Обробка матеріалів тиском (пресування)

 

Віджаття рідини із твердих матеріалів

Віджаття рідини пресуванням широко використовується, наприклад, для виділення соків з ягід і плодів, масла з олійних насінь, жиру зі шквари, води з бурякового гніту й ін. При цьому одночасно з віджаттем рідини відбувається ущільнення й брикетування твердого залишку.

Основи теорії процесу. Основною величиною, що характеризує процес віджаття пресуванням, є вихід рідини, що залежить від величини робочого тиску, характеру зв'язку рідкої фази із клітинною структурою, змісту рідкої фази у вихідному матеріалі й залишку, температури процесу, товщини шару й тривалості процесу.

Складність і недостатня вивченість явищ, що відбуваються при віджатті, різноманітність сировини й методів його попередньої обробки не дають можливості запропонувати єдине рівняння для розрахунків виходу рідини. Такі залежності поки визначають досвідченим шляхом.

У пневматичному пресі тиск на матеріал, що пресують, створюється за допомогою стисненого повітря, що збільшує обсяг циліндра з листової гуми. Завдяки цьому при одержанні, наприклад, виноградного соку матеріал, що пресують, не перетирається, не порушується механічна структура шкірочки, гребенів і насінь і сік виходить високої якості. Завантаження й розвантаження барабана проводиться через люки, установлені по його довжині. При роботі пресів роблять кілька розпушувань матеріалу шляхом обертання барабана, попередньо випустивши повітря із циліндра. Виділений сік витікає через отвори в барабані в піддон, а з нього – у збірник.

 

Формування пластичних матеріалів

За допомогою формування пластичним матеріалам надають необхідну форму. Цей спосіб обробки використовують для формування хлібопекарських дріжджів, готування з тесту хлібобулочних, макаронних, кондитерських і інших виробів.

Наприклад, тісто відноситься до пружнопластичним і в'язким матеріалам, здатним зберігати свої властивості до певної межі. За цією межею тісто починає необоротно деформуватися й тече, як в'язка рідина. Це наступає тоді, коли прикладені сили перевершують опори структури пружної системи.

Преси, застосовувані для формування матеріалів, залежно від способу дії підрозділяються на нагнітаючі, що закочують й штампують.

 

Ущільнення сипучих матеріалів

Ущільнення (пресування) сипучих матеріалів широко застосовується при виробництві цукру-рафінаду й багатьох харчових концентратів.

Щоб отримані брикети були міцними й не розсипалися, матеріал пресують у вологому стані або додають до нього єднальну рідину (рослинна олія або ін.).

 

Завдання

Варіант завдання 1.

Зробіть аналіз вивченого матеріалу та оформить результат самостійної роботи у виді графо-конспекту згідно слідуючих пунктів:

1. З'ясувати хто продовжив розвиток навчання о процесах та апаратах та в яких роботах.

2. Напишіть іноземних вчених котрі внесли значний внесок в навчання о процесах та апаратах.

3. До чого приводить забруднення навколишнього середовища та які заходи в нашій країні в першу чергу намічено здійснювати.

4. Складіть матеріальний баланс по суспензії неоднорідної рідинної системи.

5. Складіть матеріальний баланс по твердої фази неоднорідної рідинної системи.

6. Визначте рушійну силу груп процесів та її фізичний зміст.

8. Розглянути кінетику процесів та кінетичні рівняння.

9. Розглянути критерії та їх рівняння.

10. Визначити геометричний масштаб та гідродинамічну подібність.

11. Вивчити теплоємність харчових сировини та продуктів й познайомиться з їх формулами для визначення її.

12. Вивчити теплопровідність харчових сировини та продуктів й познайомиться з їх формулами для визначення її.

13. Доповнить фізико-хімічні властивості матеріалів розчинністю, поверхневим натягом рідини.

14. Визначите точний розрахунок ступеню подрібнювання твердих матеріалів.

15. Розгляньте зменшення затрати роботи на прикладі подрібнювання зерен та насінь.

16. Зробіть аналіз рівняння П.А. Ребіндера.

17. Накреслити схеми розсіву та триєрів, описати будову та принцип їх дії.

18. Накреслити схему пневматичного пресу, описати будову та принцип їх дії.

19. Накреслити схеми пресів для формування пластичних матеріалів.

20. Вивчити ущільнення (пресування) сипучих матеріалів.

 

Варіант завдання 2.

Оформити результат самостійної роботи у виді ребусів, кросвордів, тестових питань або рефератів згідно тем й вказівок викладача.

 

Контрольні питання

 

1. Де та коли зародилося навчання про процеси та апарати і хто є основоположником його?

2. Хто здійснив подальший розвиток науки про процеси та апарати в нашій країні та за кордоном?

3. Які заходи по охороні природи застосовують?

4. Які поліпшення застосовують для використання природних ресурсів?

5. На базі яких законів фізики складаються матеріальний та енергетичний баланси?

6. Для чого розглядають умови рівноваги системи та рушійну силу процесу?

7. На основі якого закону складають матеріальний баланс та як?

8. На основі якого закону складають енергетичний баланс та як?

9. Які умови рівноваги системи?

10. Що таке рушійна сила?

11. Що означають поняття «кінетіка процесу» та «кінетичні рівняння»?

12. На які групи поділяються технічні властивості сировини та продуктів?

13. Від чого залежать технічні властивості сировини та продуктів?

14. Які властивості відносяться до теплофізичних властивостей?

15. Що називається теплоємністю та формули, що визначають її?

16. Що називається теплопровідністю та формули, що визначають її?

17. Які властивості відносяться до фізико-хімічних властивостей?

18. Розчинність матеріалів, її види.

19. Що таке поверхневий натяг?

20. На що затрачається енергія при подрібнюванні матеріалу?

21. Які фактори впливають на кількість витраченої енергії при подрібнюванні зерен та насінь?

22. Яким рівнянням визначають в загальному виді витрату енергії на подрібнювання матеріалу?

23. Який висновок можна зробити після аналізу рівняння П.А. Ребіндера?

24. Як визначають параметри машин, що подрібнюють?

25. Яку мету переслідує сортування та які види його?

26. Які види руху сит та частинок по ситу?

27. Які ідеї Н.Е. Жуковського та В.В. Гортинського згідно руху частинок по поверхні сита?

28. Яка будова та принцип роботи розсівів?

29. Яка будова та принцип роботи триєрів?

30. Як визначається мінімальна частота оберту валу?

31. З якою метою проводять формування пластичних матеріалів?

32. Як ще називають ущільнення (пресування) сипучих матеріалів?

 

 

Рекомендована література

 

[1] с. 6…7; 8…9; 10…11; 13…20; 24…25; 29…30; 33…35; 36…40; 43; 44…45.

[2] с. 6; 7…13; 16…23; 29…45; 58…61; 69…76; 81…83; 85…88; 92…101.

[3] с. 7…23.

Методичні вказівки

до самостійної роботи №2

 

Гідромеханічні процеси

Основи гідравліки

 

Абсолютний і надлишковий тиск. Вакуум. Гідростатичний тиск, обумовлений рівнянням (3.1), називається повним або абсолютним гідростатичним тиском, а вхідна в цю рівність величина ρgh – надлишковим тиском:

 

р_изб = ρgh. (3.1)

 

Перепишемо рівняння гідростатики (3.1) у вигляді

 

р_изб = р – р₀. (3.2)

Скляна трубка (мал. 3.1) називається п'єзометром і може служити для виміру невеликого тиску, який визначається висотою стовпа даної рідини, тобто в одиницях довжини.

 

Прилади для виміру тиску різних його видів бувають:

– барометричний (атмосферний) тиск вимірюють барометрами рідинними чашкового (мал. 3.2, а) і сифонного (мал. 3.2, б) типів і металевими;

– надлишковий тиск, називане також манометричним, виміряється манометрами рідинними (п'єзометр і манометри у вигляді U- образної трубки мал. 3.3) або пружинними (робочі органи мембрана або трубчаста пружина).

Малюнок 3.2 Жидкосні барометри Малюнок 3.3 Жидкосний манометр

 

– вакуумметричний тиск вимірюють пружинним вакуумметром;

– манометричний, так і вакуумметричний тиск вимірюють мановакуум-метрами.

– перепад (різницю) тисків, вимірюють диференціальні манометри (дифманометри).

 

Закон Паскаля. З основного рівняння гідростатики (3.2) випливає, що зовнішній тиск р₀, прикладений до вільної поверхні рідини в замкненій посудині, передається в будь-яку крапку рідини без зміни. Це і є закон Паскаля.

На законі Паскаля заснована дія гідравлічного пресса, гідравлічних домкратів.

 

Тиск рідини на стінки труб. Стінки круглої циліндричної труби зазнають рівномірно розподіленому тиску р газу, пара або рідини, що перебувають у ній. Тиск рідини на стінки труби викликає зусилля, що прагне розірвати трубу по бічним утворюючим.

Одержуємо необхідну товщину стінок труби

δ = рd/(2σ), (3.3)

 

де σ – напруга, що допускається, матеріалу стінок на розрив.

Отриманий по формулі (3.3) результат звичайно збільшують на величину α = 3…7 мм для створення запасу міцності, що враховує можливу неточність, корозію й т.п.:

 

δ = рd/(2σ) + α. (3.4)

 

Рівняння Бернуллі. Воно має велике наукове й практичне значення.

На використанні рівняння Бернуллі заснований також принцип роботи багатьох вимірювальних приладів. Розглянемо деякі з них.

1. Вимір швидкісного напору й визначення місцевої швидкості потоку.

Величина швидкісного напору може бути обмірювана досвідченим шляхом, якщо в потік рідини помістити проти плину на певній глибині вигнуту під прямим кутом трубку, відкриту по обидва боки.

Схема конструкції такої трубки, називаною трубкою Пито, наведена на мал. 3.5, а.

Для виміру швидкісного напору в якій-небудь крапці перетину напірного потоку користуються конструкцією гідродинамічної трубки, у якій об'єднані трубка Пито й п'єзометр. Така конструкція називається трубкою Пито – Прандтля, а її конструкція схематично показана на мал. 3.5, б.

2. Визначення витрати рідини. Водомір Вентури.

Найбільш простим і точним способом виміру витрати рідини є об'ємний спосіб (мал. 3.6).

 

Два режими руху рідини. Число Рейнольдса. У природі існують два режими руху рідини: ламінарний (шаруватий) і турбулентний (безладний). При ламінарному режимі частки рухаються у вигляді окрем, що не перемішуються між собою, шарів, або струменів рідини. При турбулентному режимі рух часток безладний, струмчатість потоку порушується, і траєкторії часток здобувають складну форму, перетинаючись між собою.

Англійський учений О. Рейнольдс (1883 г.) дослідним шляхом; підтвердив припущення Д.І. Менделєєва й показав також, що при відомих умовах можливий перехід від одного режиму руху до іншого й назад.

Безрозмірну величину, що визначає режим руху рідини, назвали числом Рейнольдса.

 

Re = ρwd/μ = wd/ν. (3.5)

 

Точними вимірами в круглих гладких трубах установлене, що при Re<2300 режим руху ламінарний, при Re > 2300 – турбулентний.

 

Поняття про гідравлічний удар. Різка зміна тиску в напірному трубопроводі, що виникає при швидкій зміні швидкості потоку, називається гідравлічним ударом.

Така зміна тиску іноді перевищує в десятки й навіть сотні раз робочий тиск у трубопроводі й може викликати його руйнування.

Причиною гідравлічного удару може бути раптове закриття засувки на напірному трубопроводі, супроводжуване різким збільшенням тиску, а також різке відкриття засувки, коли тиск падає в результаті збільшення швидкості руху рідини.

Заходидля зменшення або усуненнягідравлічного удару: на водопровідних трубах установлюються засувки, що повільно закриваються, повітряні ковпаки й запобіжні клапани, що автоматично відкриваються при підвищенні тиску вище нормального.

 

 

Переміщення рідин і газів