерывного действия

 

                                                       

 

 

Рис. 1

где D - диаметр лопаток             м   S - шаг лопаток                    м n - частота вращения          1/с r - плотность продукта     кг/м^3    k - коэффициент формы лопаток — k2 - коэффициент угла поворота      лопаток                                 —

Расчет потребностей мощности различных машин определяется зачастую с некоторыми допущениями. Мощность рассчитывается через производительность машины или через работу выполняемую рабочими органами.

Так потребная мощность двигателя шнекового дозатора муки:

                   

 

                                                                                                                                        к       кВт

где h – к.п.д. привода;

L– горизонтальная проекция пути перемещения, м;

c – коэффициент сопротивления перемещению муки в корпусе дозатора,

для муки с = 1,2;

к– коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках,

  к = 1,1 1,2;

H – высота подъема продукта.

 

Потребная мощность ленточного дозатора муки:

                    

 

                                                                                                                                  кВт

где Р – окружное усилие на приводном барабане, Н;

V– скорость ленты, м/с.

 

 

                                                                                                              

где S_n – напряжение ленты на приводном барабане, Н;

S₁ – предварительное напряжение ленты;

S₁ – от 9,8 до 19,6 Н на 10 мм ширины ленты.

Потребная мощность на замес теста в месильных машинах периодического действия определяется [5]:

            

где m – масса теста в деже, кг;

 R – максимальный радиус вращения месильного органа, м;

w – угловая скорость, рад/с;

  h – к.п.д. привода;

  z – количество месильных органов.

Эта же мощность может быть определена как сумма работ необходимых для замеса теста:

                    кВт [2, 4]

где А₁  – работа расходуемая на перемешивание массы;

А₂ – работа расходуемая на вращение лопастей;

        А₃ – работа, расходуемая на нагрев теста и соприкасающихся с ним деталей машины;

А₄ – работа расходуемая на изменение структуры теста.

Потребная мощность на деление теста в тестоделителях зависит от конструкции механизма нагревания и деления теста.

Мощность для тестоделителя со шнековым нагнетателем и отсекающим устройством [2, 4] (нож, делительная головка - грань мерного кармана).

      

 

 

                                                  кВт

где р – рабочее давление 0,05 - 0,2 Мпа;

a – угол подъема винтовой линии;

R – наружный радиус шнека, м;

         r – радиус вала шнека, м;

n – частота вращения шнека, с^-1;

P – удельное сопротивление резанию, для ножа 1,0 - 1,5 · 10² Н/м для делительной головки P - 5,0 · 10² Н/м;

L – длина режущей кромки (ножа, грани мерного кармана);

v – скорость резания, м/с;

h – к.п.д. привода.

Мощность делителя с лопастным или поршневым нагнетанием и делением мерным карманом [2, 4]:

                               кВт,

где А₁ – работа расходуемая на сжатие теста в рабочей камере до 0,1 Мпа;

А₂ – работа расходуемая на преодоление сопротивления при пере-мещении теста;

А₃ – работа расходуемая на стабилизацию давления;

А₄ – работа расходуемая на отделение (отрезание) куска теста;

А₅ – работа расходуемая на возврат теста из рабочей камеры в приемную воронку;

А₆ – работа расходуемая на перемещение нагнетателя;

t – время цикла.

 

Мощность тестоделителя с валковым нагнетателем и делением мерным карманом.

                           кВт,

где N₁ – мощность необходимая на вращение (нагнетание) валков;               

N₂ – мощность необходимая на отделение (отрезание) куска теста;

N₃ – мощность необходимая на привод сбрасывающего валика;  

N₄ – мощность необходимая на привод отводящего конвейера.

 

                              кВт,

где P – рабочее давление, МПа;

R – радиус валка, м;

    a, b – углы питания и нагнетания, рад;

        j – угол трения теста о валок j = 25 ¸ 30⁰;

w – угловая скорость валка.

Технологический расчет некоторых устройств для производства макаронных изделий.

Расчет пресса. Т.к. пресс представляет собой агрегат состоящий из нескольких устройств, рассмотрим определение их параметров в отдельности.

 

Производительность пресса П - можно определить через пропускную способность матрицы:

П = П_с (100 - W_с) (100 - W)       кг/час,

 

 

где П_с – пропускная способность матрицы по сырым изделиям (производительность пресса по сырым изделиям);

    W_c – влажность сырых изделий 30—32%;

    W – влажность сухих изделий 13%.

                   П_с = f × v × r      

 

 

где f – площадь живого сечения матрицы;

v – скорость выпрессовывания, м/с;

r – плотность теста 1300 кг/м³;

 для лапши f _л = n · в · а;

 

для вермишели ;

для макарон

где n – количество отверстий в матрице, шт;

   d_н, d_в – наружный и внутренний диаметр отверстия;

     а, в – длина и ширина отверстия.

 

В смесителе определяют его вместимость (объем камеры)

                       м³

где П_с – производительность по сырому продукту, кг/час;

  t – время замеса - 0,16—0,18 часа;

r – плотность макаронного теста без утряски - 710—720 кг/м³;

к – коэффициент заполнения камеры - 0,5.

 

Производительность шнека определяется по формуле аналогичной вышеприведенной в упрошенном виде/ Необходимо учитывать коэффициенты к_п - заполнения - 1; к_н - прессования 0,5—0,56; к_с - подачи (уменьшения) 0,9—1,0.

Мощность привода шнека

        

 

                                                                                кВт

где r - давление формования 5-10 Мпа;

n - частота вращения, мин^-1;

a - угол подъема винтовой линии по среднему диаметру;

R₁ и R₂ - внутренний и наружный радиусы шнека, м.

Расчет сушильных установок сводится к определению расхода подаваемого воздуха и необходимого количества тепла.

 

 

Лабораторные работы, проводимые в лабораториях

кафедры «Пищевые машины».

 

Лабораторная работа № 1. Анализ и синтез совместной работы элементов склада муки и аэрозольтранспорта (пневмотранспорта) при бестарном хранении и транспортировании муки.

Лабораторная работа № 2. Исследование конструктивных возможностей просеивателя для использования его в тарном складе.

Лабораторная работа № 3 (с игровой ситуацией). Анализ конструкции и исследование возможности применения тестоделителя «Кузбасс» в новых производственных условиях.

Лабораторная работа № 4. Анализ конструкции и оптимизация конструктивных размеров тестоделителя РМК.

Лабораторная работа № 5 (с игровой ситуацией). Исследование конструктивных возможностей расстойно-печного агрегата ХПА-40 с целью его модернизации.

Лабораторная работа № 6. Исследование влияния конструктивных размеров матрицы на производительность макаронного пресса.

 

Тесты по дисциплине:

 

1. В каком отделении поточной линии производства хлеба используются наибольшее количество ручного труда? а) разделки теста; б) остывочном; в) экспедиции.

2. Какие производственные отделения являются общими для линии производства хлеба и макарон? а) прием и хранение сырья; б) приготовление теста (полуфабрикатов); в) фасовки и упаковки.

3. Концентрация смеси муки и воздуха в пневмотранспорте составляет кг/кг: а) 0,5–4; б) 10–15; в) 20–200.

4. Достоинством склада БХМ и аэрозоль транспортом является: а) исключение тяжелых физических работ; б) уменьшается распыл муки; в) экономия электроэнергии; г) все вышеперечисленные преимущества.

5. Макаронная мука крупитчатой структуры имеет плотность, кг/м³: а) до 550; б) до 600; в) до 700.

6. Сито просеивателя «Бурат» совершает движение: а) возвратно-поступательное; б) вращательное; в) неподвижно, но имеет вращающиеся побудители.

7. Ленточный дозатор Р3-ХДА имеет конвейеров: а) один; б) два; в) три.

8. Дозировочная станция жидких компонентов ВНИИХП-06 работает в ритме: а) фиксированном; б) нефиксированном; в) замешанном.

9. Тестомесильные машины по количеству месильных камер, обеспечивающих необходимое качество различают: а) однокамерные; б) двухкамерные; в) трехкамерные; г) могут иметь любое из перечисленных количеств.

10. Недостатком тестомесильной машины периодического действия Т1-ХТ2А является: а) ручной труд; б) необходимость специального пола; в) потребность заглубления пола размещения привода; г) могут иметь все перечисленные недостатки.

11. Тестоприготовительный агрегат И8-ХТА работает как правило на опаре (закваске): а) жидкой; б) густой; в) большой густой; г) на любой из перечисленных.

12. Тестоприготовительные агрегаты имеют достоинство перед дежевым тестоприготовлением: а) требуют меньше площади; б) создают поточность производства; в) облегчают условия работы; г) имеют все перечисленные достоинства.

13. Тестоделитель РТ-2 имеет нагнетание: а) шнековое; б) лопастное; в) валковое; г) поршневое.

14. В рабочей камере тестоделителя может осуществляться давление МПа: а) 0,01; б) 0,1; в) 1,0.

15. Сквозная печь Г4-ПХС-25 имеет недостатки по сравнению с печью ФТЛ: а) большую площадь; б) меньший срок службы; в) невозможность применения твердого топлива; г) все перечисленные недостатки.

16. В каком отделении поточной линии производства макарон используется наибольшее количество ручного труда? а) замес и формование теста; б) сушка и стабилизация макарон; в) упаковка макарон.

17. Какое давление при формовании макаронных изделий в МПа? а) 1–3; б) 5–6; в) 8–12.

18. Какое вакуумирование наиболее эффективно при производстве макаронных изделий? а) при замесе теста; б) при формовании теста; в) при дозировании сырья.

19. С какой целью для матриц используются колосники? а) для улучшения формования теста; б) для увеличения прочности матриц; в) для увеличения скорости формования сырых изделий.

20. Какие материалы используют для уменьшения адгезии теста в макаронных матрицах? а) дюраальминий; б) бронза; в) резина; г) второпласт.

21. В чем заключается конструктивное отличие матриц для формования длинных и коротких макаронных изделий? а) толщиной матрицы; б) количеством формующих отверстий; в) формой матрицы.

 

 

Словарь основных понятий

Агрегат – соединение в одно целое двух или нескольких машин для производства общей работы.

Аэрация – насыщение сыпучего продукта (или воды) воздухом; насыщенный воздухом слой сыпучего продукта может быть назван псевдоожиженным, т.е. ведущим себя как жидкость.

Аэрозольтранспорт – перемещение сыпучих материалов (муки) по трубопроводу с помощью воздуха, когда материал находится во взвешенном состоянии.

Бастун – металлическая трубка, имеющая в сечении овальную форму и предназначенная для сушки длинных макаронных изделий.

Вакуумирование – процесс удаления паровоздушной смеси из тестовой массы в процессе его замеса.

Вкладыш – элемент макаронный матрицы, определяющий внешний вид и форму изделия.

Водяная рубашка – конструкция трубы в трубе для отвода теплоты, возникающего при трении тестовой массы о внутреннюю поверхность шнековой камеры.

Гигротермическая обработка (устройства для нее) – подача влажного пара по перфорированным (с отверстиями) трубам в первую зону пекарной камеры для увлажнения тестовых заготовок, с целью получения глянца и предотвращения растрескивания (разрывы) поверхности.

Интенсивный замес (месильная машина интенсивного замеса) – усиленная механическая обработка теста при замесе, с целью интенсификации созревания теста после замеса и улучшения его качества. В машинах, чаще всего, достигается увеличением частоты вращения рабочих органов.

Конвективная сушка – сушка нагретым воздухом

Матрица – металлический диск или прямоугольная пластина со сквозными отверстиями, профиль которых определяет форму и внешний вид макаронных изделий.

Мочка хлебная – полуфабрикат приготовленный (измельченный брак ржаного хлеба) на протирочной машине с добавлением воды 1: 2 с влажностью 75-80%, после выстаивания мочку добавляют в месильную машину при замесе ржаных и ржано-пшеничных сортов.

Округлители – машины придающие кускам теста форму шара. Закаточные машины – придающие кускам (шаровым) теста батонообразную форму.

Отволаживание – зоны в сушильной камере с отсутствием движения воздушных потоков.

Повышенная точность дозирования муки (дозаторы периодического и непрерывного действий) – досыпка или непрерывное подсыпание тонкой струей.

Перетирание теста – нежелательное механическое воздействие, возникающее при перемещении тестовой массы относительно шнека и внутренней поверхности шнековой камеры.

Пусковой момент – начальный период времени при вращении рабочего органа (шнека).

Расстойка – восстановление пористой структуры теста, утраченной при делении и формовании заготовок (брожении теста в куске теста).

Рециркуляция – возврат (ретро) отработанных топочных газов к горелкам печи, с целью экономии топлива и повышения КПД.

Саморазвес – машина, обеспечивающая резку и раскладку макаронных прядей на бастуны.

Стабилизация, в стабилизаторах накопителях – создание необходимых температурно-влажностных параметров для перехода продукта из зоны сушки на установку.

Стабилизация давления – в тестоделителях вырабатывание давления в рабочей камере в момент отделения куска теста от общей массы.

«Сход» - материл (продукт) не прошедший через сито при просеивании; «проход» - материал прошедший через сито.

Упаковка (упаковывание) – комплекс защитных мер и материальных средств по подготовке продукции к транспортированию и хранении для обеспечения ее материальных сохранности.

Формующие машины (формование) – машины придающие соответствующую форму пластичной массе (теста).

 

Ответы на тестовые задания.

К теме 1 1. а); 2. г); 3. в); 4. в); 5. а).

К теме 2. 1. б); 2. б); 3. б); 4. в); 5. а).

К теме 3. 1. б); 2. а); 3. а); 4. а); 5. г).

К теме 4. 1. б); 2. а); 3. а); 4. б); 5. а); 6. б).

К теме 5. 1. а); 2. б); 3. б); 4. а); 5. г).

К теме 6. 1. в); 2. а); 3. б); 4. в); 5. в).

К теме 7. 1. б); 2. в); 3. а); 4. а); 5. а).

К теме 8. 1. а); 2. б); 3. в); 4. в); 5. г).

К теме 9. 1. в); 2. г); 3. а); 4. г); 5. г); 6. в).

К теме 10. 1. в); 2. г); 3. г); 4. г); 5. в).

К теме 11. 1. г); 2. а); 3. г); 4. в); 5. г).

К теме 12. 1. в); 2. б); 3. б); 4. а); 5. б); 6. б); 7. в); в. б).

К теме 13. 1. а); 2. в); 3. в); 4. в); 5. г).

 

 

Список литературы

1. Азаров Б.М., Лисовенко А.Т., Мачихин С.А. и др. Технологическое оборудование хлебопекарных и макаронных предприятий. – М.: Пищевая промышленность, 1986. – 263 с.

2. Гатилин А.Н. Проектирование хлебозаводов. – М.: Пищевая промышленность, 1975. – 365 с.

3. Зайцев Н.В. Технологическое оборудование хлебозаводов. М.: Пищепромиздат, 1967. – 573 с.

4. Чернов М.Е., Медведев Г.М., Негруб В.П. Справочник по макаронному производству. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 303 с.

5. Чернов М.Е. Упаковка сыпучих продуктов. М.: ДеЛи, 2000. – 168 с.

6. Хромеенков В.М. Технологическое оборудование хлебозаводов и макаронных фабрик. Санкт-Петербург: ГИОРД, 2002. – 488 с.