Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Основы теории и расчет машин для измельчения корне-клубнеплодов
    Содержание дисциплины

    Механизация влаготепловой обработки кормов

    Учебная тема
    Механизация влаготепловой обработки кормов

    МЕХАНИЗАЦИЯ ВЛАГОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

    КОРМОВ

    План

    1. Классификация запарников и требования к ним. Особенности запаривания кормов с низкой влажностью.
    2. Расчет процесса периодического запаривания картофеля.
    3. Расчет процесса непрерывного запаривания картофеля.
    4. Контрольные вопросы.
    5. Дополнительная литература.
      1. Классификация запарников и требования к ним. Особенности запаривания кормов с низкой влажностью

    Тепловой обработке подвергаются картофель, пищевые отходы, грубые и концентрированные корма. Цель обработки – повышение усвояемости и стерилизации.

    Установки для тепловой обработки кормов можно классифицировать по следующим признакам:

      1. По конструкции – запарочные чаны. Запарники-мялки, запарники-смесители (С-2; С-7; С-12; ВК-1; АПС-6); картофелезапарочные агрегаты (ЗПК-3; АЗК-3, F-405А).
      2. По способу действия - периодического (ЗПК-4; все смесители) и непрерывного (АЗК-3, F-405А).
      3. По источнику тепла – паровые, электрические.
      4. По роду использования – стационарные (ЗПК-4; АЗК-3, все смесители) и передвижные (F-405А).
      5. По режимам обработки – при режимном давлении и повышенном (обработка пищевых отходов, баротермокамеры для соломы).
      6. По назначению – для картофеля, грубых кормов и пищевых отходов.

    К кормозапарникам предъявляют следующие требования: возможность механизации загрузки и выгрузки продукта, равномерность прогрева всего продукта, минимальный расход энергии на запаривание, безопасность и удобство обслуживания, надежность работы, продукт не должен загрязняться посторонними примесями.

    В настоящее время наибольшее распространение получили устройства, использующие в качестве теплоносителя пар. Для его производства промышленность выпускает котлы-парообразователи, работающие на жидком (КВ-200МЖ, КЖ-500, КЖ-1500, Д-721) и твердом топливе (КТ-500, КВ-300МТ, КТ-1000). Цифра в обозначении показывает производительность по нормальному пару в кг/ч. Все котлы работают при низком давлении, не превышающем 0,07 МПа.

    Технологические схемы, по которым осуществляется тепловая обработка кормов, могут быть самыми разнообразными и зависят как от назначения агрегата, так и от зоотехнических требований на конечный вид продукта. Наиболее распространенные схемы: для картофеля – мойка → запаривание → мятие → охлаждение → смешивание; для грубых кормов → измельчение → добавление химреактивов → запаривание → выдержка → смешивание с другими компонентами, для кормовых смесей – измельчение → запаривание.

    Если тепловой обработке необходимо подвергать сухой корм (солома, мякина, концентраты), его предварительно замачивают для повышения теплопроводности и ускорения процесса нагрева до заданной температуры.

    Пусть нам необходимо увлажнять корм перед запариванием от влажности W0 до Wк . Тогда количество воды, которое нужно к нему добавить, составит

    кг,

    где W0 и Wк - начальная и конечная подставляются в относительных единицах;

      • Рс – содержание сухого вещества в смачиваемом корме,  %.

    кг,

    где Q – исходное количество обрабатываемого корма, кг.

    Повышение влажности корма связано с увеличением расхода тепловой энергии на его обработку, поскольку нагревать до заданной температуры нужно будет не Q кг продукта, а еще и Рg кг воды. Поэтому увлажнение кормов должно быть минимальным.

    Солому лучше всего пропаривать в рыхлом состоянии. Тогда пар свободно достигает каждой соломины и быстро ее нагреет. Выдерживать нагретую солому лучше в уплотненном виде, чтобы она не остывала быстро.

    Концкорма лучше запаривать с непрерывным перемешиванием. При этом будет происходить быстрое и равномерное его прогревание.

    Картофель имеет достаточную пористость для прохода пара, поэтому его запаривают в чанах, заполненных доверху. Образовавшийся при запаривании картофеля конденсат удаляют, так как он содержит вредное для здоровья животных вещество – соланин.

      1. Расчет процесса периодического запаривания картофеля
      2. Особенность процесса запаривания картофеля состоит в том, что пар, проходя в порах между клубнями, конденсируется на их поверхности и скорость его продвижения уменьшается. Таким образом, клубень, находящийся возле парораспределителя, начинает нагреваться сразу после пуска пара в чан, а находящийся в отдаленной точке чана – по прошествии определенного времени. При этом скорость распространения пара зависит от типа парового насадка (точечный, линейный или плоскостной), расхода пара и начальной температуры клубней. Продолжительность нагревания клубней зависит от их теплофизических характеристик, начальной и конечной температур клубня.

        Продолжительность распространения пара на расстояние h при пуске из плоскостного насадка (фронт распространения пара – плоскость)

        Продолжительность нагревания клубней от начальной t0 до заданной tr температуры

        ,

        где F – поперечное сечение чана, м2 ;

        • h = H – длина (высота) запарочное чана при расположении парового насадка в его нижней части, м;
        • ρ – насыпная плотность корнеклубнеплодов, кг/м3;
        • с – теплоемкость картофеля (3,8…2,1)•103 Дж/кг•град;
        • tп – температура пара, 0С;
        • G – расход пара, кг/с;
        • R – средний эквивалентный по объему радиус клубня, м;
        • α – коэффициент температуропроводности клубня картофеля (0,10…0,12)•10-6 м2 /с;
        • tг – температура готовности клубней, обычно равна 94…98 0С;
        • 0,75 – поправочный коэффициент, учитывающий неправильную форму клубня.

      Естественно, что готовность массы картофеля определяется по готовности самого удаленного от места пуска пара клубня. Тогда общая продолжительность запаривания

      Продолжительность загрузки картофеля в чан зависит от производительности вертикального загрузочного шнека Q2

      ,

      где V = FH – вместимость запарочного чана, м3.

      Производительность вертикального шнека

      ,

      где Д – диаметр шнека, м;

      • d – диаметр вала, м;
      • k3 – коэффициент заполнения шнека (0,3…0,4);
      • υоср- средняя скорость материала вдоль оси шнека, по экспериментальным данным Куцына Л.М.

      м/с,

      где S – шаг шнека, м;

      • n – частота вращения шнека, мин-1;
      • m – опытный коэффициент, при S/D = 0,5…0,6 и n = 200…300 мин-1, m = 1,5…1,8. Большим значениям S и n соответствуют меньшие значения m.

      Продолжительность выгрузки запаренного картофеля

      ,

      где Q3 – производительность

      ,

      где φ – коэффициент наполнения поперечного сечения шнека, при выгрузке запаренного картофеля из чана φ=1.

      Производительность картофелезапарочного агрегата периодического действия

      ,

      где φr – коэффициент заполнения запарочного чана, φr = 0,9…0,95.

      Эту формулу можно записать представить в таком виде:

      где Q1 – производительность процесса запаривания

      .

      Как видно из формулы, общую производительность агрегата можно увеличить, увеличивая производительность отдельных процессов.

      Производительность процесса запаривания можно увеличить только за счет сокращения времени заполнения паром чана , что возможно за счет увеличения производительности парообразователя, поскольку зависит только от свойств клубней и температуры насыщенного пара.

      Производительность загрузочного и выгрузного шнеков можно увеличить только за счет частоты их вращения. Конструктивные параметры можно изменять лишь при разработке нового агрегата.

      При разработке новых картофелезапарочных агрегатов необходимо стремиться, чтобы удельная поверхность чана, отнесенная к единице объема, была минимальной. При этом будут и минимальные потери тепла через стенки чана. Этому условию удовлетворяет сфера. Однако в конструктивном выполнении это не самое удачное решение. Поэтому чан изготавливают цилиндрическим, стараясь выполнить соотношение Н : Д = 1.

      Формулу производительности агрегата можно представить в таком виде:

      ,

      или

      .

      Если в общем случае принять Н = Д, то

      , м.

      Общее количество тепла на запаривание

      .

      Количество тепла на нагрев продукта до температуры готовности

      Дж.

      Количество тепла на нагрев стенок чана

      Дж,

      где Mr – масса нагреваемой части чана;

        • сr – теплоемкость материала, из которого сделан чан для стали сr = 460 Дж/кг. град.;
        • tr – температура нагрева чана;
        • tr – температура, до которой успеет охладиться чан за время загрузки и выгрузки очередной порции продукта, если происходит разовое запаривание, то tor = t0 .

      Количество потерь тепла через стенки чана:

      где Fr – наружная поверхность чана, м;

      trср – средняя температура поверхности чана за время полного цикла запаривания;

      tв – температура окружающего воздуха;

      α – коэффициент теплоотдачи от поверхности чана к окружающему воздуху, в закрытом помещении α = 10…60 Вт/м2•град.

      Количество тепла, уходящее с конденсатом:

      Дж,

      где cв – теплоемкость конденсата (воды), 4,19 КДж/кг;

      • tв – температура воды, поступающей в парообразователь;
      • tк – средняя температура конденсата, в начале запаривания tк = t0 , в конце запаривания tк = tг ;
      • Uуд – удельный расход пара на запаривание, для существующих картофелезапарочных агрегатов Uуд = 0,17…0,22 кг/кг.

      Расчетным путем удельный расход пара определяется по формуле:

      кг/кг,

      где i – теплосодержание пара, Дж/кг.

      Коэффициент полезного действия использования тепла запарником

      .

        1. Расчет процесса непрерывного запаривания картофеля

      Непрерывный процесс запаривания отличается тем, что готовый картофель непрерывно выгружается из чана, а на его место поступают новые порции картофеля. Такой процесс возможно осуществить только при условии, что масса картофеля будет равномерно слоями без перемешивания их продвигаться от входа к выходу. Скорость продвижения должна быть такова, чтобы за время нахождения клубней в чане они были доведены до готовности. Скорость фронта распространения пара, выходящего из парового насадка, должна быть равна скорости продвижения клубней. В этом случае установится строго постоянная “горячая” зона, неизменная по размерам, что обеспечит качественное выполнение процесса. Таким образом, продолжительность движения клубня картофеля от загрузочного к выгрузному люку должна быть равна продолжительности нагревания клубня до готовности

      , с.

      Скорость движения клубней в чане

      ,м/с.

      Производительность процесса непрерывного запаривания

      , кг/с .

      Расход пара, потребный на проведение процесса

      ,кг/с.

      Чтобы определить полный расход пара, необходимо учесть потери тепла через стенки запарника Wз. Расход пара на нагрев стенок запарника можно не учитывать, так как это происходит лишь в начале процесса. Тепло конденсата картофелю практически не отдается, т.к. конденсат стекает в нижнюю часть чана, где клубни имеют температуру готовности.

      Удельный расход пара

      , кг/кг.

      Если задана производительность агрегата, то можно определить его размеры. Например, при H = Kr•Д

      ,

      откуда

      м,

      где для агрегатов непрерывного действия длина агрегата принимается в 1,5…2 раза больше диаметра (Kr = 1,5…2). Это необходимо для более равномерного пропаривания и оседания клубней в чане.

      Производительность выгрузного шнека должна быть равна производительности процесса запаривания. Поскольку последняя зависит от размера клубней и его теплофизических свойств, на приводе выгрузного шнека ставят вариатор.

      Как упоминалось, паровые насадки могут изготавливаться плоскостными, линейными и точечными. Плоскостные обеспечивают впуск пара в чан по всей площади его поперечного сечения (фронт распространения – плоскость), линейные обеспечивают впуск пара от линии (перфорир. трубы) равномерно во все стороны на всей длине трубы (фронт распространения – цилиндр), точечные обеспечивают впуск пара из точки (торец трубы) (фронт распространения – сфера). Каждый тип парового насадка имеет свое преимущественное и целесообразное применение. Плоскостной – в агрегатах непрерывного действия, и линейный – в цилиндрических чанах периодического действия с установкой по оси цилиндра на всю его длину, точечный – в больших емкостях периодического действия, имеющих произвольную форму.

      При любых типах насадок отверстия в них (кроме точечных) должны располагаться равномерно, а их общая площадь должна быть не меньше диаметра парового насадка

      ,

      где m – число отверстий в паровом насадке.

      Во избежание излишних гидравлических потерь при движении пара по трубам, его скорость не должна превышать υп = 25…30 м/с. Тогда диаметр паропровода определяется из выражения

      ,

      откуда

      м,

      где ρп – плотность пара при данном давлении и температуре.

      Контрольные вопросы.

      1. Назовите типы кормозапарников и основные требования к ним.

      2. В чем заключается особенность запаривания сухих кормов (соломы, мякины и др.)?

      3. От каких параметров зависит производительность кормозапарников периодического и непрерывного действия и как она определяется?

      4. На что расходуется общее количество тепла при запаривании кормов и как оно определяется?

      5. Почему общая площадь отверстий в паровых насадках должна быть не меньше диаметра подводящего паропровода?

      6. Каким способом можно увеличить производительность запарочного агрегата?

      Дополнительная литература

      Терпиловский К.Ф. Механизация процессов тепловой обработки кормов. - Мн.: Ураджай, 1973.

      - Содержание дисциплины

      Основы теории и расчет машин для измельчения корне-клубнеплодов

      Закрепление материала
      Тестирование материала
      Содержание дисциплины

      Дозирование кормов и расчет основных параметров дозаторов