Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции: Методические рекомендации по изучению дисциплины и задание для контрольной работы

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

2

УДК 664. 002. 5(075)

ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

Рецензент: Заведующий лабораторией теплоэнергетики и использования газа в сельском хозяйстве Всероссийского института электрификации сельского хозяйства доктор технических наук Д. П. Лебедев

Автор: Рудобашта С.П.

Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции

Методические рекомендации по изучению дисциплины и задание для контрольной работы

Москва 1999

Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции. Методические рекомендации по изучению дисциплины и задание для контрольной работы. Составлены в соответствии с программой курса (дисциплины) "Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции". Для студентов специальности "Механизация сельского хозяйства". М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 1999. 12 с Приведены задания для контрольной работы и общие рекомендации по её выполнению.

© Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина, 1999

3

Методические указания к выполнению контрольной работы В соответствии с индивидуальным заданием студент должен решить пять задач. Данные для решения задач выбираются студентом из таблиц по шифру. Каждую задачу следует решить сразу после изучения соответствующей темы или раздела курса, что способствует закреплению пройденного материала. При выполнении задания и оформлении работы необходимо соблюдать следующие требования: 1) выписать условие задачи и исходные данные; 2) решение задач следует сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором необходимо указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они взяты (из условия задачи, из справочника или были определены и т.д.); 3) размерности всех величин, подставляемых в расчетные формулы, должны быть выражены в системе СИ. Если исходная величина, взятая из справочников, выражена в другой размерности, последнюю надо перевести в систему СИ и только после этого подставлять эту величину в формулу; 4) сопровождающие расчет графики и рисунки необходимо выполнять четко и в масштабе; 5) после каждой задачи должен быть выполнен краткий анализ полученных результатов и даны ответы на контрольные вопросы; 6) в вычислениях рекомендуется использовать ЭВМ; в случае ее применения следует привести в работе алгоритм решения задачи и программу ее реализации на ЭВМ. Студенту рекомендуется научиться путем сопоставления оценивать достоверность полученных численных результатов. В конце работы необходимо дать перечень использованной литературы, указать дату окончания выполнения задания и расписаться. Контрольные работы, выполненные не по своему индивидуальному заданию, к рассмотрению не принимаются.

4

Данные по плотности и динамической зависимости от его температуры приведены в таблице 2.

вязкости

масла

Таблица 1 Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

dэ, мкм

ρт, кг/м

0,25 1,25 1,50 1,75 1,00 1,40 0,85 2,00 0,75 0,50

1550 1150 1100 1200 1300 1350 1500 1250 1450 1400

3

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tж,°С 55 45 50 35 30 40 10 15 25 20

Таблица 2 Плотность ρт и динамическая вязкость растительного масла µж в зависимости от температуры tж,°С ρт, кг/м3

10 924 99,8

20 917 54,8

30 910 34,1

40 903 22,7

50 896 12,5

60 889 10,00

Задачи для контрольной работы. Задача N 1 (к теме 2.3.4 раздела 2.4 в [1]) Определить, какую производительность (кг/ч) может обеспечить трубчатая сверхцентрифуга СГО-150 при осветлении в ней растительного масла, если известны эквивалентный диаметр dэ и плотность твердых частиц ρт, а также температура масла tж. Техническая характеристика центрифуги, принципиальная схема, которая показана на рис. 1: внутренний диаметр ротора Dв = 150 мм, диаметр сливного порога Dcп = 50 мм, длина ротора L = 750 мм, число оборотов n = 13000 об/мин. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1.

в

Рис. 1. Принципиальная схема отстойной центрифуги СТО - 150: 1 – вал; 2 – кожух; 3 – ротор; 4 – кольцо, вращающейся жидкости; 5 – сливной порог; I – неосветленное масло; II – осветленное масло

5

6

Контрольные вопросы: 1. Какие режимы осаждения частиц Вы знаете? 2. Как зависит скорость осаждения частиц от их диаметра и вязкости жидкости в ламинарном режиме осаждения? 3. Что такое фактор разделения и как классифицируются центрифуги по его величине? Задача N 2 (к теме 2.5.2 раздела 2.5 в [1]) Необходимо отфильтровать суспензию на рамном фильтрпрессе с поверхностью фильтрования S = 50 м2 и получать V м3 фильтрата. Опытным фильтрованием этой суспензии на лабораторном фильтрпрессе найдены значения констант фильтрования Rф и r0. Определить продолжительность фильтрования τ (в часах) при условии, что вязкость фильтрата имеет значение µ, перепад давлений на фильтре постоянен и составляет ∆р = 5*105 Па, а отношение объема осадка к объему получаемого фильтрата х = 0,1. Определить также толщину слоя получаемого осадка, считая его несжимаемым. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3. Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

V, м 3 5 7 5,5 3,5 4 6 7,5 4,5 6,5

3

3

µ·10 , Пас 1,2 0,8 1,1 0,6 0,4 0,9 0,5 0,3 0,7 1,0

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Rф·103, 1/м 5,0 3,0 1,0 2,5 4,5 4,0 2,0 0,5 3,5 1,5

Таблица 3 r0·103, 1/м2 2,7 1,9 1,1 1,7 2,5 2,3 1,5 0,9 2,1 1,3

Контрольные вопросы: 1. Какой процесс фильтрования протекает более быстро - в режиме постоянной скорости или в режиме постоянного перепада давлений на фильтре и почему? 2. Как изменится продолжительность фильтрования, если толщина слоя осадка увеличится вдвое, а сопротивлением фильтрующей перегородки можно пренебречь.

Задача N 3 (к теме 2.2 раздела 2 в[2]) Суспензия плотностью ρ и вязкостью µ перемешивается в цилиндрическом аппарате диаметром D без перегородок пропеллерной мешалкой с числом оборотов n (об/с). Высота слоя жидкости в аппарате нормализована. Определить требуемую установочную мощность электродвигателя, приняв диаметр мешалки d равным d = D/3, КПД электродвигателя η = 0,95 и коэффициент запаса мощности к = 1,5. При решении задачи использовать график Еuм = f (Reм), приводимый на рис. 1 Приложения, а исходные данные для задачи выбрать из таблицы 4. Таблица 4 Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

3

3

ρ, кг/м

µ·10 , Пас

1200 1350 1400 1250 1000 1500 1150 1300 1100 1600

0,8 0,5 0,6 0,7 1 0,3 0,9 0,4 0,8 0,2

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

D, м

n, об/с

1,15 0,8 0,5 0,95 1,2 0,85 0,7 0,9 1,1 0,6

5 7 11 7,5 6 12 8 9 6 10

Контрольные вопросы: 1. Какие способы перемешивания вы знаете? 2. Перечислите типы мешалок и укажите характерные для них параметры (соотношение диаметров аппарата и мешалки, окружную скорость конца лопасти).

Задача N 4 (к теме 2.2 раздела 2 в [2]) Определить необходимую поверхность нагрева вакуум-выпарного аппарата с соосной греющей камерой и расход сухого греющего пара для выпаривания раствора сахара от 15% (масс.) до 25% (масс.), если известно, что производительность по исходному раствору составляет Gн кг/ч, абсолютное давление греющего пара равно Р, остаточное давление в барометрическом конденсаторе Рб. Исходный раствор поступает в аппарат при температуре tн. В расчетах коэффициент теплопередачи принять равным к = 1100 Вт/(м2·К), тепловые потери – 8% от полезно затрачиваемой теплоты, общие потери полезной разности температур ∆tобщ = ∆tгс + ∆tд + ∆tг = 12 °C. При решении задачи

7

8

использовать данные по зависимости температуры насыщения tн от давления, приводимые в табл. 1 Приложения, а исходные данные задачи выбрать из таблицы 5.

внутрипоровой жидкости в состоянии равновесия. расчета взять из таблицы 6.

Исходные

данные

для

Таблица 6 Таблица 5 Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Gн, кг/ч

P·10-5, Па

1400 2200 2800 1600 2000 2400 1800 2500 2600 3000

1,6 2,8 2,4 3,2 1,4 2,2 2,6 1,8 3,0 2,0

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tн, °С

Рб·10-5, Па

95 80 65 60 75 50 85 70 55 90

0,1 0,23 0,30 0,28 0,2 0,25 0,08 0,15 0,18 0,05

Контрольные вопросы: 1. Нарисуйте схему выпарной установки для проведения процесса простого выпаривания под вакуумом и опишите её. 2. Изложите пути снижения энергозатрат при организации процесса выпаривания растворов.

Задача N 5 (к теме 1.3 раздела 1 в [3]) В экстракционную установку, работающую по принципу замкнутого процесса, загружается "лепесток" (раздавленные и частично обезжиренные семена подсолнечника), в котором содержится G кг инертного вещества твёрдой фазы. Консистенция масла во внутрипоровой жидкости составляет Сн (кг масла /м3 жидкости). Экстрагированние осуществляют чистым (без содержания масла) бензином, который загружают в экстрактор в количестве L кг. Процесс проводят путём настаивания до наступления состояния равновесия. Определить количество извлечённого масла Gиз (кг), его конечную концентрацию в бензине Сс.к (кг масла/м3 бензина), остаточное содержание масла в лепестке (шроте) Gост (кг). Построить равновесную и рабочую линии процесса в фазовой Сс, С –диаграмме. В расчетах принять плотность твердой фазы лепестка ρт = 680 кг/м3; плотность бензина ρж = 720 кг/м3, объемную долю внутрипоровой жидкости в лепестке ε = 0,4, а также равенство концентрации масла в бензине и во

Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G, кг

Сн , кг/м

1200 800 600 1000 1500 1100 700 1400 500 900

400 300 450 350 475 425 375 500 325 525

3

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

L, кг 600 400 300 500 750 550 350 700 250 450

Контрольные вопросы: 1. Поясните с помощью Сс, С – диаграмы, какие предельные концентрации целевого компонента во внешней фазе могут быть достигнуты в замкнутом процессе экстрагированния. 2. Какими преимуществами обладает противоточная схема экстрагирования по сравнению с прямоточной?

1. Рудобашта С.П, Сидоренков Ф.Т., Цетович А.Н. Процессы первичной переработки сельскохозяйственной продукции: Методическое руководство – М: МИИСП, 1991 – 67 с. 2. Рудобашта С.П., Сидоренков Ф.Т., Чернышенко В.Т., Бабичева Е.Л. Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции: Учебное пособие – М.: МГАУ, 1996. Ч.2 – 76 с. 3. Рудобашта С.П. Процессы и аппараты по переработке сельскохозяйственной продукции. Учебное пособие – М.: МГАУ, 1999. Ч.3 – 48 с. 4. Стабников В.П., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств, – М.: Агропромиздат, 1985. – 510 с. 5. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. 2е изд., перераб. и доп. – М: Колос,1997. – 552 с

Зависимость Еuм = f (Reм) для трёхлопастной пропеллерной мешалки при d = D/3.

Библиографический список

Приложение 1

9

12

Приложение 2

Методические рекомендации по изучению дисциплины и задание для контрольной работы

Температура насыщенного водяного пара в зависимости от давления Р·10-5, Па 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

tн, °С 32,5 45,4 53,6 59,7 68,7 75,4 85,5 93,0 99,1 104,2

Р·10-5, Па 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20

tн, °С 108,7 112,7 116,3 120,2 123,3 126,1 128,3 131,2 132,9 135,8

Рудобашта Станислав Павлович

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Изд. лиц. ЛР № 040374 от 3.04.97 План 1999 г., п. 45 Подписано к печати 13.12.99 Формат 60х84/16. Бумага офсетная Печать офсетная. У ч.-изд. л. 0,7 Тираж 150 экз. Заказ № 6 Цена 3 р. Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина Отпечатано в типографии Московского государственного агроинженерного университета имени В. П. Горячкина. 127550, Москва, Тимирязевская, 58