I-operatii
June 20, 2018 | Author: pop_vio | Category: N/A
Short Description
Download I-operatii...
Description
UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICIN VETERINAR FACULTATEA DE AGRICULTUR
GHERMAN VASILE
MUNTEAN MIRCEA
OPERAII I APARATE
CLUJ - NAPOCA 2004
CUPRINS 1.INTRODUCERE 1.1.Domeniul 1.1. Domeniul i particularitãile industriei alimentare 1.2.Progrese 1.2. Progrese tehnice i tiinifice în Industria Alimentarã SPE CIFICE 2.OPERAII CU TRANSFER DE IMPULS. APARATE I UTILAJE SPECIFICE 2.1.Transportul fluidelor 3.UTILAJE PENTRU ALTE SURSE ENERGETICE 3.1. Generatoare hidropneumatice 3.2. Pompe i compresoare volumice 3.3. Aparate fr elemente mobile 3.4. Motoare hidropneumtice 4.MRUNIREA MATERIALELOR SOLIDE 4.1. Definirea operaiei 4.2.Scopul procesului 4.3. Factorii care influeneaz operaia de mrunire 4.4. Procedee de realizare 4.5. Scheme de de realizare a operaiei de mruni mruni re 4.6. Clasificarea mainilor de mrunit 4.7. Mori cu cilindrii (valuri) 4.8. Maini de tiat sfecla de zahr 4.9. Tipuri de mori 5.AMESTECAREA MATERIALELOR 5.1. Generaliti 5.2. Factorii care influeneaz i caracterizeaz procesul 5.3. Eficacitatea amestecrii 5.4. Amestectoare pneumatice sau prin barbotare 5.5. Aparate de amestecare 6.OMOGENIZAREA I EMULSIONAREA ÎN INDUSTRIA ALIMENTARA 6.1. Generaliti 6.2. Metodele de emulsionare 6.3. Maini, aparate i instalaii de omogenizare-emulsionare 7.PRESAREA 7.1. Generaliti 7.2. Utilaje pentru presare 7.3. Calculul preselor 8.EXTRUDAREA TERMOPLASTIC ÎN INDUSTRIA ALIMENTAR 9. Sedimentarea. Decantarea. 9.1. Generaliti 9.2. Bazele teoretice ale sedimentrii 9.3. Factori ce influeneaz separarea prin sedimentare 9.4. Influena micrii fluidului asupra sedimentrii 9.5. Decantoare în sistem eterogen solid-lichid 10.SEPARAREA PRIN CENTRIFUGARE 10.1. Generaliti 10.2. Aparate de fracionare a fazei solid-solid 2
4 4 4 5 5 10 10 14 17 19 20 20 20 21 22 22 23 24 27 28 30 30 31 32 33 34 40 40 41 41 46 46 48 57 58 62 62 63 64 64 65 68 68 68
CUPRINS 1.INTRODUCERE 1.1.Domeniul 1.1. Domeniul i particularitãile industriei alimentare 1.2.Progrese 1.2. Progrese tehnice i tiinifice în Industria Alimentarã SPE CIFICE 2.OPERAII CU TRANSFER DE IMPULS. APARATE I UTILAJE SPECIFICE 2.1.Transportul fluidelor 3.UTILAJE PENTRU ALTE SURSE ENERGETICE 3.1. Generatoare hidropneumatice 3.2. Pompe i compresoare volumice 3.3. Aparate fr elemente mobile 3.4. Motoare hidropneumtice 4.MRUNIREA MATERIALELOR SOLIDE 4.1. Definirea operaiei 4.2.Scopul procesului 4.3. Factorii care influeneaz operaia de mrunire 4.4. Procedee de realizare 4.5. Scheme de de realizare a operaiei de mruni mruni re 4.6. Clasificarea mainilor de mrunit 4.7. Mori cu cilindrii (valuri) 4.8. Maini de tiat sfecla de zahr 4.9. Tipuri de mori 5.AMESTECAREA MATERIALELOR 5.1. Generaliti 5.2. Factorii care influeneaz i caracterizeaz procesul 5.3. Eficacitatea amestecrii 5.4. Amestectoare pneumatice sau prin barbotare 5.5. Aparate de amestecare 6.OMOGENIZAREA I EMULSIONAREA ÎN INDUSTRIA ALIMENTARA 6.1. Generaliti 6.2. Metodele de emulsionare 6.3. Maini, aparate i instalaii de omogenizare-emulsionare 7.PRESAREA 7.1. Generaliti 7.2. Utilaje pentru presare 7.3. Calculul preselor 8.EXTRUDAREA TERMOPLASTIC ÎN INDUSTRIA ALIMENTAR 9. Sedimentarea. Decantarea. 9.1. Generaliti 9.2. Bazele teoretice ale sedimentrii 9.3. Factori ce influeneaz separarea prin sedimentare 9.4. Influena micrii fluidului asupra sedimentrii 9.5. Decantoare în sistem eterogen solid-lichid 10.SEPARAREA PRIN CENTRIFUGARE 10.1. Generaliti 10.2. Aparate de fracionare a fazei solid-solid 2
4 4 4 5 5 10 10 14 17 19 20 20 20 21 22 22 23 24 27 28 30 30 31 32 33 34 40 40 41 41 46 46 48 57 58 62 62 63 64 64 65 68 68 68
10.3 Centrifugarea amestecurilor eterogene 11.SORTAREA AMESTECURILOR POLIDISPERSE SOLID-SOLID 11.1.Generaliti; clasificare 11.2.Operaia de cernere 11.3. Separarea magnetic 11.4. Separarea dup însuirile aerodinamice 11.5 Separarea hidraulic 11.6. Separarea Separarea pe baza diferenei de mas mas specifi c
3
69 81 81 81 90 91 91 94
1. 1.1.
INTRODUCERE
Domeniul i particularitãile industriei alimentare
Industria alimentarã prelucreazã materiile prime de origine biologicã, vegetale i produse animaliere în vederea transformãrii sau extragerii din acestea a anumitor elemente destinate hranei omului i totodatã realizeazã conservarea i condiionarea alimentelor. Spre deosebire de alte ramuri industriale, caracteristica esenialã a industriei alimentare constã în aceea cã unele operaii ce trebuiesc efectuate sunt de naturã biochimicã i microbiologicã. Transformarea materiilor prime în produse finite sau semifabricate se realizeazã printr-o succesiune de operaii de naturã fizicã, chimicã, biochimicã sau chiar operaii combinate. Ansamblul ordonat al operaiilor prin care se realizeazã fabricarea unui produs se numete proces tehnologic. Operaiile sunt faze distincte ale unui proces tehnologic i pot fi : de pregãtire a materiilor prime în vederea prelucrãrii, de producere a semifabricatelor sau a produsului brut, de transformare a produselor brute sau semifabricate în produse alimentare (bunuri de consum) sau pentru prelucrarea subproduselor sau a deeurilor. Elementele în care se realizeazã procesul tehnologic sunt utilajele care pot fi aparate (utilaje fãrã organe în micare) i maini (cu organe active în micare). Operaiile se clasificã dupã natura acestora în: a) operaii mecanice: depozitarea, transportul, dozarea, mãsurarea, etc. b) operaii fizice: -
cu transfer de impuls: mãrunirea, amestecarea, separarea materialelelor;
-
cu transfer de cãldurã: fierberea, rãcirea, evaporarea, condensarea, pasteurizarea, sterilizarea;
-
cu transfer de masã (schimb de substanã): uscarea, distilarea, rectificarea, difuzia, extracia;
c) operaii biochimice i chimice ca: fermentarea, neutralizarea, etc.
2 Progrese tehnice i tiinifice în Industria Alimentarã
1. .
Operaiile, aparatele i utilajele care se utilizezã în diversele ramuri ale industriei alimentare pentru prelucrarea produselor agricole sunt permanent înnoite i modernizate prin folosirea i adaptarea ultimelor cuceriri ale tiinei. Astfel se pot utiliza radiaiile ionizante, radiaiile X, infraroii, microundele i curenii de înaltã frecvenã, în majoritatea ramurilor industriale alimentare. Tehnicile convenionale de separare prin filtrare sunt înnoite prin aplicarea noilor metode de separare realizateîn instalaii 4
moderne care folosesc membrane pentru microfiltrare, ultrafiltrare, hiperfiltrare prin osmozã inversã în ind. laptelui, sucurilor, vinului, berii, etc. Ultrasunetele se aplicã în industrializarea cãrnii, laptelui, uleiului i panificaiei pentru realizarea de emulsii, suspensii, la omogenizarea produselor sau la spãlarea recipientelor. Uscarea laptelui, sucurilor de fructe, legume sau extracte vegetale se face prin pulverizare în vid combinatã cu termoinactivarea microorganismelor în istalaii moderne pentru obinerea produselor instant. În ultima vreme, a cunoscut o largã dezvoltare extrudarea termoplasticã a materiei prime alimentare în utilaje moderne, aparinând tehnologiei de viitor pentru obinerea de produse alimentare în condiii economice (în industria de morãrit-panificaie, ind. malului, laptelui, etc.). Nu în ultimul rând, sunt remarcabile aplicarea progreselor tehnice înregistrate în metodele de conservare prin frig i liofilizarea produselor alimentare.
2.OPERAII CU TRANSFER DE IMPULS. APARATE I UTILAJE SPECIFICE 2.1.Transportul fluidelor Aparatele i utilajele din ansamblul instalaiilor industriale sunt legate între ele cu conducte prin care se realizeazã transportul produselor (materii prime, materii auxiliare, produse intermediare) de la o instalaie la alta. Transportul fluidelor prin conducte se face prin cãdere liberã de la nivelele superioare la nivele inferioare, sau cu ajutorul pompelor, când lichidul trebuie transportat de la niveluri inferioare spre cele superioare sau la acelai nivel. Pompele realizeazã concomitent cu transportul i operaie de amestecare când situaia o impune. În cazul numai de transport a fluidelor, prin pompare se asigurã mãrirea energiei fluiduluiastfel sã permitã ridicarea de la un nivel h 1 la un nivel h2 (h2>h1), prin mãrirea presiunii de la p 1 la p2 (p1>p2) pentru învingerea pierderilor prin frecare i locale; mãrirea energiei cinetice a fluidului astfel încât sã aibã la alimentare viteze mai mari faã de cazurile obinuite, pentru a se reduce durata de alimentare a aparatelor. În scopul asigurãrii debitului necesar de fluid, circulaia se face cu o anumitã vitezã pentru învingerea pierderilor liniare i locale de presiune. 2.1.1. Elemente caracteristice conductelor
În vederea fabricãrii, utilizãrii i a interschimbabilitãii, atât pentru conducte cât i pentru armãturi i fitinguri s-a impus standardizarea lor.
5
evile i armãturile sunt caracterizate prin diametrul nominal (Dn) i o presiune nominalã
(Pn). Aceste douã caracteristici împreunã cu indicaiile asupra materialului de
construcie i lungimea, alcãtuiesc elementele care se prescriu în comanda pentru livrare. La noi arã, dimensiunile nominale caracteristice evilor se regãsesc în STAS 2099-79. Presiunile nominale pentru care se construiesc evile sunt reglementate prin STAS 2250-78, i fac parte din categoria numerelor normale. Scãrile de presiune maximã admisã, în funcie de fluid sunt: - scara I: presiunea de lucru poate egalã cu Pn, iar temperatura fluidelor pânã la 120 0C; - scara II : presiunea de lucru poate fi egalã cu 0,8 P n i temperatura fluidului < 300 0C; - scara III : presiunea de lucru egalã cu 0,64 P n la temperaturi ale fluidului sub 400 0C (indicate pentru abur supraîncãlzit); Presiunile de încercare ale conductelor sunt de 2 P n pentru presiuni mai mici de lucru sau 1,5 Pn pentru presiuni mai mari de 3·105 Pa. În cazul temperaturilor de lucru mai mari de 400 0C, se impune o comandã specialã pentru evi i armãturi. 2.1.2. Calculul conductelor
Elementul de bazã pentru o conductã sau o reea destinatã transportului fluidelor este diametrul care trebuie sã corespundã ecuaiei continuitãii debitului i care se determinã pe baza urmãtoarelor principii: a) pe baza vitezelor optime de circulaie a fluidelor; b) inând seama de pierderile de presiune egale pe ramificaiile reelei echivalente; c) prin calcul economic, stabilindu-se diametrul la care exploatarea i întreinerea sunt economicoase; a)
calculul diametrului pe bazã de viteze optime este acceptat pentru conductele cu
lungimi de pânã la 30 m, diametrul conductei (D) se determinã din relaia continuitãii debitului (Q) volumic i viteza (W) din relaia: d !
4Q , T w
(2.1)
Vitezele recomandate sunt prezentate în tabelul 2.1.:
Tab.2.1. Viteze recomandate la curgerea fluidelor Fluidul Apã Apã Abur
Specificare Transport -alimentare cazane cu abur -pompe centrifuge ±la alimentare -la refulare -evaporatoare -pentru încãlzire 6
Vitezã (m/s) 1,5«3 2«3 2«3 3«5 15«30 30«50
p>3·105 Pa Ventilatoare -aspiraie -refulare
Aer
12«16 15«20
Dupã obinerea dcalc se stabilete viteza efectivã la dn i se determinã pierderile de presiune. b) calculul reelelor cu ramificaii : reelele pot fi prin refulare sau prin aspiraie. Pompele sau ventilatoarele asigurã alimentarea reelei sau pierderile de presiune i se acoperã prin scãderea treptatã a presiunii fluidului pe parcursul traseului, i se caracterizeazã diferite puncte de evacuare sau ra cord unic aspirant, conform figurii 2.1. 4 2 3 1 P
7 5 6
a
Fig 2.1.Reea de alimentare cu apã prin aspiraie Un alt mod este dat de pierderile de energie acoperite de ventilator, care aspirã aerul din reea i-l evacueazã printr-un racord unic (fig.2.2.). Se caracterizezã prin asigurarea unei depresiuni în interiorul utilajului pentru a împiedica împrãtierea prafului. Filtru
6
3 5 2 1
4
ventilator
Fig.2.2.Reea prin refulare
Condiia de debit: - fiecare punct de aspiraie sau refulare impune realizarea unui anumit debit volumic de fluid Q vi. -
toate punctele de tip ³i´ pot funciona simultan cu condiia (2.2)|: n
Qvt
! § Qvi ,
(2.2)
i !1
condiia de pierdere de energie prin frecare este: ( p final ! § ( p int er h,
(2.3)
c) calculul diametrului economic este exprimat prin funcia de optimizare care reprezintã costul total (ct), funcie de: Ct = Am + In + Ex,
7
(2.4)
în care Am-sunt cheltuieli anuale de amortisment, In-sunt cheltuieli anuale de întreinere iar Ex-sunt cheltuieli anuale de exploatare a reelei. Optimul este :
2.1.3.
xC t ! 0. xd
M ãsurarea debitelor la fluide
Prin debit se înelege cantitatea de fluid transportatã în raport cu unitatea de mãsurã la una din mãrimile: masã, volum, greutate. Astfel se disting debite masice Gm ,Q m [kg/h sau s], volumetrice Gv Qv [m3/ h sau s], sau gravimetrice Gg ,Qg [N/h sau s]. Debitul volumic este: Qv =A·w
(2.5)
în care A- etse suprafaa seciunii [m2] iar w ± viteza medie [m/s], iar debitul masic: Qm = Gm ·g = G v· V·g = Gv·K
(2.6)
Pentru determinarea debitului trebuie cunoscute w i seciunea de curgere. Metodele de determinarea a debitelor sunt gravimetrice (care evalueazã masa cursã în unitatea de timp), hidrodinamice (se fac prin diafragme, duze calibrate, tuburi Venturi i Pitot, cu rotametre, cu litometre), mecanice (cu contoare, anemometre i contoare rotative), hidromagnetice ( ce utilizeazã câmpuri magnetice în evaluarea debitului prin deplasarea unor traductori), rotametrice (cu izotopi radioactivi sau prin interferena undelor) i termice (cu fir cald). În afarã de metodele hidrodinamice, celelalte metode necesitã utilizarea de traductoare i etalonãri. Metoda hidrodinamicã se bazeazã pe cãderea de presiune la curgerea fluidelor peste obstacole (criteriul Euler-E u): ¡
u
dar ( p ! \
V w2
2
!
( p V w
2
,
(2.7)
, iar din relatia 2.7 , ( p ! E u V
w
2
.Din egalarea celor douã rezultã
Eu = \/2. Tot din relaia 2.7 valoarea vitezei este :
w!
(2.8) ( p V
!
¢
u
2 ( p V \
, dupa inlocuirea lui
Eu cu relaia 2.8. În figura 2.3 este prezentat un cot i o diafragmã cu efectul produs de curgerea lichidului prin acestea.
8
h
( h
(
Fig.2.3.Efectul produs de curgerea lichidului printr-un cot i o diafragmã În figurile 2.4 este prezentat un tub Venturi iar în figura 2.5 un tub Pitot-Prandtl cu efectul produs de curgerea lichidului prin acestea.
h
(
Fig.2.4.Efectul produs de curgerea lichidului printr-un tub Venturi
vmax
W=max
h
(
Fig.2.5.Efectul produs de curgerea lichidului printr-un tub Pitot-Prandtl
9
Ecuaia debitului la mãsurarea cu tub Venturi (în vedeea evitãrii turbulenelor) este : QV
! E TV
T d 2 4
2 ( p V
Cu tubul Pitot-Prandtl se determinã:
( p ! (h V m V g ; W max ! 2 g (h
V m V ; V
R emax
!
W max d R
;
Se gãsete W/Wmax în funcie de R max din tabele i se determinã Wmedie. Q
3.
! A W medie .
UTILAJE PENTRU ALTE SURSE ENERGETICE
Pe lângã energia electricã, în unitãile de industrie alimentarã se utilizeazã i alte surse de energie pentru realizarea mecanizarea i automatizarea unor procese de producie. În vederea vehiculãrii fluidelor sunt necesare generatoare hidropneumatice, iar pentru acionãri, acolo unde nu pot fi folosite motoarele electrice i cele cu ardere internã se face apel la motoarele hidropneumatice. Pentru valorificarea energiei cãderilor de apã i a vântului se folosesc turbinele hidraulice i eoliene. Energia electricã pe cale chimicã se obine cu generatoarele elctrochimice. Cazanele de abur i apã caldã, boilerele i alte schimbãtoare de cãldurã, recuperatoarele de cãldurã i pompa termicã constituie utilaje pentru obinerea i dirijarea energiei termice la locurile de utilizare. 3.1.
Generatoare hidropneumatice
Generatoarele hidropneumatice transformã energia mecanicã în energie hidraulicã lichidelor sau în energie pneumaticã necesarã gazelor pentru a fi vehiculate de la un nivel la altul sau pentru a fi puse sub presiune. Din punct de vedere funcional generatoarele hidropneumatice se împart în generatoare hidraulice dinamice i generatoare hidraulice volumice. 3.1.1. Generatoare hidropneumatice dinamice
Generatoarele dinamice transformã energia mecanicã în energie cineticã i pe aceasta în energie potenialã de presiune sau de poziie. Aceste maini se caracterizezã prin funcionarea la turaii mari permitând directa cuplare cu motoarele electrice, au un mers silenios, nu au de închidere între orificiul de admisie i cel de evacuare. Dupã modul de ieire al fluidului din rotorul mainii (turbopompe, ventilatoare, turbocompresoare), generatoarele dinamice se clasificã în :
10
Cu rotor radial sau centrifugal ± la care fluidul are la ieirea din rotor direcia
perpendicularã pe arborele rotorului;
Cu rotor diagonal ± la care fluidul formeazã la ieire un unghi mai mic de 90 0 cu
axa rotorului;
Cu rotor axial ± la care fluidul are la ieire o direcie paralelã cu a xa rotorului; Generatoarele dinamice cu rotor radial dupã raportul D 2/D1 (ieire/intrare) se clasificã în : generatoare cu rotor lent, cu rotor normal i rotor rapid. 3.1.2. Pompe centrifu g e (turbopompe)
Pompele centrifuge pot fi mono sau multietajate. Elementele din care este constituitã o pompã centrifugã sunt: caracsa, rotor, sisteme de acionare. Lichidul intrã în pompã axial i sub aciunea câmpului de fore centrifuge determinat
de învârtirea rotorului este împins radial cu vitezã spre periferia rotorului i apoi în conducta de refulare. În dreptul orificiului de refulare se micoreazã viteza lichidului, din cauza spaiului mai mare, i energia cineticã se transformã în energia potenialã necesarã ridicãrii lichidului la înãlimea cerutã. Ieirea lichidului din rotor produce în centrulrotorului o depresiune, care face ca lichidul din conducta de aspiraie sã fie împins de presiunea atmosfericã în rotor. Din aceastã categorie de pompe s-au construit la noi în arã pompele Lotru, Cerna, Cri i alte tipuri. Pompele centrifuge multietajate sau mai multe trepte de pompare, fiind prevãzute cu mai multe rotoare montate în serie pe acelai arbore. Se utilizeazã în instalaiile unde este necesarã o înãlime mai mare de pompare. Din aceastã categorie se fabricã pompe cu arborele orizontal tip SADU i cu arbore vertical, pompele submersibile tip HEBE. 11
3.1.3. V entilatoare
Ventilatoarele se clasificã dupã modul de trecere a aerului în radiale (centrifugale) i axiale sau dupã presiunea manometricã în ventilatoare de joasã presiune, de medie presiune i înaltã presiune.
Ventilatoarele axiale, dupã tipul paletelor pot fi cu palete fixe sau reglabile iar ventilatoarele radiale (centrifugale) dupã tipul paletelor pot fi cu palete înclinate înainte sau înapoi (cele mai utilizate). Ventilatoarele cu palete drepte se utilizezã la unele instalaii de transport pneumatic, deoarece paletele drepte nu acumuleazã materialul în canalul rotorului. La creterea debitului, presiunea totalã a ventilatorului se modificã ( debitul i presiunea cresc iar înãlimea de pompare scade). 3.1.4. T urbocompresoare i suflante
Funcianeazã pe aceleai principii ca ventilatoare centrifuge dar raportul de comprimare este cuprins între 1,1-3. Presiunile realizate la refulare sunt la turbocompresoare 20-120 daN/cm2 i la suflante 1-20 daN/cm2. Au un numãr mai mare de rotoare montate în serie ii se construiesc pentru debite mari. 3.1.5. Parametrii principali ai pompelor i ventil atoarelor
Principalii parametrii funcionali ai pompelor i ventilatoarelor sunt : debitul volumic Qv (m3/s), înãlimea manometricã H (m coloanã de apã) la pompe sau H (mm coloanã de mercur) la ventilatoare, puterea P (kW) necesarã acionãrii acestora, turaia n [rot/min] i randamentul total
L p.
Aceti parametrii sunt înscrii pe plãcua de
identificare a fiecãrei pompe sau ventilator. Se numete debitul pompei cantitatatea volumetricã de lichid pompatã în unitatea de timp. Debitul teoretic Qt al pompei este debitul care nu ine cont de pierderile cauzate de 12
scurgerile prin neetanietãi, umplerea incompletã la aspiraie , etc. debitul real Q r ine cont de aceste pierderi i se exprimã cu relaia: Qr ! L p Qt
Gradul de neuniformitate al debitului H este raportul dintre diferena valorilor extreme i valoarea medie a debitului: H !
Q max Q min Qmed
;Q
£
ed
!
Qmax Q min
2
;
Înâlimea totalã de ridicare sau înãlimea manometricã este datã de relaia: H !
p 2 p1
V g
H g § H p !
p r p a
V g
2
H 0
2
wr wa
2 g
;
în care : p1,p2 - reprezintã presiunea fluidului la suprafaã în recipienii de aspiraie respectiv refulare; pr ,pa - reprezintã presiunea lichidelor la refulare respectiv aspiraia în pompã;
§ H
p
- reprezintã suma pierderilor de presiune în pompã i pe conducte; H g ±
reprezintã înãlimea geometricã de ridicare i egalã cu Hg = Ha + H0 + Hr [m], în care Ha este înãlimea de aspiraie, H0 ± diferena de înãlime între punctele unde se mãsoarã Hr i Ha , iar Hr reprezintã înãlimea de refulare, toate mãsurate în m; wr i wa reprezintã vitezele de curgere a lichidului în conductele de refulare respectiv aspiraie [m/s]; V densitatea lichidului daN/m3.
Lucrul mecanic util pe care pompa îl efectueazã la un debit Q r i la o înãlime totalã de ridicare H (m) într-un timp X este: L ! V g H Qr X
, [J]
iar puterea utilã a pompei va fi: P !
V g H Qr , [W] 13
Lucrul mecanic consumat de pompã (Lc) este mai mare decât lucrul mecanic util dezvoltat, din cauza pierderilor. Randamentul total al pompei este raportul: L p !
L Lc
,
iar puterea realã consumatã de pompã este: P !
V g H Qr L
,
Puterea realã a pompei este mai mare decât puterea teoreticã datoritã rezistenei hidraulice la trecerea lichidului prin conducte, pierderi volumice i frecãrilor mecanice, deci : L
în care
Lm
! Lm
este randamentul mecanic,
L h Lv , Lh
este randamentul hidraulic,
Lv
este
randamentul volumic. La pompele i ventilatoarele centrifugale, dacã se schimbã turaia la valoarea n2, se modificã debitul Q 2, respectiv înãlimea H2 i puterea necesarã acionãrii va fi P 2 dupã urmãtoarele relaii: n1/n2 =Q1/Q2; H1/H2= (n1/n2)2, P1/P2 = (n1/n2)3;
2 Pompe i compresoare volumice
3. .
Generatoarele volumice transform direct energia mecanic în energie potenial de poziie sau presiune. Se caracterizeaz prin turaii mai reduse necesitând reductoare sau transmisii intermediare. Au organe de închidere între orificiile de admisie i de refulare : palete, supape, bile. Au înlimea de pompare teoretic nelimitat care nu depinde de turaia sau forma organului de pompare, ci numai de etanarea organului de închidere, de presiunea mediului în care trebuie refulat fluidul i de puterea motorului de antrenare. Dup direcia de deplasare a volumelor, pompele sunt : volumice alternative i volumice rotative. A. Pompe volumice alternative
14
a) real
!
t
= -
T d 2 p
4 t
· p
n [m 3 / s] ( p = 0,85 ... 0,99 randament volumic)
cu efect - simplu, dublu
B. Pompe volumice rotative Transport lichidul cu ajutorul unor organe (rotoare) prevzute la periferie cu spaii goale, limitate de organele de închidere (dini, lobi, palete) care se rotesc cu etanare într-o carcas de form corespunztoare. Pompele rotative volumice sunt simple din punct de vedere constructiv, ocup un spaiu redus, se autoamorseaz, pot transporta lichide cu vâscozitate mare, sunt mai puin sensibile fa de impuritile din lichid, pot funciona la turaii mari i asigur refularea uniform a lichidului.
Pompa cu roi dinate este alctuit dintr-o carcas în interior cu dou roi dinate care se rotesc în sens invers, dinii roilor constituind organele de închidere a pompei. Pompa cu angrenaje cicloide i pompa cu loburi spre deosebire de pompele cu angrenaje deplaseaz lichidul cu un numr mai redus de celule dar cu volum mai mare. Pompa cu rotor elicoidal excentric realizeaz deplasarea lichidului în sens axial prin împingere cu ajutorul spirelor rotorului melcat. c) Compresoare volumice Se utilizeaz la instalaiile frigorifice, etc. Comprimarea fluidului gazos se obine prin creterea presiunii statice, folosind un organ mobil pentru micorarea volumului unuia sau mai multor compartimente în care fluidul gazos este închis. Pot fi cu : piston, rotative ± dup felul organului. 15
Compresoarele cu piston : au organul principal cu micare rectilinie alternativ. Compresoarele pentru instalaiile frigorifice pot fi cu unul, doi, trei sau mai muli cilindrii aezai vertical, în V, mai rar orizontal.
Dup felul în care fluidul (gazul) frigorific strbate cilindrul se deosebesc compresoare în echicurent i în contracurent. La compresoarele în echicurent vaporii agentului frigorific intr în supapele montate în fundul pistonului i ies prin supape montate în capacul cilindrului, strbtând cilindrul într-un singur sens. La compresoarele în contracurent în chiulas sunt supape de : admisie(aspiraie), refulare. Compresoarele rotative : pot fi cu pistoane rotative, cu palete : culisante în stator, glisante în rotor, cu inel de ap.
Organul mobil este rotorul excentric cu palete care lucreaz într-o carcas cilindric. 16
Aparate fr elemente mobile Din aceast categorie fac parte : 3.3
a) S ifoanele (fig.3.8) Sifonule este o eav îndoit sub form de U servind pentru transvazarea unui lichid pân la egalizarea nivelurilor în cele dou vase. Principiile sifonului : Ecuaia lui Bernoulli în seciunile 1 i 2 h1
2 1
2 2
p1 w p w ! h2 2 V g 2g V g 2g
h
p1
(
F
1
p1 = p2 = pa w1 = w2 h1 ± h2 = H = F
p2
¨ l ¸ w 2 H ! © P 7^ ¹ 2 ª d º 2g 2gH W! ; l P 7^ d
1
h
!
T d 4
4
2gH l P 7^ d
2 2
h
0
sau neglijând pierderile prin frecare : W ! 2gH ;
!
T
4
d2
Fig.3.8 Sifon
2gH
b) M ontejusuri : folosite la transportul lichidelor toxice, fierbini, corozive (fig.3.9)
evacuare
- dezavantaj : funcionare intermitent
alimentare
- = (15 ± 20)%
er com rimat
Presiunea necesar ridicrii lichidului : 2
p ! Vg
2
V 1 7^ p 0
0
Fig.3.9 Montejus c) Gaz-lifturile (pompe M ammut) sunt prezentate ca principiu în figura 3.10. 17
Au randamentul cuprins între ( )= 0,3 ± 0,5; se folosesc la transportul fluidelor care au o temperatur ridicat.Funcionarea se bazeaz pe principiul vaselor comunicante umplute cu fluide nemiscibile cu densiti diferite. Se utilizeaz la ridicarea lichidelor coninând solide în suspensie (sfecl de zahr) cu ajutorul aerului comprimat care dispersat în lichid formeaz
er comprimat
un amestec eterogen gaz lichid cu densitate medie mai mic decât densitatea lichidului,
¤
astfel c suspensia gaz-lichid se rdic prin eava de refulare. Adâncimea de scufundare : HS ! H P
s
V m unde : V l V m
l ± densitatea lichidului m ± densitatea suspensiei
Fig.3.10 Gaz-lift
HP = H ± HS (înlimea de pompare)
1
d) Injectoare i ejectoare (fig.3.11)
2 5
4
1. Duza de intrare fluid motor 2. Ajutaj de amestec 3. Intrare fluid antrenat 4. Intrare fluid motor 5. Gâtuitura injectorului
6
6. Difuzor Injectoarele sunt aparate pentru transportul sau ridicarea lichidelor sau pentru pomparea lor
3 Fig.3.11 Injector
într-un spaiu sub presiune, folosind energia
cinetic a unui fluid motor (abur, aer sub presiune sau comprimat). Ejectoarele sunt aparate de construcie identic folosite pentru evacuarea unui lichid sau gaz (realizarea raportului de compresie 5 = pompe de vid). Injectoarele sunt aparate ieftine ca investiie i întreinere, au funcionare sigur, fr supraveghere, transport lichide murdare, cu materii sau corpuri în suspensie, funcioneaz fr zgomot i pot fi construite din materiale anticorozive. Randamentul sczut 15-30% adic consum mare de abur sau gaz i amestecarea fluidului motor cu lichidul pompat, sunt dezavantaje. 18
4 Motoare hidropneumatice Motoarele hidropneumatice sunt maini de for care transform energia 3. .
hidropneumatic în energie mecanic. Acestea se clasific în : 1. Motoare hidraulice - hidrodinamice : roi hidraulice, turbine hidraulice - hidrostatice : liniare, rotative 2. Motoare pneumatice - pneumodinamice : turbine eoliene - pneumostatice : liniare, rotative Roile hidraulice se utilizeaz pentru cderi mici de ap. Dup felul cum primesc apa, deosebim roi cu admisie superioar, inferioar i lateral. Totodat sunt întâlnite roi cu arbore orizontal parial cufundate cu partea inferioar în ap i roi cu arbore vertical total cufundate în ap, antrenate de fora dinamic a curentului de ap. Turbinele hidraulice sunt roi hidraulice perfecionate care primesc apa sub presiune în mod continuu pe rotor. Dup direcia curentului se deosebesc turbine tangeniale, radial-axiale i axiale. Motoarele hidrostatice. pompele volumice i motoarele hidrostatice sunt maini reversibile, de aceeai construcie, putând îndeplini atât funcia de generator hidraulic cât i de motor hidrostatic. Motoarele hidrostatice liniare (cilindrii hidraulici de for) sau rotative (pompele cu roi dinate, cu piston radial, cu piston axial, cu palete glisante), transform presiunea lichidului în lucru mecanic util prin deplasarea pistonului sau rotirea arborelui motoarelor respective. Turbinele eoliene sunt motoare pneumatice care transform energia cinetic a maselor de aer în micare, lucru mecanic.
Fig.3.12 Turbine eoliene a-cu coad b-cu virole c- cu elice În funcie de poziia arborelui se deosebesc turbine cu arbore orizontal i turbine cu arbore vertical. Turbinele cu arbore orizontal necesit dispozitive speciale pentru orientarea acestora în direcia curentului. 19
Energia mecanic produs de turbin poate fi utilizat direct la acionri pentru producerea curentului electric care poate fi acumulat în baterii i utilizat la înclzire sau iluminat electric. Motoarele pneumatice liniare (cilindrii cu piston sau camerele pneumatice cu membran), sau rotative servesc la acionri sau comenzi pneumatice.
4. MRUNIREA MATERIALELOR SOLIDE 4.1.Definirea operaiei : În procesele tehnologice din industria alimentar se impune ca produsele folosite s fie mrunite. Mrunirea este operaia de reducere a dimensiunilor geometrice a particulelor prin distrugerea integritii lor fizice, ca urmare a aciunii mecanice asupra materialului. În funcie de forma final a particulelor procesul de mrunire are urmtoarele denumiri : - mrunire propriu-zis, când particulele finale au o form determinat, în care intr procesele ca : sfrmare, concasare, spargere, mcinare, dezintegrare; - tiere i tocare. Mrunirea materialelor se realizeaz prin : - concasare, mcinare, tiere, dezintegrare ± pentru solide; - pulverizare, emulsionare ± pentru lichide; - dispersare ± pentru gaze.
4.2.Scopul procesului Mrunirea se aplic pentru : a) accelerarea unor operaii fizice (dizolvri, uscri) sau a unor operaii chimice i de transfer de cldur sau de substan. b) obinerea unor constitueni dintr-un agregat, de exemplu separarea endospermului cerealelor de înveli, decorticarea care ulterior sunt separai prin sortare. c) asigurarea unei amestecri mai bune a unor produse cu altele. d) facilitarea comercializrii produselor. Aplicaiile operaiei în industria alimentar se regsete în toate ramurile acesteia : morritul, zahrului, a conservelor, a amidonului, alcoolului, berii, vinului, etc. 4.2.1.Proprietile solidelor
Un element produs alimentar care constituie materia prim se caracterizeaz prin : suprafa, dimensiunea liniar, structur, friabilitate, duritate i rezisten la compresiune. 20
a) Dimensiunea liniar poate fi diametrul sau latura pentru sfer, respectiv cub sau o dimensiune medie fictiv în cazul formelor neregulate. Pentru un ansamblu de particule, intereseaz dimensiunea medie i dimensiunea limit. Dimensiunea medie reprezint dimensiunea particulelor care au ponderea cea mai mare în amestec. Dimensiunea limit a particulelor este dimensiunea celor mai mari sau celor mai mici particule din amestec. b) Suprafaa care intereseaz este cea exterioar, uneori i suprafaa interstiial (a golurilor). Aceasta se estimeaz la particulele cu form nedefinit. În cazul unui amestec polidispers de particule suprafaa este suma suprafeelor individuale, iar suprafaa specific este suprafaa unitii de mas sau de volum. c) Structura materialelor poate fi : omogen sau neomogen. În cele mai frecvente cazuri este neomogen. d) Duritatea este proprietatea care exprim tria relativ a materialelor solide. Acestea se clasific dup scara de duritate Mohs în : 7
-
moi având Wcompresie 10
Pa
-
semimoi : Wc = 107 ÷ 5·107 Pa
-
dure : Wc > 5·107 Pa Majoritatea materialelor întâlnite în industria alimentar sun moi sau foarte moi
de exemplu : -
moi (zahr, cereale, oase)
-
foarte moi (sfecl, carne, legume, etc.)
e) Distribuia particulelor dup dimensiuni. În funcie de natura materialului i gradul de mrunire, fraciunea cu dimensiunea ce apare cu frecven maxim se numete mod.
4.3.Factorii care influeneaz operaia de mrunire Eficiena operaiei de mrunire înseamn transformarea cu consum de energie minim i cu productivitate maxim a unu material solid dat într-un produs pulverulent sau granulat de dimensiuni i form impuse. Realizarea acestui scop depinde de o gam variat de factori : a) Umiditatea ± de obicei este un factor negativ cu efecte nefavorabile asupra procesului de mrunire. b) Fineea pân la care materialul este mrunit micoreaz productivitatea i mrete consumul de energie, deci costul operaiei. c) Gradul de mrunire (m) depinde de tipul mainii i de mrimea bucilor obinute. 21
m!
d1 în care : d2
-
d1 ± dimensiunea materialului iniial;
-
d2 ± dimensiunea produsului. Pentru buci mari m=2-25, iar la micorarea dimensiunii de mrunire se poate
ajunge la m=150 (mrunire în mai multe etape).
4.4.Procedee de realizare
Fig.4.1 Procedee de realizare a mrunirii 4.5.Scheme de realizare a operaiei de mrunire a) Mrunirea discontinu : produsul iniial este introdus în moar i mcinat în timp determinat pân ajunge la dimensiunea dorit. Procedeul este rar utilizat, obinându-se mult praf (component mrunt).
Moara
b) Mrunirea continu în circuit deschis. Materialul trece o singur dat prin moar sau succesiv prin mai multe uniti de mcinare. Rezult de obicei un produs neuniform; consumul de energie este mare. Moara
22
c) Mrunirea continu în circuit închis
Fig.4.2 Schema mrunirii continue în circuit închis Schema mrunirii în circuit închis : a ± transportor cu elevator; b ± antrenare pneumatic. Mrunirea poate fi pe cale : -
uscat (cel mai frecvent utilizat)
-
umed (în prezena apei), la mrunirea porumbului în industria amidonului i a malului în industria berii
4.6.Clasificarea mainilor de mrunit În funcie de natura materiei prime supuse mrunirii. 4.6.1. M aini de tiat
a) În funcie de tipul de cuit utilizat : -
maini cu cuite în form de disc;
-
maini cu cuite plane de diferite forme;
-
maini cu cuite de tip stea.
b) În funcie de mrimea bucilor tiate : -
maini pentru tierea în buci mari (mrunire grosier);
-
maini pentru tierea în buci medii;
-
maini pentru tierea în buci mici (maini de tocat fin).
c) În funcie de construcie i mod de montare a cuitelor : -
maini cu cuite montate pe discuri rotative (cu cuite plane de diverse forme);
-
maini centrifugale, având cuite plane, tierea realizându-se sub aciunea forei centrifuge;
23
-
maini cu cuite disc (orizontale, verticale) pentru tocat legume, fierstrul circular;
-
maini cu cuite plane de diferite forme (cuterul, fierstrul plat);
-
maini cu cuit tip stea (wolful);
-
maini cu mai multe tipuri de cuite (mainile de tiat slnin). 4.6.2Maini de mrunit propriu zise. Se clasific în funcie de :
a) Gradul de mrunire al materialului : -
maini ce execut operaia de concasare : concasarea primar m=3÷4, d 1=1500300mm, d2=500-100mm; concasarea secundar m=5-7, d 1=100-25mm, d2=255mm;
-
maini ce execut operaii de mcinare - mrunire pentru materiale dure : grosier m=10, d1=5-0,8mm, d2=0,6-0,08mm; fin m=15, d 1=1,2÷0,15mm, d2=0,06÷0,01mm;
-
dezintegrarea pentru materiale moi : grosier m=20, d1=12,5-1,7mm, d2=0,6÷0,08mm; fin m=50, d1=4÷1,5mm, d2=0,1-0,01mm.
b) Vitez relativ a organului de mrunire : mic, medie, mare. c) Principiul de funcionare i caracteristicile constructive : -
concasoare cu flci;
-
concasoare cu mori cu cilindrii;
-
colerganguri (mori chiliene) cu pietre verticale;
-
mori prin lovire, mori cu ciocane, dezintegratoare, mori cu bile.
4.7.Mori cu cilindrii (valuri) Morile cu cilindrii sunt utilizate aproape în toate subramurile industriei alimentare. Cilindrii în micare de rotaie în sens de întâmpinare, acioneaz prin strivirea materialului, strivire combinat uneori cu tiere, cu rupere sau forfecare, dup cum suprafaa cilindrilor este neted, striat sau are coli i viteza periferic este egal sau diferit. 4.7.1. Clasificarea este în funcie de trei criterii :
a) În funcie de modul de montare al lagrelor : -
mori cu lagre : fixe, mobile, fixe i mobile
b) În funcie de natura suprafeei cilindrilor : -
mori cu cilindrii netezi, riflai (striai), dinai
c) În funcie de numrul cilindrilor (fig.4.3) : cu un singur cilindru(a); cu doi cilindrii având axele în acelai plan orizontal(b), în planuri orizontale diferite(c), sau maini cu trei cilindrii i dou mcintori(d); maini cu dou perechi de 24
cilindrii riflai sau netezi realizând dou mcinturi succesive(e) : maini cu cinci cilindrii în acelai plan vertical sau în dou plane verticale diferite(f).
a)
b)
(c
e) d)
f)
Fig.4.3 Clasificarea morilor cu cilindrii 4.7.2 Elemente de calcul
Dimensiunile caracteristice de mori cu valuri sunt : diametrul cilindrilor D, lungimea L, distana dintre cilindrii 2a, unghiul de prindere i turaia n. Unghiul de prindere este unghiul format între tangentele duse în punctele de contact ale particulei sferice cu suprafaa lateral a cilindrilor, peste care, materialele în loc s fie prinse alunec (fig.4.4).
Fig.4.4 Elemente de calcul 25
Considerm o particul de diametru d supus strivirii între valuri. Fora F de apsare a valurilor asupra particulei se descompun în F1 i F2. În mod analog fora d frecare Ff se descompune în F f1 i Ff2. Pentru ca particula s poat fi prins i mrunit Ff1 > F1 sau Ff · cos sin
E >F· 2
E E îns fora de frecare Ff = f · F => tg < f sau < 2 în care f coeficientul de 2 2
frecare f = tg , unghi de frecare. Pentru materialele obinuite f = tg = 0,3 adic 17°, deci < 34°. În practic valoarea se micoreaz pe msur ce crete D i (2a) distana dintre cilindrii. 4.7.3.Le g tura între D (diametrul tvlu g ului) i d (diametrul particulei)
cos
E
2
!
a sau la limit în condiii r E
de prindere ( = 34°, cos 2a " cos V d
eoarece raportul
2
= 0,956, < 2, d < d max)
2a " 0,956 , d
"
0,956d 0,088a (1 ); 0,044 0,956d
0,088 20d.
Fig.4.5 Legtura între D i d = 220 mm i
= 250 mm. Se
= 300 i 350 mm care au un efect important la mcinarea
secarei. 4.7.3 T uraia optim a cilindrilor
La o turaie foarte mare a cilindrilor încep s apar fore de inerie, particule de material alunecând, iar la turaii mici scade productivitatea. Profesorul Levenson, pe baza calculului forelor centrifuge ce se nasc la rotirea cilindrilor a propus relaia pentru turaia maxim nmax : n max e 10,25
r rot/min d D V
r = tg - coeficient de frecare
Turaia uzual este n = 70÷80% din n max. Mainile de morrit de construcie româneasc au turaia cilindrilor de 350 rot/min, la diametrul D = 250mm i lungimea L de 600, 800 i 1000mm. 4.7.4 Productivitatea
Debitul volumetric la trecerea în flux dens a materialului : 26
QV = 2·D·L·a·n [m3/s] Debitul volumetric real se consider : Q Vr ! Q V
Q
m 3 / s , = 0,2-0,4 (coeficient ce arat c materialul nu curge în flux
continuu), sau productivitatea masic : Qm = 2··D·L·a·f m·n [K g/s].
4.8.Maini de tiat sfecla de zahr Dimensiunea tieilor ± lungime 22-25mm clasic; 9-10mm continu, lime 3-5mm, grosime 1mm. a)Maina de tiat sfecl cu disc Diametrul Turaia Lungimea discului discului de tiere (mm) (Rot/min) (mm)
Nr. de Productivitat Consumul alveole ea energetic pentru (t/24h) kW port 2215 cuite 19 1650 76 334 16 750 900 24 2000 65 334 22 1000 1200 32 2200 60 334 26 1200 1400 37 Tab.4.1 Elemente comparative la mainile de tocat cu disc
a) Maina centrifugal : caracteristici -
diametrul cilindrului vertical fix 1200mm
-
turaia spiralei mainii 100-120 rot/min
-
viteza periferic maxim a spiralei 8,3 m/s
- productivitatea pe 1 m.l. cuit 280 t/mh b) Maina de tiat cu ta mbur orizontal în manta fix ± se rotete într-o manta fix Caracteristici : -
nr. de cuite pe port cuit ± 3 rânduri a 2 cuite
-
nr. de alveole pe port cuit ± 8
-
nr. total de cuite ± 48
-
turaia tamburului ± 80 rot/min
-
viteza tangenial ± 5 m/s
-
debitul de alimentare ± 600-800 t/24h
27
4.9. Tipuri de mori
curire pentru cilindrii rifluii ; 14 racord evacuare Fig.4.6 Valul dublu automat VDA-1025
Fig. 4.7
Fig. 4.8
Fi .4.9. Zdrobitor
28
Fig.4.10
Fi .4.11
Fi .4.12
29
de mai sus
Fig.4.13 Determinarea tura iei optime a morii 5. 5.1.
AMESTECAREA MATERIALELOR
Generaliti
Prin amestecare se înelege operaia în urma creia materiale lichide plastice i solide pulverulente sau în granule sunt puse în contact direct urmrindu-se rspândirea lor uniform în întreaga mas a amestecului. În funcie de operaiei, în desfurarea unui proces, amestecarea poate fi : independent (30%), auxiliar (70%). Ca operaie independent, amestecarea se aplic în scopul : omogenizrii amestecurilor, sau la formarea emulsiilor i a dispersiilor. Ca operaie auxiliar este utilizat pentru : -
accelerarea proceselor chimice i biochimice
-
schimbarea strii fizice (floculare, dizolvare)
-
intensificarea adsorbiei (la decolorarea uleiurilor vegetale)
-
splarea unor solide i înlturarea impuritilor în industria zahrului i a amidonului; splarea cerealelor
-
accelerarea operaiilor de transfer de cldur În industria alimentar operaia are multe aplicaii ca :
-
amestecri în faz lichid (omogenizarea vinului)
-
amestecri în faz gaz-lichid (hidrogenarea uleiului)
-
amestecri în faz gaz-solid (înmuierea orzului) 30
-
amestecri în faz lichid solid (baterea untului, industria crnii i morritului pentru obinerea produselor pstoase) Posibiliti de realizare (procedee)
-
amestecarea pneumatic cu : aer comprimat, abur sub presiune
-
amestecare prin curgerea lichidelor
-
amestecare mecanic (cu palete de diferite forme) Termenii folosii : - amestecare la produse solide - agitare pentru amestecarea fluidelor - malaxare sau frmântare pentru produsele consistente
2 Factorii care influeneaz i caracterizeaz procesul
5. .
a) Starea materialului -
newtoniene ± gaze, lichide ± proprieti : densitate, vâscozitate ± consisten, coeziune
-
nenewtoniene ± unele lichide, pastele
-
solide ± unele au consisten i coeziune slabe (fina pulverulent) Proprietile i comportarea corpurilor la solicitri Corpurile ideale Corpurile din natur sub aspectul comportrii lor la aciunea solicitrilor, pot s
posede trei proprieti : elasticitate, plasticitate i vâscozitate. Corpurile cu comportare ideal sunt : -
solidul lui Hooke ± perfect elastic
-
lichidul lui Newton ± perfect vâscos
- plasticul St. Venant ± perfect plastic Solidul lui Hooke sau corpul perfect elastic posed numai elasticitate; sub aciunea unei fore se deformeaz, iar la încetarea aciunii forei îi revine la forma iniial. Lichidul lui Newton sau corpul perfect vâscos, sub aciunea unei tensiuni tangeniale curge. Curgerea vâscoas depinde de mrimea i durata solicitrii. Plasticul în ipoteza St. Venant este perfect plastic, comportându-se ca un solid pân la o anumit valoare a tensiunii denumit prag de tensiune, peste care se comport ca un lichid.
31
F luide
vâscoase nene wtoniene :
În practica industrial se întâlnesc fluide care prezint abateri de la comportarea newtonian, datorit urmtoarelor cauze : -
sistemele bifazice, la care faza dispers constituie o parte important din volum, în timpul curgerii sufer modificri structurale. Din aceast categorie fac parte suspensiile de polimeri, vopselele, pastele de adezivi, sângele, aluatul, pasta de carne, pasta de brânz, etc.
-
sistemele omogene, la care unitile de curgere sub aciunea tensiunilor tangeniale sufer orientri, din care pot fi amintite uleiurile minerale cu vâscozitate mare, topiturile de polimeri, etc. La aceste fluide vâscozitatea nu este constant.
b) Aparatul în care se desfoar operaia influeneaz modul se realizare al acesteia prin forma i dimensiunile sale. Totodat i poziia dispozitivului de amestecare fa de axul aparatului sunt de o deosebit importan la amestecare. Organele de amestecare trebuie s iniieze în cât ai multe puncte ale aparatului amestecri intense locale i s menin în suspensie starturi limit cât mai subiri care s produc o turbulen pronunat a întregului coninut din vas. Curenii ce se formeaz în aparat trebuie s atrag mereu noi cantiti de material în zona dispozitivului de agitare, astfel încât operaia s se desfoare cu eficien maxim. c) cantitatea de material care se prelucreaz poate s influeneze : durata amestecrii, eficiena, etc. În cazul în care se prelucreaz cantiti mari de material, sunt necesare aparate de dimensiuni mari. De multe ori este mai raional s se foloseasc mai multe aparate de dimensiuni mai mici, decât un aparat mare, obinându-se indici funcionali i calitativi mai buni raportai la durata de desfurare a operaiei. d) Durata operaiei are influen în primul rând asupra consumului de energie. Pentru ca operaia s decurg cât mai economic este necesar ca agitatorul s lucreze eficient, asigurând omogenizarea în cel mai scurt timp. Durata operaiei depinde, în afar de tipul agitatorului utilizat, de diametrul i turaia lui precum i de proprietile materialelor amestecate, ca vâscozitatea i densitatea acestora. 5.3.
Eficacitatea amestecrii
Calitatea amestecrii se poate aprecia prin metode bazate pe : -
msurarea concentraiei în diverse puncte
-
folosirea substanelor colorante
-
metoda gradientului de temperatur
-
metoda conductibilitii electrice 32
-
msurarea cldurii de dizolvare
-
msurarea diferenei de densitate
-
metoda atomilor marcai
-
metoda elementului indicator
4 Amestectoare pneumatice sau prin barbotare
5. .
Amestecarea se realizeaz fcând s treac prin produsul de amestecat (de obicei un lichid sau o suspensie de particule solide în lichid), aer sau un gaz oarecare sau abur sub presiune. Regimul de curgere i amestecare este generat de gazul care ptrunde în lichid sub forma unor bule mici, care având densitatea mai mic decât lichidul, se ridic spre suprafaa acestuia antrenând particulele lichide învecinate într-o micare ascensional, silind astfel restul lichidului s circule într-un sens mai mult sau mai puin dirijat în interiorul vasului. Dispozitivul prin care se distribuie faza gazoas se numete barbotor. Prin barbotoare, bulele de gaz în curs de dilatare transfer energia necesar amestecrii lichidului, prin presiunea cu care ptrunde în masa acestuia. Cantitatea de micare transmis se exprim prin relaia : P2 , în care : P1 N ± puterea transmis de ctre gaz, W P1 ± presiunea gazului la suprafaa lichidului, Pa P2 ± presiunea gazului la barbotare, Pa Q Vq ± debitul volumetric al gazului la suprafaa liber, m 3/s Presiunea gazului sau aburului necesar operaiei de barbotare se determin N ! P1 Q V1 ln
-
dintr-un bilan energetic întocmit între punctul de barbotare i suprafaa liber a lichidului, rezultând condiia :
-
w2 ¨ 1 ¸ p 2 p 1 u V 1 gh V g © P 7^ ¹ 2 ª d º 2 w ¨ 1 ¸ p 2 u V 1gh p1 V g © P 7^ ¹ în care : 2 ª d º h ± înlimea coloanei de lichid prin care se realizeaz barbotarea, m 1 ± masa specific a lichidului, kg/m3 g ± masa specific a gazului, kg/m3 w ± viteza gazului în orificiile de barbotare, m/s ± coeficientul de rezisten local Amestecarea prin barbotare este indicat în special n cazul când gazul, cu
ajutorul cruia se face, trebuie s reacioneze chimic (hidrogenarea uleiurilor, carbonatarea zemurilor în industria zahrului cu bioxid de carbon, etc), când favorizeaz o anumit aciune biologic (aerul-oxigenul pentru înmulirea drojdiilor). Amestecarea
33
cu abur este întrebuinat în cazurile când pe lâng operaia de amestecare este necesar s se fac i o înclzire. Barbotarea, de obicei, se realizeaz cu dispozitive construite din evi prevzute cu orificii amplasate în apropierea fundului vasului. De obicei diametrul orificiilor variaz între 3 i 6 mm. Pentru ca traseul bulelor de gaz s fie cât mai lung, orificiile se dispun de obicei în partea inferioar a evii orientate în jos. Viteza gazului la ieirea din orificiul barbotorului trebuie s asigure energia cinetic necesar învingerii rezistenei lichidului, pentru evitarea inundrii barbotorului cu lichid. evile cu orificii trebuie montate perfect orizontal pentru ca gazul la ieirea prin orificii s aib de învins aceeai rezisten asigurându-se astfel o repartiie cât mai uniform a gazului. 5.5.
a)
Aparate de amestecare
dup operaiile pe care le realizeaz luând în considerare starea materialelor :
-
amestectoare pentru materiale în stare fluid
-
amestectoare (malaxoare) pentru materiale pstoase
-
amestectoare pentru materiale pulverulente
b)
D.p.d.v constructiv : 1)fr elemente mobile, 2)mecanice
1) ± pneumatice prin barbotare ± cu injectoare i duze ± amestectoare prin curgerea fluidelor ± mixte (barbotare + curgerea fluidelor) 2) ± cu brae drepte i brae în form de ancor ± cu elice i spiral ± de construcii diverse BARBOTOARE
Fig.5.1 Tipuri de barbotoare
34
Amestectoare cu injector sau duz
1- injector cu duz; 2- realizarea amestecului 3 -pomp - se utilizeaz în special în cupajarea vinului i în industria cazeinei
Fig.5.2 Amestector cu injector i duz Amestecarea prin cur g erea fluidelor
Fig.5.3 Amestector de ulei Amestectoare mecanice
Aceste utilaje realizeaz amestecarea cu diferite elemente mobile numite : palete, brae, elice, etc.
Fig.5.4. Amestectoare mecanice
35
Amestectoare cu brae drepte i brae în for m de ancor
Se utilizeaz de regul la amestecarea sau agitarea lichidelor i a suspensiilor purtând denumirea de agitatoare. În funcie de modul de transmitere al micrii ctre lichid : - prin tensiune tangenial ± transmiterea micrii are loc în unghi drept fa de direcia de micare a agitatoarelor - prin presiunea palatelor exercitat asupra lichidului adic în direcia de micare a agitatorului (cel mai des întâlnit) ± toate agitatoarele cu palet. În spatele paletei apare o cdere de presiune care antreneaz lichidul din mediul înconjurtor.
Fig.5.5. Amestectoare elicoidale
Fig.5.6. Amesectoare tip Äturbin´ În funcie de direciile principale ale liniilor de curent avem curgere : tangenial, radial, axial. Aplicaii : -
la lichidele miscibile cu vâscozitate mic
-
agitarea lichidelor cu suspensii (emulsionarea drojdiilor, agitarea laptelui pentru omogenizare, a vinului, pmânturi decolorante în ulei)
- pentru meninerea în suspensie a substanelor fibroase (fibre de azbest în suspensie) - pentru dizolvri rapide i dispersii fine 36
-
la agitarea lichidelor cu solide când cele dou medii au densiti foarte diferite
Fig.5.7. Amestectoare cu elice Elemente de calcul ± a g itatoare simple cu palete
Fig.5.8. Amestector cu palete ± dimensionare -
stabilirea dimensiunilor vasului determinarea consumului de energie lichidul tinde s urce pe perei sub forma unui paraboloid Volumul unei arje V1 : V1 !
2
T
4
h1
D ± diametrul vasului hV ± înlimea vasului h1 ± înlimea coloanei de lichid în repaus hm ± înlimea minim de lichid deasupra paletei în timpul funcionrii hm = hx + hy + hz h p ± înlimea paraboloidului a ± adaos de siguran (a=0,1m) V olumul de lic hid din jurul paraboloidului de rotaie este :
!
!
T
2
T
2
h 1 - h m 4 Acelai volum în micare de rotaie este : 4
h p
p
!
T
2
h p
4 T
2
T
8
2
h p ! T
T
8
2
în
h p
2
T
2
care
p
±
volumul
h 1 - h m ! h p ; eci h p de unde h p = 2(h1 ± hm) 8 4 8 Înlimea total a vasului se determin cu relaia : h = hm + h p + a = 2(h1 ± hm) + hm + a sau : h = 2h1 ± hm + a ac se ia în considerare coeficientul de umplere recomandat cu valori cuprinse între 0,6 i 0,9, înlimea vasului poate fi exprimat astfel :
paraboloidului
p
!
¥
¥
37
h !
4
¦
¦
T
2
!
1 2
T V
4
Calculul consumului de ener g ie :
Necesarul de energie P se exprim prin relaia : P = P1 + P2 + P3, kW în care : P ± puterea necesar la arborele motorului electric, kW P1 ± puterea necesar la axul agitatorului, kW P2 ± puterea pierdut prin frecri în lagre, kW P3 ± puterea suplimentar pentru împingerea diferitelor obstacole, [P3 = (0,08 ±0,25)P 1]; ± randamentul motorului electric Calculul consumului de ener g ie
P1 P2 P3 , kW 1000L P ± puterea necesar la arborele motorului electric, kW P1 ± puterea necesar la axul agitatorului, kW P2 ± puterea pierdut prin frecri în lagre, kW P3 ± puterea suplimentar pentru împingerea diferitelor obstacole, [P3 = (0,08...0,25)P 1]; ± randamentul motorului electric P!
P2 = f · G · W a f ± 0,07 ± 0,1 coeficient frecare în lagre G ± greutatea elementului în micare; N; Wa ± viteza periferic a axului, m/s P1 ! c d 5-2m n 3-m V 1m L vm d ± diametrul cerc descris de braul agitator n ± turaia agitatorului ± densitatea fluidului v ± vâscozitatea lichidului (suspensiei) m¾ ¿ - constante specifice diferitelor forme de agitare (indicate în tabele) cÀ Amestectoare cu bra tip ancor
Pentru vase cu fund semisferic sau elipsoidal când este necesar o amestecare în
apropierea pereilor vasului. Amestecarea este determinat de : -
elementele geometrice ale amestectorului : d, h1, D, H, h2
-
asperitile vasului
- proprietile lichidului -
caracteristica hidrodinamic n (rot/min)
-
acceleraia gravitaional g
38
Fig.5.9 Amestector cu bra tip ancor Amestectoare cu elice i spiral
Avantaj ± pot lucra la turaii mari prin antrenarea direct de la motoare electrice ± realizeaz amestecare rapid Amestectoare cu spiral montat liber
-
Pentru amestecul fluidelor nenewtoniene cu vâscozitate foarte mare. Utilizri : malaxoare ± cristalizatoare în industria zahrului amestectoare cu spiral în difuzor sau vase cilindrice verticale pentru amestecarea diferitelor lichide;
A parate pentru amestecarea substanelor pulverulente
-
cu nec cu palete cu tambur (tob rotativ) ± cu tob cilindric ± cu conuri ± tob V sau Y ± elipsoidal oblic ± prismatic
Fig.5.10 Amestector cu nec 39
Ale g erea aparatelor de amestecare
Pentru alegerea aparatelor de amestecare este necesar s se in cont de urmtoarele elemente : -
organul de amestecare s iniieze fore de forfecare mai mari i în cât mai multe puncte din masa materialului supus operaiei i s menin în suspensie straturi limit cât mai subiri pe care s le rup;
-
s fie stras în mod continuu material în punctele active ale dispozitivului de amestecare i s se asigure o suprafa de contact cât mai bun;
-
amestecarea s fie cât mai uniform i s se realizeze în timp cât mai scurt pentru a se reduce la minim cheltuielile de energie. Se recomand pentru alegerea amestectoarelor, încercarea pe modele pentru a
stabili condiiile de similitudine : geometric (forma vasului i rapoartele geometrice optime dintre forma vasului i a dimensiunilor respectiv formei agitatoarelor) poziia agitatoarelor i a vasului i similitudinea hidrodinamic (valoare optim a turaie agitatoarelor). 6.
OMOGENIZAREA I EMULSIONAREA ÎN INDUSTRIA ALIMENTARA
6.1.
Generaliti
Omogenizarea este operaia de reducere a dimensiunilor fazei disperse a unui lichid în scopul mririi stabilizrii la pstrare , reducerea
tendinei de ecremare sau
sedimentare, la reducerea dimensiunii componentelor unui material vâscos (cazul fabricrii bradtului i compoziiei pentru prospturi). Nu trebuie confundat cu amestecarea. Omogenizarea conduce i la emulsionare, dac produsele prelucrate conin i substane de emulgare (proteine, fosfolipide, etc.). Emulsionarea este operaia în care dou lichide sunt amestecate intim, unul din lichide, faza dispers fiind mrunit în picturi mici în faza continu (extern). De regul cele dou lichide sunt apa i uleiul formând emulsii de tip U/A sau A/U.Faza U/A de exemplu poate fi diluat cu ap colorat cu colorani solubili în ap. Emulsia A/U poate fi diluat cu ulei, colorat cu colorani solubili în ulei. Tipul de emulsie ce se va obine depinde de: tipul de emulgator utilizat,proporia relativ între faze i de metode.
40
Interferena dintre dou lichide nemiscibile, este locul energiei libere rezultat din diferena forelor de coeziune a celor dou lichide, împiedicându-se aglomerrile,faza intern având tendina de a forma permanent picturi micisferice. Formarea unei emulsii implic reducerea tensiunii interfaciale dintre picturi pentru a obine o stabilitate mrit. Acest lucru este uurat prin utilizarea emulgatorilor ca ageni de emulsionare care pot fi de orice natur (lecitina, sterolii) sau sintetici(esterii glicerolului,srurile acizilor grai,etc.). Pe lâng funcia de emulsionare emulgatorii mai realizeaz: stabilitatea spumelor, efect de lubrificaie, aerarea produsului(la îngheat),complexarea amidonului,etc. Faza în care agentul de emulsionare este mai solubil va deveni de regul, faz extern. Pulberile fine pot fi adsorbite deasemenea pe interfee i pot aciona ca ageni de emulsionare.
2 Metodele de emulsionare
6. .
Pentru a forma o emulsie este necesar o energie care s menin lichidele în agitare i pentru a învinge rezistenele de frecare. Agitarea trebuie s fie violent pentru a dispersa fie picturile fazei interne i pentru ca filmul protector al agenilor de emulsionare sa fie adsorbit. La realizarea emulsiei se va ine seam de : -promovarea unui anumit tip de emulsie tip U/A sau A/U; -raportul dintre faze(dac o faz depete 50% este mai greu de realizat i manipulat operaia de emulsionare); -temperatura de emulsionare trebuie strict specificat(pân la 71ºC sunt optime pentru realizarea emulsiilor de tip lactat;pentru maioneze fiind necesare temperaturi mai sczute). Ca o regul general, cele dou faze trebuie pregtite separat, agentul de emulsionare fiind adugat la faza extern, cu excepia,când cele dou faze tind s formeze prin hidratare aglomerate,caz în care la emulsionare faza intern se adaug în mod treptat la cea extern sub agitare.În alte cazuri,cele dou faze sunt emulsionate împreun(bradtul etc.). 6.3.
Maini, aparate i instalaii de omogenizare-emulsionare
Echipamentul de emulsionare poate fi de tipul: turbine omogenizatoare sub presiune, mori coloidale, omogenizatoare cu jet, omogenizatoare adiabatice sau omogenizatoare ultrasonice.
41
a)Turbinele Turbinele se utilizeaz pentru realizarea emusiilor cu vâscozitate redus (T1 Condiii: a)Componenta tangenial a forei de coeziune(lipire)a particulei cu suprafaa peretelui canalului melcului trebuie s fie mai mare ca fora de coeziune a particulelor între ele. b)Pentru reducerea reaciei axiale R A componenta axial a forelor de coeziune a produsului cu peretele canalului s fie mai mic decât forele de coeziune a particulelor de produs între ele. c)Aderena produsului la suprafaa melcului sa fie minim i mult mai mic decât coeziunea dintre particule. d)Pasul melcului s nu fie prea mare pentru ca unghiul elicei s fie cât mai mic; debitul fiind compensat prin turaia mai mare a melcului. Energia mecanic consumat la presarea prin matri se compune din: -energia necesar de împingere prin canalele matriei -pierderile de energie la refularea produsului spre matri pentru asigurarea ieirii produsului cu viteze normale.
50
Lucrul mecanic de trecere a unei pri de aluat prin canalele de formare a matriei este: LT = Pm· f 0 · v · [daN · m] Pm-presiunea la matri (65-75) daN/cm2 f 0-aria seciunii vii a matriei cm2 v-viteza de ieire a produsului m/s -durata trecerii prin matri a poriei s Puterea util pentru presare: NM =
f 0 P m I
v
[kW]
100 102L
m
m-randamentul volmetric al melcului §0,25 Cuplul de rotaie la arborele melcului:
Mrot =
2 T · Pm · tg (R a3- r i3) 3
[daN·cm]
=15-18ºC
Fig.7.3. Presa cu valuri Q = D n · l · S · · k ,t/h -greutatea masei presate (în vrac t/m3) k-coeficient de neuniformitate a încrcrii mainii n-rot/min turaia
Presa din figur este utilizat pentru presarea strugurilor zdrobii. Se compune dintr-o tob rotativ (2) montat orizontal care constituie camera de presare propriu-zis. Scheletul tobei rotative este compus din doua calote de capt (3), confecionate din oel forjat, legate între ele prin ase lonjeroane sudate
Fig.7.4 Presa orizontal pneumatic
la ca ete e circumferin .
Carcasa tobei este construit din cercuri de oel, sudate echidistant pe cele ase lonjeroane, pe toat lungimea acestora. În interior, aceast carcas este cptuit pe întreaga suprafa cu sit din oel inoxidabil, care formeaz un cilindru metalic perforat.În interiorul cilindrului metalic 51
perforat, de-a lungul axei acestuia prins etan de dou discuri (7), se afl montat un burduf de cauciuc (6), care prin umflare,servete la presarea botinei aflate între burduf i cilindrul metalic.Toba este prevzut cu o gur de umplere practicat în carcasa acesteia de-a lungul generatoarei i închis cu ase capace (4) detaabile. La capete toba se sprijin pe dou lagre cu rulmeni.
Fig.7.5 Schema dispozitivului
Jgheabul de evacuare a mustului din figur, poziia (2) i a tescovinei (3), plasate sub toba rotativ au posibilitatea de deplasare pentru ca în dreptul tobei s fie aezat când compartimentul de must, când cel de tescovin prevzut cu un melc transportor(9). Instalaia de aer comprimat cu care este prevzut presa servete la dirijarea aerului în timpul umplerii i golirii burdufului. Pentru repartizarea uniform a mustuielii în jurul burdufului de cauciuc toba este pus în micare de rotaie cu ajutorul unui grup de antrenare (n=19 rot/min). Rotirea tobei produce o scurgere abundent de must fr a fi necesar umflarea burdufului. Când scurgerea se diminueaz se deschide robinetul de acces al aerului comprimat în burduf, rotirea tobei continuând pân la o presiune de 0,4-0,5 Mpa când mustuiala este deja fixat între perei. Fazele de presare se alterneaz cu operaiuni de afânare (destrmare)cu aciune pneumatic i mecanic.Durata presrii unei arje dureaz 50-90 minute.Tescovina va fi eliminat cu ajutorul melcului transportor. b)Prese hidraulice Presele hidraulice, dup modul de lucru pot fi împrite în dou grupe: -prese verticale cu dispozitiv de presare de sus în jos,de jos în sus i furchete; -prese orizontale:cu aciune simpl sau cu aciune dubl; Presa hidraulic vertical cu dispozitiv de presare de jos în sus funcioneaz discontinuu, în cadru unui ciclu executându-se urmtoarele operaii: -încrcarea coului aezat pe crucior cu mustuial,peste care se aeaz capacul; -introducerea cruciorului încrcat între placa pistonului i placa tambur a cadrului,rulând pe ine de ghidare; 52
-ridicarea cruciorului i coului sub aciunea pistonului prin exercitarea presiunii în cilindru;ridicarea cruciorului se face intermitent;când mustul începe s curg lent se reîncepe presarea pâncând nu mai curge suc chiar la o presare puternic; -descrcarea presei. Pentru ritmicitate,presa poate lucra cu dou crucioare echipate cu courile respective. Presa hidraulic orizontal (tip BUCHER) este prevzut cu un co din oel inoxidabil care prezint în interior elemente de colectare a mustului eliberat sub forma unor nururi de drenaj confecionate din esturi sintetice.
Fig.7.6 Presa hidraulic orizontal de tip Bucher
Aceste elemente au rol atât de colectare i de dirijare a mustului eliberat în timpul operaiunii de presare din masa prelucrat, cât i de afânare a tescovinei. Dispozitivul de presare este format dintr-un platou metalic de presare fixat pe pistoanele cilindrului hidraulic central. Cilindrul hidraulic este montat orizontal. Readucerea platoului de presare în poziia iniial, la sfâritul ciclului de presare se face cu ajutorul a trei cilindri hidraulici. Prin retragerea platoului de presare mecanic,se întind dispozitivele de colectare (nururile), producându-se o destrmare a materialului presat.Presa PH-5000 poate prelucra o cantitate de 6-12 tone/or materie prim,cu un randament de 70-80%. Presa hidraulic cu pachete cu 1-3 platforme se folosete în industria sucurilor. Pentru presare, pulpa de fructe este introdus în pachete astfel: se aeaz întâi un grtar de lemn apoi rama care determin înlimea pachetului i apoi pânza de cânep. În acest pachet se introduce pulpa de fructe într-un strat gros de 4-8 cm, se niveleaz stratul i se îndoaie colurile pânzei. Capacitatea unui pachet este de 40-50 kg,într-o pres intrând 7-10 pachete. 53
Pachetele se pregtesc pe platforma mobil a presei, dup care prin rotirea acesteia ajung deasupra platformei de presare. Se pornete pompa, i procesul de presare începe.Operaia de presare dureaz 10-15 minute,dup care se coboar pistonul,se descarc presa i se introduc alte pachete.
Fig.7.7 Presa hidraulic cu pachete cu 1-3 platforme Presa hidraulic Fora util de presare ce se exercit asupra T D 2 k produsului: Pn = q [daN] (1) 4 q-presiunea specific (4-10 daN/cm2 struguri) Fora abil este creat de presiunea lichidului de lucru asupra plonjorului: Pn = p ·
T D 2
- G ± p · · f · D · B (2) 4 D-diametrul plonjor -limea sistemului de etanare f-coeficientul de frecare G-suma greutilor pieselor mobile
Din (1) i (2) rezult: T D 2 q 7G 4 p = T D 2 F f D B 4 Debitul de lichid : k
Q=
[daN/cm2]
T Dk 2
·Na 4 Na-viteza de ridicare a plonjorului în timpul presrii Puterea necesar motorului electric: 100 Q p N = k 102 L p c)Prese mecanice cu aciune continuu 54
Presele mecanice cu aciune continuu au o larg rspândire, în mod obinuit se recurge la folosirea combinat a preselor: prima presare se face cu presa hidraulic sau pneumatic, iar presarea urmtoare, dup afânarea botinei, se face cu presa continuu. Mustul i vinul obinut de la primele presri sunt pentru obinerea produselor de calitate superioar, iar cele de la presa continuu,pentru vinurile de consum curent sau pentru industrializare. Presele mecanice prezint o serie de avantaje ca: economicitatea, capacitatea mare de prelucrare, gabarit redus; totodat sunt mai dezavantajoase pentru c mustul i vinul au un depozit de drojdie prea mari i de multe ori vinul capt gust amrui datorat mrunirii ciorchinelor i a seminelor. Presa continuu funcioneaz pe principiul urubului elicoidal fr sfârit, ce preseaz botina în dou direcii:orizontal,cu ajutorul unui capac mobil prevzut cu contragreuti i vertical,prin comprimarea botinei între urub i pereii unui cilindru perforat. Prile componente i fazele procesului de lucru sunt prezentate în figura (7.8):
Fig.7.8 Presa continu
d)Prese cu aciune combinat Presa mecano-hidraulic se compune din: tob de presare, dispozitivul de presare, dispozitivul de destrmare a tescovinei, mecanismul de acionare i cadrul presei. Toba de presare de form cilindric este format din ipci de lemn montate pe un cadru metalic, fiind închis la capete cu dou discuri metalice cptuite cu lemn, unul pentru presarea mecanic i unul pentru presarea hidraulic. Toba de presare este montat pe un ax filetat sprijinit pe lagre. Dispozitivul de presare mecanic se compune din arborele filetat i discul prevzut cu filet pentru înfiletarea pe ax în timpul rotirii tobei.
55
Dispozitivul de presare hidraulic se compune dintr-o pomp cu piston acionat de un excentric al axului presei i cilindrul hidraulic al crui piston acioneaz asupra discului de presare hidraulic. Readucerea acestui disc în poziia iniial la terminarea presrii se face cu ajutorul unor arcuri. Dispozitivul de destrmare al tescovinei se compune din cinci inele metalice legate între ele i de cele dou platouri de presare prin lanuri metalice, inelul fix este prins la discul de presare hidraulic, celelalte fiind libere fa de ax. Dispotivul de colectare i evacuare a mustului i tescovinei se compune din dou planuri înclinate montate pe cadrul mainii sub toba de presare i dou jgheaburi din tabl montate pe role, unul pentru colectarea mustului i altul cu melc pentru evacuarea tescovinei. Pentru funcionare toba se rotete pân capacele de pe suprafaa acesteia ajung în partea superioar, se desfac i toba este alimentat cu mustuial. În urma procesului de presare care în prima faz este asigurat prin presare mecanic datorit rotirii tobei,mustul rezultat se scurge printre ipcile tobei în jgheabul colector.Când mustul curge încet,se inverseaz sensul de rotire al tobei,discul de presare mecanic se va deplasa în sens invers ca efect al defiletrii,realizând cu ajutorul lanurilor i inelelor destrmarea tescovinei.Se repet aciunea i se continuu presarea combinând aciunea mecanic cu cea hidraulic. Pot fi efectuate astfel 4-5 presri. Toba are o turaie de 4 rotaii pe minut. Dup terminarea procesului se evacueaz tescovina în jgheabul cu melc introdus în locul celui de must i se acioneaz toba în rotaie pentru destrmarea i evacuarea complet a tescovinei din tob. Presa mecano-pneumatic Presa mecano-pneumatic realizeaz presarea asupra botinei cu ajutorul unui burduf pneumatic i al unor discuri care se deplaseaz pe axul principal. În interiorul tobei, axial, se afl un arbore filetat în dou sensuri,sprijinit la capete pe dou lagre.Pe arbore la cele dou capete se afl bucele filetate pe care sunt montai cilindri,iar pe acetia discurile de presare de care sunt fixate piuliele elastice i capetele burdufului de cauciuc. Botina care trebuie presat este introdus în spaiu neocupat de burduf, între discurile de presare. Motorul electric antreneaz prin transmisie cu angrenaje coul, fcând s înainteze pe axul presei cele dou discuri de presare. Spaiul disponibil pentru botin se reduce astfel, iar burduful capt o anumit form. Dup terminarea presrii, discurile se aduc în poziia iniial prin rotirea 56
arborelui în sens invers, iar tescovina rmas este eliminat prin capacele prin care s-a introdus i botina. 7.3.
Calculul preselor
a) Calculul productivitii preselor (P) se realizeaz în general dup relaia: P=m·
T D 2
·H···
T
,kg/schimb 4 k X m-numrul de couri D-diametrul interior al coului [m] H-înlimea coului [m] -densitatea produsului [kg/m3] -coeficientul de umplere [=0,75 pentru struguri,0,85 pentru botin] T-durata schimbului [min] k-coeficientul care ine seam de timpul de încrcare,de descrcare i de
schimbare al coului; (pentru presa cu un singur co la m=1,k=1,pentru presa cu dou couri m=2,k=1,2,pentru presa cu trei couri m=3,k=1,3). -durata unui ciclu [min] Calculul productivitii preselor cu nec prezint o serie de particulariti deoarece cantitatea de material transportat de melc se micoreaz continuu,iar proprietile fizico-mecanice se modific în timpul presrii. Din aceast cauz, formula general de calcul a productivitii preselor cu melc cu aciune continuu este de forma: P = F · 0 · · ,kg/s f c = F - suprafaa seciunii transversale a camerei de presare,în zona dispunerii primei spire a necului, m 2 2
F=·
d 0
d 12
4 d0-diametrtul exterior al melcului; d1-diametrul axului melcului. 0-viteza de deplasare a produsului de-a lungul necului [m/s] 0 =
n
·S 60 n-turaia melcului [rot/min] p-pasul primei spire a necului [m] S-densitatea botinei [kg/m3] -coeficientul de umplere al seciunii necului i apresei întregi (=0,25-0,28) b)Consumul de energie în operaia de presare se poate face cu ajutorul relaiei empirice: N = 0,816 · 10 -4 · · q · D 2 [kw] N-puterea util [kw] -debitul de suc [l/s] q-presiunea la ultima spir a melcului [Pa] D-diametrul exterior al melcului
57
8. EXTRUDAREA TERMOPLASTIC ÎN INDUSTRIA ALIMENTAR Extrudarea termoplastic a cunoscut o mare dezvoltare în ultima vreme, profilându-se ca un ansamblu de operaii pentru obinerea, în conditii economice,a produselor alimentare. Extrudarea termoplastic const în supunerea materiilor prime la presiuni i temperaturi bine definite dupa care acestea sunt trecute fortat printr-o filier i decupate la anumite dimensiuni în momentul evacurii Utilizarea tehnicii de extrudare în diferitele ra muri ale industriei alimentare a)Industria morrit-panificaie:se pot obine finuri instant,produse cerealiere pentru micul dejun,pufulei,produse de tip snack,saleuri,etc. b)Iindustria produselor zaharoase:decristalizarea zahrului,dezinfectarea mcinturii de cacao i pentru realizarea operaiei de conare(finisare)a masei de ciocolat. c)Industria laptelui:transformarea cazeinei în cazeinai de Na,Ca,K. d)Industria berii:obinerea malului brun. e)Industria amidonului:obinerea amidonului modificat sau a amidonului special. f)Industria crnii:obtinerea derivatelor texturate pentru hrana animalelor. În general un utilaj de extrudare cuprinde:malaxorul, extruderul propriu-zis i dispozitivul de tiere al produsului. ingrediente
abur
Fig. 8.1 Schema de principiu a unei instalaii de extrudare Malaxorul este destinat amestecrii materiilor prime (griuri, finuri, aromatizani, colorani,etc.)i precondiionarea acestora prin tratare cu abur viu în sistem deschis (presiune atmosferic) i temperatur constant. 58
Extruderul propriu-zis este format din corp, nec i filier (cap de extrudare). Corpul extruderului poate fi cilindric sau cilindroconic confecionat din sectoare care se pot uor asambla, fiind prevzute în manta de înclzire (cu aburi)i de rcire cu ap.La interior pereii au practicate canale longitudinale în scopul mririi coeficientului de frecare i intensificrii amestecrii materialelor prelucrate. necul de lucru de regul, prezint trei seciuni: -seciunea de alimentare,care are rol de a prelua i de a transporta materialul,asigurând omogenizarea amestecului i eliminarea aerului inclus; -seciunea de compresie(la presiunea joas i medie)în care are loc o cretere a temperaturii favorizând gelatinizarea a midonului i coagularea proteinelor. -seciunea de presiune i temperatur maxim în care materialul este împins spre capul de extrudare. Capul de extrudare este amplasat la extremitatea seciunii de presiune i temperatur maxim. Forma orificiilor poate fi: cilindric, dreptunghiular i inelar.
Fig.8.2 Forma orificiilor capului de extrudare
Materialul la ieirea din extruder se expandeaz, presiunea sczând brusc,i se evapor i restul de ap aflat în material ceea ce produce o dilatare a straturilor cilindrice i concentrice ale acestuia.
Fig.8.3 Trecerea materialului prin extruder
59
Cuitul acionat electric decupeaz materialul la dimensiunile dorite. F actorii
care influeneaz prelucrarea materialului în extruder
Procesul de extrudare termoplastic este condiionat de factorii care sunt în strâns interdependen i care se influeneaz reciproc. a)Compoziia amestecului:sub 20% umiditate procesul de gelifiere a amidonului nu are loc,iar peste 25% umiditate are loc o cretere a presiunii în extruder datorit creterii tensiunii de vapori,sau creterea temperaturii,ceea ce produce o coagulare prematur a proteinelor i caramelizarea amestecului.Amestecul nu trebuie s conin mai mult de 35-40% glucide.Coninutul optim de proteine~50%. b)Viteza de înaintare a materialului în extruder. Se consider curgerea exclusiv liniar a materialului fluid nenewtonian,pe direcia axei spirelor necului.În ansamblu se poate considera o suprapunere a dou feluri de curgeri: una datorit împingerii materialului de ctre nec în lungul spirelor cu un debit Qa proporional cu turaia acestuia i o curgere datorat fluidului cu un debit Q p.Pentru a se putea materialul este necesar ca:Qa>Q p,în caz contrar materialul este returnat în gura de alimentare.
Fig.8.4 Tipuri de curgeri la trecerea materialului prin extruder În afar de curgerea longitudinal pe axa Oy exist i o curgere transversal pe axa Ox, precum i scprile peste axa spirelor. Considerând geometria necului constant pe toat lungimea i corpul necului apropiat de vârful spirelor,în seciunea de compresiune maxim,curgerea net se poate calcula cu relaiile: Q = Qa + Q p
Q = G1 · n · Fd +
G2
Q
F p
( P , L
Unde: n-turaia necului; Fd-factor de corecie al componentelor de înaintare a curgerii (Fd§1); F p-factor de corecie al componentei de curgere înapoi (F p§1); -vâscozitatea newtonian; ( P L
-cderea de presiune la evacuarea materialului din seciunea de presiune înalt cu
lungimea L 60
e p ¸ T 2 ¨ G1 = D H ©1 ¹ sin U cos U , 2 ª T D sin U º e p ¸ T ¨ G2 = D H 3 ©1 ¹ sin 2 U , 12 ª T D sin U º
Unde: D-diametrul interior al cilindrului H-distana dintre axa necului i cilindrul de lucru p-numrul de spire paralele -unghiul format de spir cu verticala e-grosimea spirei Curgerea net va fi deci o rezultant a celor dou componente. c)Presiunea i temperatura din extruder În principalele trei seciuni ale extruderului avem: presiune atmosferic în prima seciune; presiune de ~80 bar în seciunea de presiune medie i presiune de ~150 bar în seciune spre capul de expandare. Temperatura din extruder se asigur fie prin aport de energie caloric prin abur sub presiune fie prin energie electric (efect Joule sau inducie magnetic) în cmaa corpului necului. d)Durata de staionare a materialului în extruder este important pentru realizarea unui optim de temperatur.La o durat mic nu se realizeaz transformarea principalelor componente din amestec(amidon,proteine); la o durat prea mare temperatura înalt conduce la pierderea fluiditii amestecului i blocarea extruderului. Durata de staionare se poate regla prin schimbarea turaiei necului, diametrul i în special a geometriei spirelor. Viteza de curgere a materialului prin orificiile capului de extrudare este în funcie de vâscozitatea . Qvp =
K ( p
L
,
Unde: K-constant ce depinde de geometria orificiilor p-diferena de presiune din extruder i presiunea atmosferic Rezistena hidraulic a capului de extrudare va putea fi modificat prin: -variaia seciunii de evacuare(rezistena este proporional cu ptratul seciunii); -variaia lungimii canalelor de evacuare(rezistena este proporional cu lungimea) Parametrii optimi pentru extrudare sunt caracteristici pentru fiecare tip de amestec; principalii parametrii care pot fi controlai sunt presiunea, temperatura i hidratarea i
61
caracteristicile constructive ale extruderului: pasul melcului,adâncimea spirei,turaia, necului i forma capului. Tipuri de extrudare a)extruderi simple de tip monourub folosite pentru obinerea de produse tip saleuri,etc. Ele pot fi utilizate i ca pregelificatoare, dup decupare, produsele putând fi expandate într-un cuptor-tunel sau într-un prjitor. b)extrudere cu dublu etaj, primul etaj fiind folosit pentru pretratamentului termic al amestecului, iar al doilea pentru extrudarea propriu-zis i formarea.Se folosesc pentru obinerea pufuleilor, snackurilor,etc. c)extruderi speciale pentru texturizarea amestecurilor proteice. d)extrudere pentru produse moi(obinerea de alimente pentru animale) e)extrudere pentru cereale i finuri. Alte tehnologii de extrudare: -
extrudarea sub form de filme,cu înclzire pe ambele fee;
-
extrudarea la temperaturi negative;
-
extrudarea dubl amaterialului. 9.
9.1.
SEDIMENTAREA.DECANTAREA
Generaliti Operaia de separare a particulelor solide sau lichide din sistemele eterogene
lichide sau gazoase, datorit aciunii difereniale a unei fore asupra fazelor cu densiti diferite se numete sedimentare. Prin sistem eterogen se înelege sistemul constituit din faze diferite:o faz intern, dispers sau dispersat care se afl în stare fin divizat i o faz extern dispersant, sau mediu de dispersie, care înconjoar particulele fazei disperse. Sistemele eterogene se clasific dup cum urmeaz: -sisteme eterogene lichide:suspensii,emulsii,spume; -sisteme eterogene gazoase:praf,fum,cea,aerosoli. Suspensiile prezint ca faz dispersat particule solide. Emulsiile prezint ca faz dispersat picturi de lichid greu miscibile cu mediul de dispersie. Spumele prezint ca faz dispersat bule de gaz. Praful i fumul prezint ca faz dispers particule solide. Aerosolii i ceaa prezint în dispersie picturi de lichid. Dup dimensiuni particulele se disting: 62
-suspensii:-grosiere -suspensii:-grosiere d>100 m -fine d=0,5-100 m -tulbureli -tulbureli d=0,1-0,5 m -soluii coloidale d0; -va pluti: ws-wm=0; -va fi antrenat în sus: w s-wmwf . Acest sistem nu se indic pentru practica industrial. Principiile sedimentrii expuse mai sus nu sunt valabile va labile decât parial pentru separarea soluiilor coloidale, acestea depunându-se greu fiind caracterizate printr-o anumit stabilitate ce se explic prin sarcinile electrice cu care sunt încrcate particulele solide. Particulele cu sarcini de acelai semn se resping,ceea ce d o anumit stabilitate suspensiei,care poate fi distrus dac se neutralizeaz sarcinile prin adaos de electrolii fini sau de coloizi cu sarcini electrice de semn contrar.Astfel particulele neutralizate se vor reuni în aglomerate mai mari care se sedimenteaz uor. 9.5.
Decantoare în sistem eterogen solid-lichid
Aparatele în care se realizeaz sedimentarea în sistem solid-lichid sub influena forelor gravitaionale se numesc decantoare. Dup modul de funcionare avem decantoare discontinuue, semicontinuue i continuue.
Fig.9.2 decantor discontinuu Acestea pot fi simple rezervoare de form paralelipipedic în care se introduce lichidul cu suspensie pe partea superioar (2) i se las pân se realizeaz sedimentarea produselor solide. Dispozitivele de tipul sifonului sau de tip basculant (3) permit evacuarea lichidului limpezit din stratul superior spre fundul vasului. Sistemul de evacuare poate fi înlocuit cu un sorb plutitor. Precipitatul se evacueaz evacu eaz la orificiul cu robine r obinett (4). 65
Decantarea discontinuu se realizeaz în toate rezervoarele de clarificare din industria vinului, în care caz uneori se lucreaz cu adaosuri pentru grbirea limpezirii.
Fig.9.3 Tava de rcire în industria berii 1.-vas de decantare 2.-plutitor pentru eav basculant 3.-perete pentru oprirea spumei 4.-racord de evacuare must limpede 5.-racorduri de evacuare ap splare i sedimente Tava de rcire din industria berii este i un decantor deoarece odat cu rcirea se realizeaz i separarea mustului de sedimente. b)Decantoarele semicontinuue in general funcioneaz cu alimentare continuu, astfel aleas încât particulele s aib timp suficient s sedimenteze pân când lichidul limpezit ajunge la ieire.Sedimentul,adunat treptat,va fi eliminat periodic prin oprirea alimentrii i evacuarea lichidului limpezit. c)Decantoarele continuue funcioneaz cu alimentare i evacuare continuu atât a lichidului cât i a sedimentului.Din aceast categorie fac parte urmtoarele:
Fig.9.4 Decantorul circular cu brae
66
Decantorul circular cu brae este format dintr-un rezervor cilindric cu diametrul mare (1) i înlime mic descoperit i cu fundul puin înclinat spre centru. Pe un ax ventrical central sunt fixate 2-4 brae cu raclei,acionate în micare de rotaie de un motor electric i reductor (0,5-0,025 rot/min). Pe ax în partea central este montat o conduct cilindric (2) care servete drept alimentator. Lichidul limpezit traverseaz radial rezervorul spre periferie. La periferia rezervorului este un prag de preaplin (4) peste care lichidul limpezit se deverseaz i este evacuat. Particulele în suspensie în lichidul de alimentare sedimenteaz ajungând pe fundul vasului. Nmolul depus pe fundul decantorului este împins continuu spre centrul rezervorului de unde se evacueaz coninutul cu ajutorul unei pompe de nmol. Acest decantor se utilizeaz pentru limpezirea apelor de splare din industria zahrului. Debitele de decantare sunt mari, pân la 12,5 m3/h i au diametre de pân la 100 m. Un dezavantaj ar fi pierderea mare de ap odat cu nmolul evacuat. Pentru reducerea suprafeei ocupate de aparat se construiesc decantoare etajate formate din mai multe decantoare circulare cu brae supraetajate. Astfel de aparate se întrebuineaz în industria zahrului pentru concentrarea nmolului din zeama carbonatat, nmolul fiind trimis la filtre pentru recuperare zemii antrenate cu nmolul.
Fig.9.5 Decantorul circular cu brae supraetajat Pentru funcionarea corect a filtrelor sub depresiune, nmolul trebuie s aib cel puin 15% substan uscat. Se construiesc aparate cu 3-5 etaje(compartimente) cu diametre între 3-18m în funcie de debitul de zeam limpezit.
67
10.SEPARAREA PRIN CENTRIFUGARE 0 Generaliti
1 .1.
Centrifugarea este operaia de separare a componenilor sistemelor eterogene solid-solid, solid-lichid, solid-gaz, lichid-gaz sau lichid-lichid în câmp de fore centrifuge. Câmpul de fore centriguge poate fi realizat prin : alimentarea sistemului eterogen într-un organ în micare de rotaie al unui
-
utilaj (centrifug, separator centrifugal), unde are loc separarea fazelor sistemului; imprimarea unei micri de rotaie sistemului eterogen prin alimentarea
-
tangenial în aparate fixe (hidrocicloane, cicloane); Separarea amestecurilor eterogene sub influena forei centrifuge se realizeaz pe baza a dou principii: prin sedimentare, separarea realizându-se datorit diferenei de densitate a
-
componenilor; prin filtrare, la care separarea amestecului solid-lichid are loc ca urmarea
-
trecerii fazei fluide printr-un material filtrant; Când trebuie s se separe un amestec solid-lichid, utilajul se numete centrifug iar când se separ un amestec lichid-lichid sau se purific un lichid, utilajul se numete separator centrifugal. Separarea amestecurilor neomogene utilizând efectul forei centrifuge se realizeaz în utilaje care poart denumirea generic ´centrifuge´. Factorii care influeneaz centrifugarea sunt: mrimea forei centrifuge: fora centrifug care se nate în cazul unei micri
-
circulare a unui corp de mas ³m´ cu viteza unghiular ´ [´ pe o traiectorie de raz R este: F=m[2R=m(2T n/60)2R [N]; în care ³n´ reprezint turaia. Din expresia forei centrifuge reiese c creterea acesteia se realizeaz mai uor prin mrirea turaiei decât prin mrirea diametrului tamburului. caracteristicile materialului: viscozitatea, existena spumei ± influeneaz
-
negativ separarea; natura materialului din care se construiete centrifuga influeneaz prin
-
calitile de rezisten mecanic i rezisten la coroziune.
0 2 Aparate de fracionare a fazei solid-solid
1 . .
Se utilizeaz urmtoarele tipuri: a) site de cernere cu micare plan paralel circular; b) aparate de cernere cu micare de rotaie de form: cilindric (cu ax înclinat la 510 0), hexagonal (cu ax înclinat la 5-10 0), conic (orizontal); 68
c) sit centrifug de cernere cu bttoare rotative (aparatul de treier); d) triorul cilindric cu alveole; e) triorul spiral: separarea pe baz de diferen de for centrifug (forma suprafeei exterioare a componentelor);
0 Centrifugarea amestecurilor eterogene
1 .3.
Marea varietate a materialelor prelucrate prin centrifugare, proprietile lor i a produselor rezultate reclam condiii de lucru foarte diferite determinând folosirea unui numr mare de aparate, deosebite atât din punct de vedere constructiv cât i a modului de funcionare i exploatare. Astfel, clasificarea centrifugelor se face pe baza mai multor criterii, cele mai importante fiind: -
factorul de separare ³z´ care este dat de raportul dintre fora centrifug i
greutate: z = Fc/G = m[2R/mg =
2
[
R/g =
[
2
R/9,81; în care Fc ± fora centrifug
care acioneaz asupra particulei aflat în câmp centrifugal (Kgf), G ± fora de greutate (Kgf), [ - viteza unghiular, r ± raza tamburului (tobei) în (m), m ± masa particulei (kg), g ± acceleraia gravitaional = 9,81 m/s2, n ± turaia tobei centrifugale (rot/min); în funcie de factorul ³z´ deosebim: z e 5000 ±centrifuge, 5000 e z e 50000 supercentrifuge, z u 50000 ultracentrifuge; -
dup destinaie: de decantare, de filtrare, de separare;
-
dup poziia axei: verticale, orizontale, înclinate;
-
dup modul de susinere a tamburului centrifugal: suspendate sau sprijinite;
-
dup modul de funcionare: cu funcionare periodic i cu funcionare
continu; 10.3.1. Centrifu g e filtrante
În acest tip de aparate, operaia de centrifugare decurge dup cicluri care cuprind urmtoarele faze : încrcarea, pornirea i aducerea la turaia de regim a centrifugei, centrifugarea propriuzis, uscarea sedimentului splat, frânarea i oprirea centrifugei urmat de descrcarea ei.
tambur perforat h
*
carcas motor electric
n * = 0,8«1 m
h = 0,35«0,52 m n = 850«1200 rot/min transmisie
Fig.10.1 Centrifugal filtrant cu descrcare manual 69
evacuare filtrat evacuare precipitat
Fig.10.2 Centrifugal filtrant cu tambur suspendat alimentare
carcas
tambur
disc de alimentare 500
evacuare filtrat evacuare sediment
Fig.10.3 Centrifugal filtrant suspendat cu descrcare automat 10.3.2.Centrifu g e cu funcionare continu
La acest tip de centrifuge, toate fazele operaiei de separare se realizeaz continuu, caracteristic fiind modul de descrcare a materialului. Acestea se împart în centrifuge filtrante cu ax orizontal i centrifuge cu ax vertical. Cele cu ax orizontal cu împingerea pulsant a precipitatului, la care evacuarea sedimentului se face cu ajutorul unui disc de împingere a crui micare pulsant este provocat de un piston coaxial acionat periodic de un motor hidraulic cu ulei. 5
7
4
3
1
6 2
12-16 curse/min
Ap splare
n
precipitat
Fig.10.4. Centrifug filtrant orizontal
filtrat
Ap splare
În figura 10.4, 1 ± tob filtrant, 2 ± con de alimentare, 3 ± disc pentru împingerea precipitatului, 4 ± carcas, 5 ± ax tubular, 6 ± ax plin, 7 ± piston. 70
Centrifuge filtrante continue cu ax vertical (cu tob conic), are tamburul de form tronconic, având un transportor elicoidal care se rotete cu turaie mai mic decât a tobei conice, servind la deplasarea sedimentului. alimentare 1 2 3
evac.ap splare evac.sirop
n1 n2 n2u
D
L1 L L2
u
Fig.10.9 Calculul de dimensionare eficiena de separare: E ! 100 [1 e calculul diametrului D din relaia:
-
d 50
! 4,5 [
D 1/ 2
3
L
(
d d 50
0 ,115 )3
], [%]
]1/ 2 ;
( V1 V 2 ) se verific dac în camera cilindric de R=D/2 se realizeaz câmp centrifugal eficace: 2 w 1 d 2 W = [/R, iar W c ! V p V ; domeniu uzual: [2R/g = [2000«70.000], 18 L R N s
m
2 n1
E W 2 ¨ R ¸ iar [ R ! © ¹ ; unde E = 0,45; r-raz vîrtej R ª r º - raportul între debitul de evacuare prin preaplin i debitul de alimentare: 1 V e ; în care 0,65 < m < 1; ! 2
V a
¨ n ¸ 1 m© ¹ ª e º
2, 5
73
10.3.5. S epararea amestecurilor solid- g az
În multe ramuri ale industriei alimentare se pune problema separrii prafului din curentul de gaze rezultat în urma proceselor de fabricaie sau cu scopul recuperrii prafurilor valoroase precum i pentru limitarea polurii mediului. De asemenea separatoarele formeaz elemente ale instalaiilor de transport pneumatic pentru cereale, fini, lapte praf, etc. Metodele de purificare a gazelor sunt : -
purificarea pe cale mecanic, în care separarea particulelor se face sub
aciunea unei fore mecanice, a gravitaiei sau a forei centrifuge cu schimbarea direciei de circulaie a gazului; -
purificarea umed, prin trecerea gazelor printr-un lichid sau prin stropire cu
lichide; -
purificarea gazelor prin filtrare prin suprafee sau straturi poroase;
-
purificarea electric a gazelor prin sedimentarea particulelor dispersate în gaz
cu ajutorul unui câmp electric de înalt tensiune; -
purificarea gazelor prin dispozitive sonice în care aerosolii pot fi aglomerai i
purificai sub influena undelor sonice de înalt frecven care provoac ciocnirea particulelor i aglomerarea lor; 10.3.5.1. Purificarea mecanic Se realizeaz prin urmtoarele procedee: a) procedee de separare prin sedimentare; camerele de desprfuire; În forma cea mai simpl, camerele de desprfuire sunt încperi mari, paralelipipedice pe care gazul de purificat le parcurge în lungul lor cu vitez mic. Separarea se face sub aciunea gravitaiei. Este important repartizarea uniform la intrarea în camer pe toat limea acesteia; b) procedee de purificare a gazelor pe principiul sedimentrii i al ineriei. Dac unui curent de gaz i se schimb direcia punându-i în cale un paravan, gazul îl ocolete iar particulele vor ricoa dup o direcie oarecare sub un unghi de inciden;
Fig.10.10 Conducte de sedimentare 74
Q, W
Fig.10.11 Camer de desprfuire cu perete despritor
A0 A
s
c) procedee de separare sub aciunea forei centrifuge Ciclonul este un aparat de centrifugare d1 cu tambur fix, format dintr-o manta b cilindric continuat la partea inferioar dz cu o form tronconic. Intrarea gazului se face printr-un ajutaj h Relaii de care transform seciunea circular a dimensionare conductei într-o seciune dreptunghiular A /A =0,5«1,8 0 1 care ptrunde tangenial imediat sub H/r 1=10«25 capacul mantalei. Conducta central de S/r 1=3 evacuare a gazului ptrunde în interiorul A1 dz/r 1=3«4 ciclonului. b/r 0=0,2«0,5 Sub influena intrrii tangeniale, gazul primete o micare de rotaie elicoidal, particulele solide frecându-se de interiorul mantalei, vor coborî, iar aerul se va evacua ascendent. Bateriile de cicloane (multicicloane sau r 0 cicloane celulare), au un randament de Q, W0 sedimentare mai ridicat cu cât scade diametrul ciclonului, s-au asociat mai Fig.10.12 Ciclon multe cicloane cu diametre mici (150«200 mm), pentru a putea epura debite importante de gaz. Gaz purificat gaz impur
a)
b) praf
Fig.10.13 - a) multiciclon b)element de multiciclon
75
H
10.3.5.2. Purificarea umed a g azelor
În industria alimentar se folosete interaciunea gaz-lichid pentru: purificarea aerului de praf, de zahr, fin, pentru condiionarea aerului (umezirea aerului) sau pentru saturarea cu gaze a apei, soluiilor i siropurilor (obinerea H2SO3 , sulfitarea vinului, a sucurilor de fructe, saturarea cu CO 2 a zemurilor din industria zahrului). Se mai folosete i pentru purificarea gazelor de vaporii substanelor organice (purificarea CO2 în fabricile de zahr, purificarea CO2 rezultat la fermentare de vaporii de alcool, etc.). Interaciunea gaz ± lichid are loc la suprafaa de contact a acestora, de aceea o suprafa mare de contact asigur o interaciune mai eficace. Pentru mrirea suprafeei de contact se folosesc mai multe procedee: coloan cu umplutur, aparate cu dispozitive de barbotare, aparate în care lichidele se pulverizeaz în curent de gaz. Coloana cu umplutur (fig.10.14)
3
7 Gaz purificat
1- racord intrare gaz impur 2 ± racord ieire gaz purificat 3 ± racord intrare ap 4 ± racord evacuare ap 5 ± umplutur (inele Raschig) gaz brut 6 ± suportul umpluturii 7 ± duz de pulverizare a apei
Fig. 10.14 Schi de principiu a unei coloane cu umplutur
2 5 6
1
4 lichid + solid
10.3.5.3. Purificarea g azelor prin filtrare
Filtrarea gazelor pentru reinerea particulelor în suspensie se realizeaz prin trecerea acestora printr-un mediu filtrant care reine partea solid. Materialul filtrant se alege în funcie de proprietile chimice ale gazului, de temperatura sa i de dimensiunile particulelor care trebuiesc reinute. Filtrarea se realizeaz în filtre cu saci filtrani cilindrici i în funcie de principiul de filtrare se întâlnesc: - filtre sub presiune compuse din dou camere, una inferioar i una superioar între care sunt prini sacii de filtrare. Gazul impur intr prin camera superioar, trece prin peretele sacilor iar impuritile se adun în camera inferioar de unde sunt eliminate cu un transportor melcat. 10.3.5.4. Purificarea electric a gazelor Aerul este în condiii normale un dielectric, îns sub aciunea unui câmp electric puternic, gazele sunt ionizate i dobândesc proprietatea de a transporta sarcini electrice 76
prin ionii formai. În cazul a doi electrozi plani i paraleli, variaia intensitii în funcie de tensiune, considerând trecerea curentului prin gazul aflat între electrozi este prezentat în figura 10.15: I(A)
4
Pân în punctul 1, intensitatea curentului este zero. Acesta poart numele de punct de ionizare, iar
3 1 Us
Ui
2 U
Fig.10.15 tensiunea Ui se numete tensiune de ionizare. Mrind tensiunea, va apare un curent slab care crete continuu (poriunea 1-2) apoi creterea este brusc (poriunea 2-3). În punctul 3 apare o scânteie, dup care tensiunea scade dup o curb neregulat (poriunea 3-4). Valoarea din punctul 3 al tensiunii poart numele de tensiune de strpungere U s. În cazul electrozilor coaxiali cilindrici, în jurul electrodului de ionizare, câmpul variaz I
conform relaiei (fig.10.16): E !
II
U d 1 ln
D p Di
3 2 1
0
1 2 3
în care: E ± câmpul electric, U ± tensiunea, d1 ± distana între electrozi, D p ± diametrul electrodului de precipitare, Di - diametrul electrodului de ionizare.
Fig.10.16 Variind tensiunea dintre electrozi, se obine o ionizare puternic cu scânteieri vizibile în întuneric, însoite de un zgomot caracteristic, fenomenul purtând denumirea de ³efect corona´. Dup polaritatea electrodului central se poate obine efect corona pozitiv sau negativ. În cazul filtrrii electrice a gazelor se folosete efectul corona negativ deoarece prezint urmtoarele avantaje: tensiuni mici, stabilitate mai mare a tensiunii, vitez mai mare de sedimentare a particulelor aflate în suspensie. Ionii în numr mare din jurul electrodului de ionizare antreneaz gazul înconjurtor spre efectul de precipitare, producându-se o deplasare de gaz numit ³vânt electric´. În figura 10.17 este reprezentat un filtru electric tubular cu electrozi coaxiali.
77
Dispozitiv de lovire Tuburi de depunere
Intrare gaz + praf Evacuare praf
Fig.10.17 Filtru electric tubular 10.3.5.5. Purificarea sonic a gazelor Particulele de praf sau de cea, aflate sub influena undelor sonice, în funcie de diametrul diferit a lor capt viteze diferite ca valoare i direcie de deplasare, formând aglomerate care pot fi mai uor separate într-un ciclon. Factorii care caracterizeaz efectele undelor sonice sunt: -
frecvena: pentru separarea prafului 1-100 kHz (pragul maxim auditiv este de 17 kHz);
-
intensitatea: (0,1 ± 1 w/cm2) reprezint energia undelor care strbat un cm2 în timp de o secund;
-
durata de acionare;
Folosind efectul undelor sonore se pot separa particule de praf de dimensiuni sub 10 Qm la un grad de separare de 0,1 g/cm
3
.
Elementele componente ale unei instalaii sonice de separare sunt: generatorul de unde ultrasonice, turnul de aglomerare i ciclonul de separare.Generatorul de unde ultrasonice (fig.10.18) se construiete în variantele cu jet a) i tip fluier cu vârtej b).
a)
b)
Fig.10.18 78
Generatorul sonor cu jet prezentat în fig 10.18 a) are ca pri principale o duz i un rezonator în care izbete jetul de aer produs de duz. Generatorul de tip fluier cu vârtej (fig.10.18b) realizeaz zgomote puternice ca urmare a introducerii aerului tangenial într-un tub cilindric. Schema instalaiei de purificare sonic a aerului este prezentat în generator sonor figura 10.19 turnul de aglomerare notat cu 1 este o camer cilindric goal ciclon pe care o strbate gazul de purificat praf în timp ce este supus aciunii câmpului turn de aglomerare sonic produs de generatorul sonic notat duz de umezire cu 2 i care este amplasat în partea sup. a camerei. Ciclonul notat cu 3, separ intrare aer cu praf aglomeratele formate în camera de aglomerare. Ciclonul mai prezint o evacuare nmol duz de umezire 4 montat la racordul compresor aer de alimentare, un compresor de aer amplasat la partea inferioar i un racord de evacuare a nmolului. Fig.10.19 Schema instalaiei de purificare sonic a aerului 10.3.5.6. Sedimentarea în sistem Lichid-Lichid a) vasele florentine - viteza de separare în cazul picturilor foarte mici se determin inând seama de aceleai elemente ca în sistemul solid-lichid, operaiunea realizându-se continuu. Operaia este important în industria uleiurilor. a Un decantor florentin poate fi de form h 1 cilindric sau prismatic. Pentru separarea continu trebuie s fie prevzut cu cel puin h2 trei racorduri : un racord de alimentare (A) A pentru amestec, un racord pentru evacuarea fazei cu densitatea cea mai mic (a) i un b 2 racord pentru evacuarea fazei cu densitatea cea mai mare (b) situat cu ( h mai jos decât (a).
Fig.10.20 Decantor florentin
b) separatoarele centrifugale
Sunt utilaje care funcioneaz în regim continuu. Clasificarea acestora se face dup mai multe criterii: -
dup modul de realizare a alimentrii i evacurii produselor avem separatoare deschise, semiermetice i ermetice;
-
dup elementele constructive se întâlnesc separatoare cu talere cilindrice concentrice i separatoare cu talere tronconice;
-
dup operaia care se realizeaz: separatoare clarificatoare, separatoare concentratoare i separatoare pentru separarea de faze;
79
S eparatoarele
cu talere cilindrice concentrice
Sunt întâlnite în industria vinului, berii i a sucurilor din fructe. Elementul principal este toba cu talere, acionat în micare de rotaie printr-un ax vertical la turaia cuprins între 100-250 rot/sec. Lichidul care trebuie limpezit este Introdus la presiune constant (pentru separatoarele ermetice) sau la presiune hidrostatic (la separatoarele semiermetice) axial, de unde va fi proiectat de ctre fora centrifug pe faa interioar a talerului inelar cel mai mic, unde sedimentul se reine i lichidul se deverseaz în zig-zag urcând i coborând printre talere pân ce ajunge la carcasa tobei la partea inferioar. Dup un numr de ore de funcionare se demonteaz si se îndeprteaz sedimentul. S eparatoare
cu talere tronconice
(fig.10.21)
Fig.10.21 Separatoare cu talere cilindrice concentrice
(fig. 10.22)
Sunt utilizate în industria uleiului la rafinarea acestuia i în industria laptelui. Prile principale sunt toba, sistemul, de alimentare i evacuare a produselor, axul de antrenare în micare de rotaie i carcasa de protecie i fixare. În tob se gsesc trei tipuri de talere: talerul central de alimentare, o serie de talere curente care realizeaz separarea fazelor i un taler superior cu rolul de a împiedica amestecarea deja separate. Alimentarea se realizeaz sub influena presiunii hidrostatice i separarea are loc în regiunea talerelor curente. Faza cu densitatea cea mai mic (smântâna) se colecteaz în partea dinspre axul de rotaie, se ridic i se evacueaz printr-o conduct de evacuare cu seciune variabil. Faza cu densitate mai mare i sedimentul solid sunt Fig.10.22 Separatoare împinse spre exterior spre carcas, sedimentul cu talere tronconice se fixeaz lâng peretele carcasei iar faza lichid se evacueaz prin curgere liber printro alt conduct de evacuare. S upercentrifu g e
(fig.10.23)
Realizarea unui factor de separare mai mare impune o turaie mai mare, chiar în detrimentul diametrului, deoarece factorul de separare este proporional cu ptratul turaiei i cu raza. În general alimentarea se face la partea inferioar a tamburului. În timpul deplasrii în lungul tamburului, lichidul se împarte în straturi dup densitatea prilor componente. Evacuarea componenilor separai se face pe la partea superioar. Componentul uor este eliminat prin orificiile centrale în pâlnia de evacuare superioar.
80
Componentul greu prin orificiile marginale în pâlnia de evacuare inferioar.
Fig.10.23 Supercentrifuge
11.
SORTAREA AMESTECURILOR POLIDISPERSE SOLIDSOLID
11.1.
Generaliti; clasificare
Pentru ramurile industriei alimentare, cum sunt industria morritului berei, spirtului uleiului, zahrului, amidonului, conservelor, etc. care utilizeaz ca materie prim semine, se impune sortarea ca operaie de separare a particulelor care se deosebesc unele de altele atât prin natur i form (semine, cereale, praf, pleav, etc.) cât i prin destinaia i mrimea lor (cereale, mazre, ovz, mzriche, neghin, etc.) Scopul separrii poate fii dup caracteristicile fizico-mecanice a le produsului de baz: -
dup dimensiune cu ajutorul sitelor;
-
cu ajutorul curentului de aer, dupproprietile aerodinamice;
-
cu ajutorul trioarelor dup forma boabelor;
-
cu ajutorul câmpului magnetic, dup proprietile magnetice ale fraciunilor;
-
dup culoare;
-
dup diferena de densitate a particulelor în mediu lichid (mazre verde, granule de amidon)
2 Operaia de cernere (separare cu ajutorul sitelor, separarea pe baza diferenei
11. .
de mrime a particulelor) Se numete cernere operaia de separare în fraciuni a amestecului de granule i pulberi pe baza diferenelor de form si dimensiuni ale particulelor. Aparatele utilizate poart denumirea de grtare, ciururi i site. 81
La cernere prin orificiile sitei trece marea majoritate a particulelor cu dimensiuni mai mici decât a orificiilor, care alctuiesc cernutul sau curentul inferior, i rmân particulele care alctuiesc refuzul. Sita propriu-zis se confecioneaz din diferite materiale: din esturi textile, metalice, table perforate cu ochiuri de form circular, dreptunghiular sau ptrat. Caractristicile principale ale sitelor sunt: dimensiunea ochiului (sub 1mm în diametru; peste 1 mm se numesc ciururi); numrul de ochiuri pe unitatea de lungime i de suprafa; totodat o caracteristic este suprafaa vie = cu raportul dintre seciunea orificiului (So) i seciunea total (St) a sitei exprimat prin relaia: Sv=
S O S t
y 100 %
Factorii care influenez operatia de cernere sunt: -
grosime stratuli de material;
-
forma orificiilor i a particulelor (circulare, alungite, ovale, ptrate, etc.)
-
umiditatea materialului;
-
natura materialului( influieneaz prin frecare uzura abraziv a sitei);
-
suprafaa activ de cernere.
Metodele de realizare a cernerii sunt metoda: - cernuturilor, când sitele se aeaz cap la cap începând cu cea cu ochiuri mai mici i terminând cu cea cu ochiuri mai mari R 1 R 2 C
R 3
R C1
C2
C3
Fig.11.1 Metoda refuzurilor la care sitele sunt aezate suprapus, începâd cu ochiuri mai mari i terminnd cu sita cu orificii mai mici La un numr de n site care formeaz aparatul de cernere se obin n+1 fraciuni dintre care n cernuturi i un refuz la metoda cernuturilor i n refuzuri i un cernut în cazul metodei refuzurilor. Cernerea se efectueaz pe site tehnice prin care trec fraciuni pân la 0,042 mm. Aparate de cernere: În funcie de modul cum se realizeaz deplasarea materialului în raport cu sita avem: a) Aparate cu micarea plan paralel alternativ (fig.11.2) sau plan paralel circular a sitei (fig.11.3). Se utilizeaz la curirea cerealelor i la cernerea mlaiului. Micarea de dute-vino a sitelor de obicei dispuse înclinat, se realizeaz prin mecanisme biel82
manivel sau cu excentric. Alimentarea se face la partea superioar, produsul deplasându-se apoi pe sita înclinat. Cernutul rezultat se evacueaz prin gura de evacuare (3) iar refuzul prin gura de evacuare (4 ).
1 ¨
4 3
n
Fig.11.2 Site cu micare plan-paralel alternativ Site de cernere cu micare plan-paralel circular Din aceast categorie de aparate face parte sita plan sau plansichterul frecvent întlnit în intreprinderile de morrit i în industruia amidonului sau zahrului. În principiu o astfel de sit funcioneaz în felul urmtor:micarea de rotaie este transmis printr-un excentric la cadrul cu rame cu site. În figura 11.3. este redat schia de principiu a circulaiei produselor în interiorul unui pasaj de sit plan cu 12 rame cu site.
Fig.11.3. Aciunea paletelor asupra traiectoriei particulelor Pentru ca materialul s se deplaseze continuu într-un sens se monteaz pe pereii laterali ai ramei cu site, palete din tabl sau în alte cazuri, se înclin sitele cu 4-5º.
83
R 1 R 2 R3 C1 C2
Figura 11.4.Deplasarea materialului la un pasaj al sitei R 1-3 ±refuzuri; C1-2 ± cernuturi Condiia de cernere în sitele plane este ca produsul s se afle în contact cu suprafaa de cernere un timp optim i s se deplaseze cu o vitez optim care s asigure cea mai mare probabilitate ca particulele mai mici decât orificiile sitei s treac prin aceasta, condiii realizate datorit felului de micare plan-circular care oblig fiecare particul s parcurg suprafaa de cernere de la un capt la altul într-o deplasare pe numeroase traiectorii circulare. Se consider un punct M pe sit în care se afl o particul. Pentru ca particula s se deplaseze pe sit este necesar ca fora centrifug FC imprimat particulei prin rotaia sitei plane s depeasc fora de frecare Ff a acesteia pe sit.
r M Fc Ff
Fig.11.5. Schema forelor care acioneaz în cazul sitei plane .
84
Dac F c ! m [ 2 r ,respectiv F f ! f m g în care: m-masa particulei ; -viteza unghiular; r- raza excentritii; f- coeficientul de frecare sit produs. Atunci: Fa>Ff Deci: m [ 2 r " f m g 2
T n ¸ sau m¨© ¹ r " f m g ; ª 30 º n-turaia (rot./min.) De unde: n " 30 În practic se utilizeaz
f
, sau n min . ! 30
r n=200
f r
± 220 rot./min. Se observ c la turaii mai mari este
necesar o excentricitate r mai mic. b) Aparatele de cernere cu micare de rotaie Se întâlnesc în industria morritului atât pentru realizarea sortrii cerealelor în 2 sau 3 fraciuni cât i pentru realizarea cernerii finii. Ele pot avea form cilindric, hexagonal sau conic. Suprafaa tamburului se confecioneaz din sit cu orificii de diferite mrimi care cresc în sensul deplasrii materialului. Se folosete metoda cernuturilor. În figura 11.6 este reprezentat un aparat folosit ca sit de control la cernerea fainii în industria panificaiei. 5
1
4
2
7
Figura 11.6. Schia de principiu a sitei tronconice rotative 1. 2. 3. 4. 5.
nec de alimentare carcas sit conic nec gur de alimentare
6. gur de evacuare a refuzului 7. gur de evacuare a cernutului
85
Mecanismul sortrii la sitele cu micare de rotaie decurge astfel: o particul aflat pe peretele sitei este supus unui sistem de fore : G=m·g ± fora de greutate; Fc=m·2·r ± fora centrifug.
r
Fc M N G
Figura.11.7. Sisteme de fore ce acioneaz în cazul sitei rotative . Fora normal N rezultant r ezultant ce acioneaz asupra particulei este: N ! m( g cos E [ 2 r ) ; Pentru ca particular de mas ³m´ s se desprind de suprafaa cilindrului este necesar ca: 2 m( g cos E [ r ) ! 0 sau: [ 2 r cos E ! g
i: 2 [ r T E ! arccos( ) g 2 Se oberv c desprinderea particulei de suprafaa cilindrului are loc în cadrul II deci
deasupra diametrului orizontal. Dac: m f g cos E [ 2 r " m g sin E , atunci particular se deplaseaz împreun cu cilindrul i separarea nu mai au loc. La limit se poate scrie:
m f g
Pentru:
cosE
[
2
r ! m g
sin E
f=tg De aici rezult: n !
sin E N r sin N 10 z 15
În practic se apreciaz: n !
r
[rot/min]
Productivitatea sitei cilindrice se calculeaz cu relaia: Q
în care:
! 0,72 ] V n t g 2 U r 3
h
3
; [t/h]
± coefficient coeffici ent de afânare afâ nare a materialului materia lului (0,6 ± 0,8); - masa volumetric volumetri c
kg/m3;- unghiul de închidere al tablei fa de orizontal;h- înlimea stratului de material în tabl; 86
c) Sit centrifug de cernere cu bttoare rotative:
1
sit rotativ (2) bttor rotativ (3)
transportor melc (4)
Fig.11.8. Schia unei centrifuge de cernere. Camera la aceast main, în plus fa de cernerea în site cu micare de rotaie, este completat cu o aciune violent asupra produsului supus cernerii asigurat de un bttor rotativ. Corpul de cernere al sitei format din cilindrul (2) se rotete cu cca 20 ± 30 r ot/min. În interiorul cilindrului de cernere se rotete în sens invers cu cca 170 ± 180 rot/min, rotorul (3) pe care sunt montate paletele (bttorele). Alimentarea aparatului se face prin racordul (1) iar evacuarea cernutului printr-un transportor transportor melc (4). Deplasarea produsului în interiorul sitei de la intrare spre evacuare este asigurat de o uoar înclinare a bttoarelor fa de axa orizontal cu cca 5% (reglabil). Cilindrul cu sit se construiete cu diametrul de 600 ± 800 mm i lungime de 2000 ± 2500 mm. 87
Capacitatea de producie producie este de 150 150 kg/h·m kg/h·m2 , suprafaa de cernere pentru fin i 180 kg/h·m2 în cazul cernerii pentru control a trâelor. d)Triorul cilindric cu alveole, este întrebuinat pentru eliminarea impuritailor care cu aceleai dimensiuni în seciune trazversal ca i seminele, îns au lungime mai mare. Triorul de de form form cilindric are suprafa lateral interioar prevzut cu alveole tanate, cu ajutorul crora, particulele intrate în alveole la rotirea cilindrului s se ridice i s fie descrcate la o anumit înlime într-un jgheab collector. Particulele mai
lungi
nu
pot
intra
complet
în
alveole
inaintând
de-a
lungul
cilindrului.
Fig.11.9 Triorul cilindric cu alveole Construcia celulelor triorului este determinat de destinaia lor. Pentru separarea impuritilor sferice a jumtilor de semine, neghinei i mzrichei din orz se utilizeaz alveole cu diametrul 6,25 ± 6,50 mm iar pentru separarea orzului de ovz alveole cu 9,5 ± 10 mm. Sistemul de fore ce acioneza asupra particulei din alveol este alctuit din : y
¨ T n 2 ¸ ¹¹ r fora centrifug Fc = m·2·r = m ©© 30 ª º
y
foa de greutate greutat e G = m·g
rezultanta celor dou fore în normal la suprafa N va fi : N = Fc+G = m·g·cos + m·2·r y
fora de frecare T1 (în cazul suprafeei netede a cilindrului), va fi:
¨ m[ 2 r ¸ © ¹¹ T1 = f·N = f © m cos E g ª º În care : f=tg - coeficientul de frecare unde -unghiul de frecare
88
r
T1 Fc M N G·cosa G
Fig.11.10 Sistemul de fore ce acioneza asupra particulei din alveol Componenta tangenial a greutii particulei: T = m·g·sin Alunecarea particulei este posibil dac: T T
1
2 ¨ [ r ¸ ¹ t g N Adic : m·g·sin m·g· ©© cos E g º¹ ª 2
De unde rezult:
[ r g
Sau inând cont de !
e sin
T n
30
E N sin N
i înlocuind vom obine : n e 0,5
sin E N rot/sec r sin N
La mrirea turaiei crete fora centrifug i grunele se vor ridica la un unghi de 90° sau mai mare ( = 90° + ). Dac = 90° sau mai mare nu are loc separarea deoarece particulele nu se mai desprind de suprafaa cilindric datorit influenei forei centrifuge. Deci se impune o turaie limit a triorului adic sin (180° -) = sin i astfel: nmax=
0,5 R
, [rot/sec]
Trioarele funcionez sub turaia limit i se disting : y
trioare lente la care n = (0,2÷0,3) nmaxde regul cu cilindru înclinat cu 5÷10° fa de orizontal;
y
trioare rapide la care n = (0,75÷0,8) nmax cu axa de rotaie a cilindrului orizontal.
89
e)
Separarea particulelor solide pe baz de diferen de for centrifug
(separarea cu trior spiral): Triorul spiral servete la separarea sprturilor i boabelor mici de grâu din deeuri pe baza diferenei de mas specific i a formei suprafeei particulelor. Datorit forei centrifuge care se dezvolt în timpul rostogolirii pe planul înclinat elicoidal, boabele rotunde sunt proiectate ctre marginile jgheabului putându-se colecta astfel separat. 1
2
3
praf
neghin sprtura de grâu
Fig.11.9 Triorul spiral Triorul spiral are montat la partea superioar un dispozitiv de alimentare(1) cu ubr dozator. Prin cdere liber produsul se scurge pe suprafaa elicoidal (2) unde se produce separarea în 3-4 componente. Praful se colecteaz lâng stâlpul de susinere (4) al planului înclinat, sprtura de grâu la mijlocul planului iar boabele rotunde de neghin i mzriche sunt dirijate înspre periferia jgheabului fiind captate de clapetele de deviere. 11.3.
Separarea magnetic
Puterea de atracie P a magneilor permaneni: 2
2 (kg) ! ¨©© ¸¹¹ P ! 8T 981000 ª 500 º
B
S
©
S
unde: B- inducia magnetic (G s); S- seciunea trasversal a câmpului magnetic (cm2);Înclinarea optim a suprafeei =40°.
40°
Fig.11.10 Principiul de separare magnetic
90
2
aspirare praf 1
3
produs
fier
Fig.11.11 Separator electromagnetic ( 5t/h)
1. tambur magnetic 2. ubr 3. band transportoare Curentul necesar este de 110 V continu (rederesor cu seleniu)
4 Separarea dup însuirile aerodinamice
11. .
Se face atunci când boabele (amestecul) cad liber într-un curent de aer. P ± fora portant G
G>P ± cdere gravitaional G=P - plutire G
View more...
Comments
