Два самосинхронизирующихся вибратора создают направленные колебания, которые заставляют частицы двигаться по сложным траекториям, что приводит к активному перемешиванию, созданию вихревых потоков и организует перемещение смеси вдоль оси аппарата. Легкие частицы мышечной и соединительной ткани всплывают на поверхность, и для ее перемещения через коллектор 7 подается острый пар. Он же поддерживает температуру воды на уровне 90...95 °С. Слой смеси кость — вода занимает около l/З поперечного сечения трубы. С наружной стороны труба с воздушным зазором закрыта кожухом 6, предохраняющим персонал от ожогов. Производительность аппарата по сырой кости до 1000 кг/ч при мощности электродвигателей 0,74 кВт и расходе на 1 т сырья пара 350 кг, горячей воды 1 м3. Масса аппарата 600 кг.
Использование вибрационных аппаратов позволяет сократить процесс обезжиривания до 3 мин, получить жир первого и высшего сортов. Остаточное содержание жира 4...7 % в зависимости от вида кости.
Оборудование для импульсной обработки жиросодержащего сырья. Различают гидромеханический и электроимпульсный способы извлечения жира из кости.
Гидромеханический способ извлечения жира из кости основан на динамическом, ударно-импульсном разрушении жировых клеток и удалении жира. Импульсы возникают при
движении бил или молотков, вращающихся на валу в цилиндрическом корпусе. Процесс проводят в воде температурой 20...25 °С, что позволяет получать высококачественный жир и костный остаток, пригодный для выработки высококачественного желатина.
Гидромеханическая машина, в которой происходит извлечение жира из кости импульсным методом (рис. 9.49), состоит из цилиндрического корпуса 8 с двумя крышками 13 и 14, в которых установлены радиаль-но-сферические подшипники 10 и 15. В подшипниках вращается вал 4, на котором с помощью шпонок закреплены ступицы 5. К ступицам на пальцах попарно с двух противоположных сторон прикреплено четыре била 6. Каждая следующая пара бил смещена на 30°, что создает эффект винтовой линии. Между внешней кромкой бил и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса образуется зазор 30 мм. Вал с билами приводится во вращение от электродвигателя 2 мощностью 55 кВт через муфту 3. Частота вращения вала 24,5 с"1, окружная скорость на внешнем радиусе бил 40 м/с. Двигатель и корпус машины установлены на раме 1.
Предварительно измельченная
кость в смеси с водой (в соотношении 1: 5) поступает в машину через патрубок 7 и попадает под быстровраща-ющиеся билы. Смесь под действием центробежных сил распределяется по стенкам цилиндра в зазоре и движется вместе с билами. На внутренней обечайке корпуса продольно установлена пластина-турбулизатор И, о которую ударяется смесь. При этом создаются гидромеханические эффекты, обеспечивающие выделение жира. Расположение бил по винтовой линии обеспечивает продольное смещение смеси. Продолжительность процесса обезжиривания составляет 8... 12 с, после чего под действием центробежных сил смесь жир — вода — кость выбрасывается через патрубок 9 в статический разделитель, где жир всплывает на поверхность, а кость оседает на дно. Далее жир поступает в шнековый плавильный аппарат.
Рис. 9.49. Гидромеханическая машина:
1 — рама; 2 — электродвигатель; 3 — муфта; 4 — вал; 5 — ступица; 6 — било; 7 — загрузочный патрубок;
8 — корпус; 9 — патрубок для выгрузки; 10, 15 — радиально-сферические подшипники; 11 — пластина-турбу-
лизатор; 12 — патрубок для спуска воды; 13, 14 — крышки корпуса
Производительность гидромеханической машины составляет от 1 до 1,5 т/ч по сырой кости, масса — 2785 кг. Применение гидромеханической машины обеспечивает остаточное содержание жира до 2 %, но дополнительно происходит измельчение кости, что затрудняет ее использование для производства желатина.
Для обезжиривания кости возможно создание динамических импульсов в жидкости с помощью электрического пробоя между двумя электродами при разряде конденсаторов. Из-за быстрого выделения энергии в искровом канале в результате малой сжимаемости воды возникают высокое импульсное давление, достигающее десятков тысяч мегапаскалей, линейные перемещения жидкости со скоростями до сотен метров в секунду и импульсная кавитация. Все эти факторы способствуют разрушению оболочек жировых клеток и последующему вымыванию жира.
Электроимпулъсный аппарат не имеет движущихся частей, в нем легко меняется энергия импульса. Принципиальная схема электроимпульсного аппарата показана на рис. 9.50. Он состоит из корпуса 1, в который через бункер 7 загружают кость. Корпус за-
полняют водой, а кость из бункера проходит через зазор между центральным 9 и секторным 6 электродами. Секторный электрод изготовлен из десяти пластин, собранных в виде цилиндра. Центральный электрод подключен к основному контакту конденсатора 12, а каждая пластина секторного электрода — к отдельному контакту масляного контактного переключателя 10. При движении рычага переключателя поочередно в кольцевом зазоре между контактами возникают разряды, вследствие чего достигается равномерное распределение энергии. Кость проходит через зону разряда, обезжиривается и попадает на дно корпуса, откуда выгружается из аппарата шнеком 2. Жир отстаивается в аппарате и выводится через гидрозатвор. Аппарат работает при напряжении от 30 до 60 кВ при емкости конденсатора от 0,35 до 0,7 мкФ. Основная часть жира выделяется при 100...120 импульсах. Расход электроэнергии на переработку 1 т сырой кости составляет 22...23 кВт-ч.
Оборудование для тепловой обработки крови. При нагревании крови до определенных температур происходит коагуляция, т. е. тепловая денатурация белков, входящих в состав


Рис. 9.50. Электроимпульсный аппарат для извлечения жира
из кости:
1 — корпус; 2 — шнек; 3 — привод шнека; 4 — коническая передача; 5 — гидрозатвор; 6 — секторный электрод; 7 — бункер загрузки; 8 — изолятор; 9 — центральный электрод; 10 — масляный контактный переключатель; 11 — привод переключателя; 12 — конденсатор
крови. Коагуляция начинается при температуре 56 °С, когда денатурируется фиброген, и заканчивается при 80 °С, когда денатурируется глобулин. Денатурированный белок теряет растворимость, образует сгусток, и жидкость легко отделяется. Коагуляцию крови с частичным удалением влаги, которой в крови содержится до 80...82 %, применяют при производстве кормовой муки. При коагуляции температуру крови доводят до 90...95 °С для уничтожения микрофлоры. Коагуляцию крови можно проводить в открытых и закрытых котлах и баках глухим или острым паром. Но этот процесс периодический, длительный и трудоемкий. Кроме того, на поверхностях нагрева образуется слой коагулированных белков, который ухудшает условия теплообмена и затрудняет очистку аппаратов.
Более эффективны коагуляторы непрерывного действия — шнековые и инжекционные.
Шнековый коагулятор крови показан на рис. 9.51. Процесс коагуляции в этом аппарате происходит непрерывно. Аппарат состоит из U-образно-
го корпуса 9, снабженного теплоизоляцией и крышкой 2. В корпусе на двух подшипниках скольжения 1 установлен шнек 10, который приводится во вращение цепной передачей И от электродвигателя. На крышке прикреплен ротационный питатель 4, обеспечивающий равномерную подачу крови. Ротор питателя вращается цепной передачей 6 от вала шнека. Кровь поступает в горловину 5 и далее через питатель во внутреннюю полость аппарата, куда одновременно через вентиль 8 и перфорированную трубу 7 подается острый пар давлением 0,2 МПа. Кровь нагревается до температуры 95 'С в течение 10 с и шнеком перемещается к люку выгрузки 3. При этом сгустки крови перемешиваются и измельчаются. Шнек вращается с частотой около 0,3 с"1 и перемещает массу вдоль аппарата за 90 с. При работе аппарата кровь прилипает к шнеку и стенкам аппарата, поэтому периодически снимают крышку и промывают шнек горячей водой. Производительность аппарата по крови до 20 кг/ч.
Инжекционные коагуляторы
(рис. 9.52) непрерывного действия не

Рис. 9.51. Шнековый коагулятор крови:
1 — подшипник скольжения; 2 — крышка; 3 — люк выгрузки; 4 — ротационный питатель; 5 — загрузочная горловина; 6, 11 — цепные передачи; 7 — перфорированная труба; 8 — вентиль для подачи пара; 9 — корпус;
10 — шнек
имеют движущихся частей. В них нагрев происходит в результате введения острого пара в струю движущейся крови.
Коагулятор фирмы «Алъфа-Лавалъ» (Швеция), показанный на рис. 9.52, а, состоит из корпуса 6, внутри которого установлен инжектор, состоящий из смесительной камеры 2, сопла 5 и регулирующего клапана 4. Кровь,
предварительно нагретая до температуры около 55 °С, насосом по патрубку 7 направляется в смесительную камеру 2, где в струю крови подается острый пар через форсунку 1. Вследствие изменения скорости течения крови и расширения пара струя крови дробится на мелкие капли и нагревается до 90 "С за доли секунды. Скорость и расход струи скоагулирован-

Рис. 9.52. Схемы инжекционных коагуляторов крови:
а — фирмы «Альфа-Лаваль» (Швеция): 1 — форсунка для пара; 2 — смесительная камера; 3 — патрубок для отвода коагулята; 4 — регулирующий клапан; 5 — сопло; 6 — корпус; 7 — патрубок подачи крови; б — ВНИИМ-Па: 1, 9 — фиксирующие винты; 2 — шланг; 3 — патрубок для отвода крови из теплообменника; 4 — патрубок для подачи крови в теплообменник; 5 — корпус; 6 — форсунка; 7 — диффузор; 8 — критическое сечение; 10 — теплообменник; 11 — патрубок для подачи пара
нои жидкости регулируются клапаном 4. В процессе работы возможно налипание крови на клапане и в колене отводного патрубка 3.
Коагулятор конструкции ВНИ-ИМПа (рис. 9.52, б) более совершенен. В нем поток парокровяной смеси организован с помощью сопла Лава-ля. На цилиндрическом корпусе 5 аппарата установлен спиральный теплообменник 10 для предварительного нагрева крови. Теплообменник смещают вдоль оси корпуса для изменения площади поверхности теплообмена и фиксируют винтом 9. К передней части корпуса прикреплен диффузор 7, а к задней — форсунка 6 для крови. Форсунку можно перемещать вдоль оси относительно критического сечения сопла и фиксировать винтом 1. Кровь насосом подается в теплообменник 10 через патрубок 4, нагревается до 45...50 °С и попадает в сопло, куда по патрубку 11 поступает острый пар. Пар, проходя через сужение сопла, приобретает скорость, которая много больше скорости потока крови, благодаря чему струя крови дробится на мелкие капли. Прогрев капель происходит в сопле за доли секунды. Между стенками сопла и потоком крови образуется паровая прослойка, что исключает прилипание и пригорание крови.
Основные расчеты. Проводят расчет производительности и тепловой расчет как для периодически действующих, так и для непрерывнодейству-ющих аппаратов. Кроме того, рассчитывают мощность привода.
Расчет аппаратов периодического действия. Производительность (кг/с) аппаратов периодического действия для обработки жиросырья
(9.51)
где G — масса единовременной загрузки, кг; т — продолжительность цикла обработки, с; V — геометрический объем аппарата, м3; ip — коэффициент загрузки; р — плотность продукта, кг/м3.
Масса (кг) единовременной загрузки может быть равна массе сырья
или состоять из массы сырья Gc (кг) и воды GB (кг):
G = Gc + GB = Gc(l + k), (9.52) где k — жидкостный коэффициент; k = GC/GB.
Жидкостный коэффициент в зависимости от условий процесса меняется от 1 до 5.
Продолжительность (с) цикла состоит из продолжительности вытопки тт и продолжительности подготовительно-заключительных работ тп з по обслуживанию оборудования:
т = тт + тп.3. (9.53)
При плавлении жира происходят существенные изменения теплофизи-ческих характеристик сырья. Поэтому при расчете продолжительности процесс разделяют на две фазы: продолжительность нагрева хг до полного плавления жира и т2 — до конечной температуры продукта. При переработке конфискатов учитывают дополнительную выдержку т3 при конечной температуре для полной стерилизации продукта, т. е.
тт = х1 + т2 + т3. (9.54)
Продолжительность нагрева можно определить по критериальным соотношениям или по темпу нагрева. В первом случае продолжительность (с) нагрева
(9.55)
где Foi, Fo2 — критерии Фурье для первой и второй фаз нагрева жиросырья; /ь 12 — определяющие размеры частиц, м; аи а2 — коэффициенты температуропроводности, м2/с
Численное значение критерия Fo находят по кривым Кондратьева в зависимости от критерия Био (Bi) и от-


носительной температуры 0. Критерий Био
(9.56)
где а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 • К); А — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ■ К).
Относительная температура
(9.57)
где fc, tH, tK — соответственно температуры среды, начальная и конечная температуры материала в данной фазе нагрева, °С.
Коэффициенты температуропроводности для первой фазы п\ (м2/с): для сырья свиного (4,4...5,0)10~8, говяжьего (5,3...7,8)10~8; для второй фазы а2 (м2/с): для жира свиного (1,7... 1,9)10'6, говяжьего (2,2...3,3)1(Г7.
Коэффициенты теплопроводности для первой фазы Х1 [Вт/(м-К)]: для сырья свиного 0,186, говяжьего 0,217; для второй фазы Х2 [Вт/(м-К)]: для жира свиного 0,58, говяжьего 0,35.
При нахождении продолжительности процесса (с) по темпу нагрева т процесс также должен быть разделен на фазы. Тогда для £-й фазы
(9.58)
где nil — темп нагрева материала в данной фазе, с"1;
где у — коэффициент неравномерности температурного поля; F — площадь поверхности теплообмена, м2: с — удельная теплоемкость материала, Дж/(кг-К); V — объем материала, м3;
Коэффициент \|/ зависит от величины критерия Bi: при Bi = 0 \j/ = 1; при Bi = 2 \|/ = 0,7; при Bi = 12 \|/ = 0,2 и т. д.
Величина темпа нагрева зависит от условий теплообмена и формы обогреваемого материала. Так, для бес-
конечно длинного цилиндра с радиусом R
(9.59)
для цилиндра радиусом R и длиной I
(9.60)
для бесконечной плиты толщиной I, обогреваемой с двух сторон,
(9.61) для шара радиусом R
(9.62)
Процессы вытопки жира, варки и разварки жиросодержащих материалов не сводятся только к нагреву. В технологические задачи входят разрушение жировых клеток и выделение жира, трансформация мышечной и соединительной тканей, пастеризация и стерилизация и т. д. Поэтому определенную по вышеприведенным формулам продолжительность обработки уточняют по справочным данным, требованиям технологии и результатам экспериментальной проверки. Таким же образом определяют продолжительность подготовительно-заключительных операций.
При тепловом расчете аппаратов периодического действия составляют тепловой баланс, определяют расход пара и площадь поверхности теплоотдачи.
Общий расход теплоты Q в аппарате периодического действия за время процесса находят по статьям расхода: Qi — на обработку продукции; Q2 — на начальный нагрев стенок аппарата и теплоизоляции; Q% — на нагрев тары и транспортных устройств; Q4 — на потери через стенки аппарата в окружающую среду; Q5 — на испарение воды с открытой поверхности в аппаратах без крышек; Q6 — на








компенсацию потерь теплоты, уходящей с конденсатом, пролетным паром и т. д. Таким образом, количество теплоты (Дж)
Q =Q1 + Q2 + Q3 + Qi + Q5 +... (9.63)
Статьи расхода могут варьировать в зависимости от особенностей конструкции аппарата и технологического режима. Значение Qi (Дж):
Qx = Gq= У9щ, (9.64)
где G — единовременная загрузка сырья, кг; q — удельные затраты теплоты на процесс [см. формулу (9.49)], Дж/кг; V — объем аппарата, м3; р — плотность сырья, кг/м3; ср — коэффициент загрузки.
Подробный анализ остальных статей расхода приведен в разделе «Расчет шпарильных чанов».
Расход (кг) глухого пара в рубашке аппарата
(9.65)
где гп и гк — удельные энтальпии пара и конденсата, Дж/кг.
Расход (кг) острого пара
(9.66)
где св — удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг-К); tK — конечная температура продукта, "С.
Площадь поверхности теплообмена (м2) аппарата определяют из условий теплопередачи:
(9.67)
где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); Atcy — средняя за процесс разность температур среды и теплоносителя, К; т — продолжительность процесса, с.
Коэффициент теплопередачи
[Вт/(м*К)]
где oil и а2 — коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке и от нее к обрабатываемой среде, Вт/(м2-К); 5 — толщина стенки, м; X — коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м-К).
Ориентировочные значения коэффициента ах [Вт/(м2-К)]: при конденсации водяного пара от 4400 до 16 600; при обогреве горячей водой в зависимости от скорости ее течения от 220 до 11 100; при обогреве минеральными маслами от 55 до 1100.
Значение коэффициента ос2 [Вт/(м2-К)] зависит от свойств обрабатываемой продукции и гидродинамических условий протекания процесса — свободная конвекция или вынужденное (с помощью побудителей) движение среды. Ориентировочно его можно определить по формуле Лапшина — Пелеева:
а2 = 1,16(а + bv0'6), (9.68)
где а и b — экспериментальные коэффициенты; v — скорость движения продукта, м/с.
При теплообмене в «толстом» слое коэффициенты принимают следующие значения: при плавлении жира а = 150...200; b = 60...80; при теплообмене в расплавленном жире температурой от 50 до 100 "С а = 250...600; Ъ = 110...200. При переходе к «тонкому» слою значение а 2 повышается при прочих равных условиях на 40...60 %.
Установлено, что при плавлении жира с перемешиванием в толстом слое со скоростью до 10 м/с и обогревом глухим паром коэффициент теплопередачи k достигает значения 700 Вт/(м2 К), а при обработке в тонком слое при тех же условиях — 900 Вт/(м2 • К).
В аппаратах периодического действия используют в основном лопастные мешалки, вращающиеся в горизонтальной или вертикальной плоскости. При перемешивании лопасть устанавливают параллельно, а при выгрузке — наклонно к оси вращения.
Мощность (Вт), затрачиваемая на вращение лопастей,
N=Pv0K, (9.69)




где Р — сопротивление жидкости движению лопасти, Н; vOI, — окружная скорость движения лопасти, м/с.
Сопротивление (Н) без учета трения
(9.70)
где с — коэффициент, учитывающий обтекаемость лопасти; р — плотность продукта, кг/м3; F — площадь поверхности лопасти в плоскости, перпендикулярной к скорости движения, м2; и — скорость движения жидкости, м/с; kg — коэффициент.
При отсутствии дополнительных устройств для приведения жидкости в движение и = 0, при встречном движении жидкости и материала принимают знак «плюс».
Экспериментально установлены значения коэффициента k0 при перемешивании прямыми лопастями:
Скорость (м/с) осевого смещения продукции при выгрузке косо поставленной лопастью
voc = cor(sin a - |icos а) sina, (9.71)
где to — угловая скорость лопасти, рад/с; г — средний радиус на лопасти, м; a — угол наклона лопасти к оси, град; ц — коэффициент трения продукции о лопасть.
При переработке мягкого жиросы-рья ц = 0,03...0,1, кости 0,17...0,3.
Производительность (м3/с) такой мешалки при выгрузке лопастями постоянной ширины
(9.72)
где Ь — ширина лопасти мешалки, м; г — число лопастей; гя, гв — наружный и внутренний радиусы лопастей, м; <р — коэффициент заполнения аппарата.
Время (с) выгрузки
(9.73) где G — единовременная загрузка аппарата, кг.
Расчет аппаратов непрерывного действия. Производительность (кг/с) шнекового аппарата непрерывного действия
(9.74)
где S — площадь поперечного сечения продукта, м2; р — плотность продукта, кг/м3; v,,c — осевая скорость смещения продукта, м/с; DH>DB — внутренний и наружный диаметры шнека, м; ф — коэффициент загрузки.
Осевая скорость (м/с)
(9.75)
где a — угол наклона винтовой линии, град; ц — коэффициент трения продукта о шнек; а) — угловая скорость шнека, рад/с; D,.v — средний диаметр шнека, м.
Для ориентировочных расчетов осевой скорости (м/с) можно использовать формулу
(9.76) где Н — шаг винтовой навивки, м.
В то же время скорость осевого смещения (м/с) должна быть равна
(9.77)
где L — длина корпуса, м; т — продолжительность вытопки жира, с.
Продолжительность вытопки можно определять по приведенным выше формулам или исходя из условий теплопередачи
Q=kFAtx, (9.78)
где Q — количество теплоты, необходимой для плавления жира в сырье, находящемся единовременно в аппарате, Дж;
Q=qG;
q — удельное количество теплоты, Дж/кг; G — масса сырья в аппарате, кг; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К); F — площадь поверхности теплопередачи, м2; At — разность между температурами теплоносителя и продукта, К.







| Расплавленный жир | 300..400 |
| Жир в мазеобразном состоянии | 700...800 |
| Жир в смеси со шкварой: | |
| свиной | 950 |
| бараньей | 600 |
| говяжьей | 850...900 |
| Техническое сырье | 1300...1350 |
Удельное количество теплоты q определяют по приведенной выше формуле (9.49).
Площадь поверхности (м2) теплопередачи при подводе теплоты от стенки и шнека
F = n(DK + Ов)Ьщ, (9.79)
где ф! — коэффициент использования полной поверхности.
Разность температур (К) при изменении температуры продукта по длине аппарата от tH до tK рассчитывают как среднеарифметическую при Atu/AtK > 2:
(9.80) или среднелогарифмическую:
(9.81)
где A*H = tcp - tH; AtK = fcp - tK.
Тогда скорость (м/с) осевого смещения
(9.82) а производительность
где Snp — площадь поперечного сечения продукта, м2.
Учитывая, что
где G — масса продукта, единовременно находящегося в аппарате, кг,
получаем производительность (кг/с)
(9.83)
Формула (9.83) связывает геометрические и теплотехнические характеристики аппарата, что позволяет проводить его моделирование.
Производительность (кг/с) центробежного плавителя типа АВЖ (см. рис. 9.40)
(9.84)
где q — расход продукта через единичное отверстие в роторе, кг/с; z — число отверстий; /гГ — геометрический параметр; р — плотность жиромассы, кг/м3; рр — радиальное давление жиромассы, Па; Т)Эф — эффективная динамическая вязкость, Па ■ с.
Геометрический параметр для круглого отверстия
(9.85)
где d и I — диаметр и длина отверстия, м.
Эффективная вязкость для измельченной жиромассы температурой около 30 °С может быть принята от 70 до 100 Пас.
Радиальное давление (Па) жиромассы на стенку барабана
(9.86)
где со — угловая скорость барабана, рад/с; В, — внутренний радиус барабана, м; г — радиус внутренней окружности продукта, м.
При полной загрузке барабана (г = 0) получается максимальное давление (Па)
(9.87)
Расход теплоты (Вт) в агрегате
Q = Qi + Q2 + Q3. (9-88)
где Qi — теплота, расходуемая на обработку продукта, Вт; Q% — теплота, необходимая для начального прогрева аппарата, Вт; Q3 — потери теплоты через внешние поверхности аппарата, Вт.
Теплота (Вт), расходуемая на обработку продукта,
Qj = Mq, (9.89)










где д — удельный расход теплоты на обработку продукта, Дж/кг.






