Использование физико- механических свойств пищевых продуктов при расчете технологического оборудования

В процессе технологической обработки пищевые материалы находятся в контакте с поверхностями различных рабочих органов 1) насосов; 2) формующих машин; 3) транспортирующих устройств.

Характер течения различных масс по каналам формующих машин различных типов (шнековых, валковых, шестеренных), а также в насосах и по трубопроводам определяется как их структурно- механическими свойствами, так и силами сцепления с поверхностями контакта,

При проектировании и создании новых машин необходимо учитывать адгезионные явления, для того чтобы правильно выбрать материал деталей или покрытий, установить оптимальный режим работы.

а) Характеристика насосов при перемещении пищевых продуктов.

При перемещении пищевых продуктов используются насосы различных типов. По виду сообщаемой продукту энергии насосы подразделяются на три группы:

1) устройства, изменяющие кинетическую энергию;

2) устройства, изменяющие потенциальную энергию положения;

3) устройства, изменяющие потенциальную энергию давления.

Для перемещения жидких пищевых продуктов (соки, бульоны, молоко и др.) применяют насосы первой группы, а для перемещения пластично- вязких масс (мясной фарш, пралиновые конфетные массы и др.) используют насосы третьей группы.

Устройства безнапорного транспорта- устройства второй группы- используют довольно часто в промышленности, их проектирование и расчет, как правило, не требуют специальных знаний по реологии.

Основное конструктивное отличие насосов для перекачки пластично- вязких материалов от насосов для вязких жидкостей обусловлено наличием у них предельного напряжения сдвига τ_о, что может вызвать сводообразование перед рабочим органом и вследствие этого уменьшить подачу продукта. Поэтому питание должно быть либо принудительным, либо непосредственным, т.е. продукт через весьма широкое окно должен поступать на рабочие органы насоса.

При испытании насосов на различных режимах работы в общем случае измеряются различные величины.

Измеренные величины позволяют рассчитать следующие показатели:

1) по геометрическим размерам – теоретическую производительность –М_теор.

2) По мощности рабочего и холостого хода- мощность на валу насоса, которая затрачивается на преодоление гидравлических потерь в насосе, обеспечение напора продукта на входе из насоса:

N=N_p.x-N_x.x=N_г+N_v+N, (кВт)

Теоретическая производительность насоса М _теор. (кг/с) рассчитывается по формуле:

М _теор= ,

Где V-объем рабочей камеры насоса, м³;

n- частота вращения ротора насоса, с^-1

ρ- плотность продукта, кг/м³

б) Расчет течения продуктов в рабочих органах машин.

1) Течение по коротким каналам.

При течении по коротким каналам (отношение длины к диаметру меньше пяти) потери давления на концевые эффекты (вход и выход из канала) составляют существенную долю общих потерь на продавливание массы через формующие отверстия. Предложено эти потери учитывать с помощью эмпирических коэффициентов.

Расчетная формула для определения давления формования вязко- пластичных материалов для цилиндрических каналов круглого сечения имеет вид:

Р= ,Па

Где l и R –длина и радиус канала, м

V_c- расход массы, м³/с

µ_пл- пластическая вязкость, Па с

С и D – эмпирические коэффициенты, учитывающие потери давления на входе в канал, соответственно в Па и Па с; берутся по виду массы из таблиц.

Кроме каналов цилиндрической формы используются на практике каналы следующих видов: 1) прямоугольный, 2) кольцевой цилиндрический, 3) конический, 4) кольцевой конический, 5) эллиптический, 6) треугольный.

В зависимости от вида канала определяется по таблице формула для расхода массы V_с при течении по каналам данного вида.

Наряду с короткими каналами существуют длинные каналы (трубопроводы), для расчета которых в ряде случаев используют гидродинамические критерии подобия.

Для расчета каналов переменного сечения и течения продукта по наклонной существуют различные методики, в которых широко используются эмпирические коэффициенты.