Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

Уравнение (I—139) применимо при изменении: скорости от

0,01 до 1,6 м/с, диаметра от 0,03 до 0,08 м.

Критериальное уравнение можно привести к виду (I—122а), тогда величины коэффициентов будут определяться по зависимо­ стям:

А = 1800d°-2 Oq’118 (РотнВш!)0-882 ,

п = 0,882 (1 — т ),

где В — эффективная вязкость при скорости, равной единице ее измере­

Критериальное уравнение может быть приведено также к виду уравнения Д арси— Вейсбаха (I—133), где коэффициент гидравлического сопротивления (I—134) вычисляется при

Re* = Re3(1, и

К = 3 6 0 0 d ‘ -082 Ротн ( — ) ° ’ 118 « 4 8 0 0 Ротн d I *082 _

'Лэф Ротн w I

При изменении диаметра от 0,03 до 0,08 коэффициент К уве­ личивается от 110 до 310. Числовые коэффициенты 3600 и 4800 имеют размерность м-1’082.

Критериальное уравнение оказалось применимым при рас­ чете внешнего обтекания лопасти и течения в насадках (см.

табл. 47).

Давление на лопасть при ее движении в фарше, исходя из критериального уравнения, определяется зависимостью

р = ; 16 0 0 а — ‘ ,2 т]Эф w,

которая была получена при обтекании фаршем шара и квадрат­ ной пластины с характерным размером от 0,03 и до 0,06 м [36, 140]. Общее давление при истечении через отверстия и насадки перед входом складывается из потерь при внезапном сужении (вход), потерь по длине, которые отнесены к входному диаметру и рассчитаны на цилиндрическую насадку, и потерь при рас­ ширении или сужении потока за счет конусности. Последние учитываются посредством угла конусности а с соответствующим знаком. Потери давления со струей уходящей жидкости учи­ тываются вторым членом, который вычисляется по критериаль­ ному уравнению или уравнению (I—122), где коэффициенты находят по табл. 45.

При истечении фарша через отверстия и насадки давление

верстие. Это подтверждается экспериментально при скоростях истечения больше 0,02 м/с. Пределы применимости формулы (I—140) для диаметров — от 0,003 до 0,014 м, угла конусно­ сти — до ±12,5°, отношения длины к диаметру — от 0 до 75, скорости истечения — от 0,01 до 6 м/с.

Заполнение формы объемного дозатора [121 ] можно рассмат­ ривать как истечение через насадку; однако этот процесс не­ стационарный и, следовательно, имеет свою специфику. Обыч­ но при конструировании объемных дозаторов исходят из кине­ матики питающих устройств, не увязывая кинематические расчеты с динамикой течения и реологическими свойствами. Полученные для случая дозирования фарша зависимости [121 ] выведены практически впервые.

Полное оптимальное давление продукта перед входом в форму складывается из потерь давления в местном сопротивле­ нии — вход в форму, потерь давления по длине формы и давления,

составляющие общего давления вычисляются по зависимостям:

(I—141а)

(1-1416)

(I— 141в)

164

Поскольку при возрастании давления плотность фарша так­ же увеличивается, представляется целесообразным корректи­ ровать объем формы для найденных величин давления и плот­

1000 Па, по площади от 0,002 до 0,01 м2; по длине формы от 0,005 до 0,12 м. Таким образом, для расчета объемного дозато­ ра необходимо знать структурно-механические свойства фар­ ша и его плотность. Производительность задается техническим заданием. Геометрическая форма и размер дозатора опреде­ ляются назначением и требованием к продукту. Эти параметры позволяют с учетом гидравлического уравнения расхода рассчи-

165

тать скорость заполнения формы дозатора. Оптимальное давле­ ние, необходимое для заполнения формы на 100%, находят по приведенным уравнениям.

Неизотермлческое движение пластично-вязких продуктов по трубо­ проводам, связанное с нагреванием, имеет вспомогательное и самостоя­ тельное значение. Первый случай может реализоваться, когда у стенки трубы образуется пленка, играющая роль смазки. Расчеты показывают, что общее нагревание продукта за 6—8 с пребывания в трубе составляет около 1° С, когда поверхность трубы имеет температуру около 40—50° С. Второй случай связан с нагревом всей массы продукта, поэтому скорость его движения должна быть небольшой. При нагреве белковых денатури­ руемых систем температура не должна быть выше точки денатурации (35—40° С) во избежание «заклинивания» трубопровода.

Для вычисления коэффициента теплоотдачи а[Вт/(м2-К.)] от трубы движущемуся фаршу [37] найдена формула

При течении по трубам степенной жидкости приближенное решение дифференциального уравнения теплопроводности [136, 145] дает расчет­ ную зависимость

где п — индекс течения, вычисленный по отношению логарифмов консистентных переменных;

во, воет— предельное напряжение сдвига, вычисленное при температуре в центре потока и на стенке трубы соответственно; в некоторых формулах рекомендуется применять отно­ шение пластичностей, в других — вязкостей;

Gz = МсС — коитепий Гпетпа. ппичем Gz — — Ре

Последнее уравнение применимо для очень вязких жидкостей при Gz>20 и я>0,1 при отсутствии конвективных токов внутри трубы. При индексе течения в пределах от 0,2 до 0,3 оно преобразуется к виду:

т. е. близкому к уравнению (I—142).

Для поршневого режима движения (п = 0, см. рис. 44)

(1—144)

166

Если имеется искажение профиля скоростей вследствие изменения вязкости жидкости с температурой (маловязкие жидкости), то решение задачи значительно усложняется [136].

ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСОВ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Для перемещения пищевых продуктов в част­ ности используют насосы. По виду сообщаемой продукту энер­ гии насосы подразделяют на три группы: устройства, изменяю­ щие потенциальную энергию положения; устройства, изменяю­ щие кинетическую энергию, и устройства, изменяющие потен­ циальную энергию давления. Для перемещения жидких пи­ щевых продуктов (бульон, молоко, соки и пр.) применяют насо­ сы второй группы, для пластично-вязких (мясной фарш, пралиновые массы и д р .)— третьей. Устройства безнапорного транспорта — первой группы — используют довольно часто, их проектирование и расчет, как правило, не требуют специаль­ ных знаний, по реологии [96].

Основное конструктивное отличие насосов для перекачки пластично-вязких тел от насосов для вязких жидкостей обуслов­ лено наличием у них предельного напряжения сдвига, что может вызвать сводообразование перед рабочим органом и вследствие этого уменьшить подачу продукта. Поэтому питание должно быть либо принудительным, либо непосредственным, т. е. продукт через весьма широкое окно должен поступать на рабо­ чие органы насоса. На рис. 47 приведены некоторые конструк­ ции насосов, в которых используется как принудительное вса­ сывание с питателем (рис. 47, а, б), так и расширенное место входа продукта на ротор (рис. 47, в, г, д). Вместо этих двух способов или в дополнении к ним часто применяют вакуумиро­ вание начала рабочей зоны насоса. В зависимости от сочета­ ний основных элементов (эксцентричный ротор с лопатками, винт, кулачок и пр.) существуют различные конструкции на­ сосов для перекачки пластично-вязких тел. Для передачи мя­ сопродуктов используют насосы, приведенные на рис. 48.

Усовершенствование насосов идет по трем основным направ­ лениям: взаимозаменяемость отдельных элементов, применение современных материалов и контроль допусков при изготовлении. Исследованиям износа замыкающих поверхностей, величины обратного перепуска с целью уменьшения его посвящен ряд работ для винтовых, шестеренчатых, пластинчатых и других насосов при перекачивании ими высоковязких, но не пластич­ ных жидкостей [97 ].

Испытания с целью определения рабочих характеристик различных насосных установок имеют много общего. Однако

167