Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
УДК 664.1: 664.2
А 65
Андреев В.Н. Оборудование отрасли. Технологическое оборудование отрасли (крахмало-паточных предприятий). Учебно-практическое пособие. – М.: МГУТУ, 2009.
В данном учебно-практическом пособии в кратком и систематическом виде изложено содержание курса «Технологическое оборудование отрасли (крахмало-паточных предприятий)» в соответствии с рабочей программой курса. Рассмотрены аппаратурно-технологические схемы крахмало-паточных производств, особое внимание уделено вопросам классификации, назначения, устройства, принципа действия и методике расчета оборудования крахмального производства. После каждой главы приведены вопросы для самопроверки и тесты по оценке качества усвоения изучаемого материала.
Пособие предназначено для студентов-заочников специальностей 260601 (1706) и 260203 (2704) 5, 6 курсов полной и 3, 4 курсов сокращенной форм обучения.
Автор к.т.н., доц. Андреев Владимир Николаевич
Рецензенты: доцент кафедры «Технологическое оборудование пищевых производств» МГУПП, к.т.н. Андреев В.Г.
зав. кафедрой «Технологическое оборудование и процессы отрасли» МГУПБ, д.т.н. Бредихин С.А.
Редактор Коновалова Л.Ф.
© Московский государственный университет технологий и управления, 2009
109004, Москва, Земляной вал, 73
СОДЕРЖАНИЕ
Введение …………………………………………………………………………..…6
Глава 1. Технологическое оборудование предприятий
крахмало-паточных производств ………………………………………...……..….8
1.1. Классификация оборудования предприятий крахмало-паточных производств ………………………………………………………………………..8
1.2. Аппаратурно-технологические схемы крахмало-паточных
производств ………………………………………………………………………..8
1.2.1. Производство сырого картофельного крахмала …………………...……8
1.2.2. Производство сырого кукурузного крахмала ……………………….…11
1.2.3. Производство сухого крахмала …………………………………………13
1.2.4. Производство кукурузных кормов и масла ……………………………15
1.2.5. Производство крахмальной патоки и кристаллической глюкозы ……20
Вопросы и тесты для самопроверки …………………………………………..26
Глава 2. Оборудование для производства картофельного крахмала ……….…..27
2.1. Оборудование для подготовки картофеля к переработке …………...……27
2.1.1. Гидравлический транспортер …………………………………………...27
2.1.2. Соломоловушки ………………………………………………………….28
2.1.3. Камнеловушки ……………………………………………………...……29
2.1.4. Насосы водокартофельные ……………………………………………...30
2.1.5. Водоотделители ………………………………………………………….31
2.1.6. Картофелемоечные машины ……………………………………………31
2.2. Оборудование для взвешивания и измельчения картофеля ……….……..34
2.2.1. Весоизмерительные устройства ………………………………………34
2.2.2. Машины для измельчения картофеля …………………………..…….34
2.3. Оборудование для разделения картофеле-крахмальных
суспензий ……………………………………………………………………….…..37
2.3.1. Ситовые аппараты с подвижной ситовой поверхностью ……………..37
2.3.2. Ситовые аппараты с неподвижной ситовой поверхностью ……….….40
2.3.3. Осадительные центрифуги ……………………………………………...42
2.3.4. Гидроциклоны ……………………………………………………………43
2.4. Оборудование для обезвоживания картофельной мезги …………………45
2.5. Методика расчета оборудования …………………………………….…..…46
Вопросы и тесты для самопроверки ………………………………….……..49
Глава 3. Оборудование для производства кукурузного крахмала ……….…….50
3.1. Оборудование для подготовки кукурузного зерна
к переработке ……………………………………………………………….…....50
3.1.1. Воздушно-ситовые сепараторы …………………………………….…..50
3.1.2. Оборудование для замачивания кукурузного зерна …………….…….51
3.2. Оборудование для измельчения кукурузного зерна и
выделения зародыша …………………………………………………………….54
3.2.1. Машины для дробления кукурузы ……………………………………..54
3.2.2. Гидроциклоны для выделения зародыша ………………………….…..55
3.2.3. Машины для тонкого измельчения кукурузной кашки ……………….56
3.3. Оборудование для выделения и очистки кукурузного
крахмала ……………………………………………………………………….….57
3.3.1. Ситовые аппараты …………………………………………………….…57
3.3.2. Оборудование для разделения кукурузокрахмальных
суспензий ……………………………………………………………………..…59
3.3.3. Вспомогательное оборудование сепараторного отделения …………..61
3.4. Аппараты для подогрева продуктов кукурузокрахмального
производства ……………………………………………………………………..65
3.4.1. Теплообменники с поверхностью, образованной
стенками аппарата ……………………………………………………..….……66
3.4.2. Кожухотрубные теплообменные аппараты (решоферы) …………..….67
3.5. Методика расчета оборудования …………………………………….……..68
Вопросы и тесты для самопроверки …………………………………………..70
Глава 4. Оборудование для производства сухого крахмала ………………….…71
4.1. Оборудование для механического обезвоживания сырого
крахмала …………………………………………………………………………..72
4.2. Оборудование для сушки крахмала …………………………………..……73
4.3. Оборудование для отделки сухого крахмала ……………………………...74
4.3.1. Бураты для просеивания ………………………………………………...74
4.3.2. Рассевы для отделения крупки ………………………………………….75
4.4. Оборудование для транспортирования и упаковки крахмала …………....76
4.4.1. Оборудование для транспортирования сухого крахмала ……………..76
4.4.2. Оборудование для упаковки сухого крахмала в тару ………………....77
4.5. Агрегаты для переработки картофеля ………………………………..……78
4.6. Методика расчета оборудования …………………………………………...80
Вопросы и тесты для самопроверки …………………………………………..82
Глава 5. Оборудование для производства кукурузных кормов и масла …….…83
5.1. Оборудование для производства сухих кукурузных кормов …………….83
5.1.1. Оборудование для механического обезвоживания мезги …………….83
5.1.2. Оборудование для сушки кормов ……………………………………....85
5.1.3. Оборудование для измельчения и просеивания корма ……………….86
5.1.4. Оборудование для отделения металлических примесей и транспортирования сухих кормов …………………………………………..87
5.2. Оборудование для получения нерафинированного
кукурузного масла …………………………………………………………….…89
5.2.1. Оборудование для сушки зародыша ……………………………….…..89
5.2.2. Оборудование для очистки и измельчения зародыша ………………..90
5.2.3. Оборудование для подготовки масличной мятки и
форпрессового жмыха …………………………………………………………91
5.2.4. Оборудование для извлечения масла …………………………………..92
5.3. Методика расчета оборудования ………………………………………...…94
Вопросы и тесты для самопроверки …………………………………………..95
Глава 6. Оборудование для производства крахмальной патоки и кристаллической глюкозы ………………………………………………………...96
6.1. Оборудование для производства патоки …………………………………..96
6.1.1. Аппараты для гидролиза крахмала ……………………………………..96
6.1.2. Аппараты для нейтрализации ……………………………………….….99
6.1.3. Оборудование для механической очистки
нейтрализованных сиропов …………………………………………………..100
6.1.4. Оборудование для обесцвечивания патоки и
глюкозных сиропов …………………………………………………………..103
6.1.5. Оборудование для выпаривания, уваривания и
охлаждения сиропов ….....................................................................................104
6.2. Оборудование для производства кристаллической глюкозы …………...110
6.2.1. Оборудование для кристаллизации …………………………………...111
6.2.2. Оборудование для разделения утфелей ………………………………112
6.2.3. Оборудование для сушки глюкозы ……………………………………113
6.3. Методика расчета оборудования ………………………………………….114
Вопросы и тесты для самопроверки …………………………………………119
Ответы на тесты по всем темам ……………………………………………...120
Список рекомендуемой литературы ………....………………………………….121
Введение
В вводной части курса необходимо ознакомиться с историческим обзором развития крахмало-паточных производств.
Необходимо усвоить:
1) основные направления и задачи технического прогресса, развития и внедрения новой техники, комплексной механизации и автоматизации производства в пищевой промышленности;
2) основные пути дальнейшей механизации промышленности за счет создания и внедрения механизированных и автоматизированных линий, участков, цехов и предприятий наряду с улучшением качества продукции для удовлетворения все возрастающих потребностей населения страны.
Особо следует остановиться на работах отечественных ученых основоположников теорий и конструкций пищевых машин. Подробно рассмотреть работы по созданию теории и конструированию машин и аппаратов для крахмало-паточной промышленности. Наряду с этим необходимо ознакомиться с последними достижениями в области новой техники на отечественных и зарубежных предприятиях.
Изучив историю развития крахмало-паточной промышленности, необходимо уяснить технологические процессы производства и общую классификацию основного технологического оборудования.
Для лучшего усвоения курса студентами при изучении технологического оборудования по каждому виду производства сначала следует рассмотреть аппаратурно-технологические схемы завода, участка, цеха и затем перейти к устройству каждой машины или аппарата, входящих в схему. Необходимо обратить внимание на автоматические устройства для контроля и регулирования технологического процесса там, где они имеются.
Изучение аппаратурно-технологической схемы следует заканчивать рассмотрением технических характеристик, основных правил эксплуатации, требований техники безопасности.
Анализируя работу отдельных машин и аппаратов по всему курсу, прежде всего, следует уяснить их технологическое назначение для выполнения соответствующих операций. Необходимо ознакомиться с характеристикой сырья, поступающего в машину (аппарат), и продукта, получаемого по окончании процесса. В этой связи важно обратить внимание на технологические параметры обрабатываемого продукта (температура, физико-механические свойства, дисперсность и т.д.), которые должны быть обеспечены оборудованием при оптимальной производительности, кроме того, надо внимательно разобраться и оценить область применения этого оборудования.
Учитывая, что в промышленности применяется значительное количество различных по конструкции машин и аппаратов, выполняющих одинаковые или близкие по характеру операции, следует изучить классификацию оборудования отрасли. Классификация, как правило, охватывает все типы существующих машин и характеризует их по определенным признакам, в том числе, по характеру воздействия на продукт, характеру рабочего цикла, степени механизации и автоматизации, функциональному назначению оборудования. При усвоении классификации машин и аппаратов следует обратить внимание на их достоинства и недостатки, как по технологическому соответствию, так и по конструкции, удобству обслуживания, ремонту и т.п.
При проработке основ расчета некоторых машин и аппаратов следует освоить методы определения их производительности при оптимальных режимах работы.
Кроме того, необходимо знать методы тепловых расчетов, расхода пара, воды, воздуха и поверхности теплообмена, методы определения мощности электродвигателя для привода машины.
Все расчеты, рассматриваемые в курсе, должны опираться на знания, приобретенные при изучении курсов теоретической механики, сопротивления материалов, теплотехники, процессов и аппаратов, расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств, электротехники и технологии отрасли.
В процессе изучения оборудования рекомендуется руководствоваться следующей схемой: назначение оборудования, его устройство, принцип действия и методика расчета. При этом необходимо ознакомиться с технической характеристикой оборудования. Под технической характеристикой оборудования следует понимать основные технические показатели машин. К ним относятся производительность, вместимость, габариты, скорость движения рабочих органов, потребность в воде, паре, воздухе, потребная мощность электродвигателя, масса машины и другие технические данные.
По каждому виду оборудования необходимо рассмотреть основные правила эксплуатации, причины возможной ненормальной работы и способы устранения, требования, предъявляемые правилами охраны труда и техники безопасности.
Как известно, расчетная производительность оборудования может быть обеспечена только при оптимальных режимах их работы. С этой целью при рассмотрении той или иной машины и аппарата необходимо знать условия, способы регулирования оборудования для получения оптимальной производительности при максимальной технологической эффективности, а также мероприятия по охране труда и техники безопасности.
Необходимо также определить основные направления технического усовершенствования изучаемого оборудования.
В результате изучения курса студент должен знать: технологическое оборудование крахмало-паточного производства, теорию его основных процессов, классификацию, устройство, особенности эксплуатации, специфику расчетов, основы проектирования, направления и перспективы совершенствования оборудования;
уметь: управлять работой технологического оборудования, выполнять настройку, регулировку и ремонт оборудования, оценивать техническое состояние машины, выполнять основные расчеты и составлять необходимую техническую документацию, вести монтаж и испытания нового оборудования.
Глава 1. Технологическое оборудование предприятий крахмало-паточных производств.
1.1. Классификация оборудования предприятий крахмало-паточных производств.
На крахмало-паточных предприятиях перерабатывается два основных вида сырья (картофель и зерно) и выпускается следующая готовая продукция: сырой и сухой крахмалы, модифицированные крахмалы, патока, глюкоза нескольких видов, корма сухие и сырые, кукурузное масло и др.
Переработка каждого вида сырья и выработка каждого вида продукции осуществляются по специальным технологиям с использованием специального оборудования. Все эти производства, несмотря на различие, объединяются схожестью процессов. Это позволяет классифицировать основное оборудование крахмало-паточных предприятий по следующим процессам:
- оборудование для подготовки сырья к переработке;
- оборудование для измельчения;
- оборудование для разделения (в т.ч. ситования и разделения суспензий по разности плотностей компонентов);
- оборудование для прессования;
- оборудование для гидролиза крахмала;
- фильтрационное оборудование;
- выпарные установки;
- кристаллизаторы;
- сушильное оборудование.
Данная классификация в основном совпадает с последовательностью процессов технологии переработки сырья крахмало-паточных производств и выработки готовой продукции.
1.2. Аппаратурно–технологические схемы крахмало-паточных производств.
1.2.1. Производство сырого картофельного крахмала.
Для производства сырого картофельного крахмала применяются несколько незначительно отличающихся технологических схем в зависимости от производительности завода по перерабатываемому картофелю: 25, 60, 100, 200 и более тонн в сутки.
По принятой в производстве схеме для завода производительностью 100 тонн в сутки (рисунок 1.1.) картофель со склада или буртового поля транспортируется в завод гидротранспортером 1, а затем наклонным шнеком 2 подается в картофелемойку 3, где от клубней отделяются тяжелые и легкие примеси. Грязная вода из мойки и гидротранспортера самотеком отводится в наружный грязеотстойник, после которого вновь используется для гидротранспортера.
|
Рисунок 1.1. Аппаратурно-технологическая схема производства сырого картофельного крахмала для заводов производительностью 100 т в сутки |
Отмытый от примесей картофель поступает на автоматические весы 4 и бункер 5, после чего шнеком–питателем 6 равномерно подается в первую картофелетерку 7. Измельченные на терке клубни в виде кашки собираются в сборник 8, в который для разбавления подается слабое крахмальное молоко, полученное при контрольной промывке мелкой мезги. Разбавленная кашка насосом 9 подается на первое барабанно–струйное сито 10. Выделенный из кашки крахмал и соковая вода в виде крахмального молока самотеком отводятся в сборник первого молока 11. Сходящая с сита полукашка самотеком поступает для дополнительного измельчения на вторую терку 12, а затем в сборник 13, из которого насосом 14 подается для промывки на второе барабанно–струйное (или центробежно–лопастное) сито 15. Отмытая от крахмала крупная мезга собирается в сборнике 16, откуда насосом 17 подается для промывки на третье барабанно–струйное (или центробежно–лопастное) сито 18, после чего собирается в сборнике общей мезги 19. Крахмальное молоко, полученное на втором и третьем ситах, самотеком отводится в сборник первого крахмального молока 11, из которого молоко со средней концентрацией около 3% сухих веществ (СВ) насосом 20 через бачок–питатель 21 и пеногаситель 22 подается на осадительную центрифугу 23. Выделенная на центрифуге соковая вода самотеком направляется в наружную ловушку; осевший крахмал влажностью 60% при выходе из центрифуги разбавляется водой до 27% СВ и самотеком поступает в сборник 24, затем крахмальное молоко насосом 25 подается для рафинирования на первое барабанно–струйное (или центробежное) сито 26, после чего через сборник 27 насосом 28 подается на второе центробежное сито 29. Мелкая мезга, выделенная на этих ситах и содержащая около 25% свободного крахмала, собирается в сборнике 30 и насосом 31 подается на контрольную промывку на третье центробежное сито 32, после чего соединяется с крупной мезгой в сборнике 19, откуда общая мезга насосом 36 подается для прессования или непосредственно в мезговую яму. Слабое крахмальное молоко с контрольного сита самотеком направляется в кашку после первой терки. Крахмальное молоко концентрацией 7% СВ, полученное на рафинировальных ситах, самотеком поступает в сборник 33 с мешалкой, а затем насосом 34 направляется на станцию размывки крахмала.
Все сита орошаются чистой водой. Размывка крахмала осуществляется на станции гидроциклонов в три ступени с боковой четвертой ступенью, предназначенной для осаждения и концентрации крахмала, уходящего верхним сходом с первой и второй ступени гидроциклонов. Верхний сход с четвертой ступени направляется в ловушку, а нижний сход направляется на центробежное сито 35 для отделения мелкой мезги, которая затем присоединяется к общей мезге. Крахмальное молоко с этого сита самотеком поступает в сборник 33 перед гидроциклоном первой ступени.
Верхний сход с гидроциклона третьей ступени возвращается в молоко, поступающее на гидроциклон второй ступени, а нижний сход в виде готового промытого крахмального молока концентрацией 36÷38% СВ направляется на склад или сушильное отделение завода.
1.2.2. Производство сырого кукурузного крахмала
Для производства сырого кукурузного крахмала в зависимости от производительности завода по перерабатываемой кукурузе применяют следующие технологические схемы: замкнутую, короткозамкнутую, полузамкнутую и незамкнутую («открытую»). Основной схемой производства кукурузного крахмала для заводов производительностью более 50 т/сутки является схема замкнутого процесса (рисунок 1.2.).
Рисунок 1.2. Схема замкнутого процесса получения сырого кукурузного крахмала.
При работе по этой схеме потери сухих веществ зерна не более 2,5%, расход свежей воды – 2,0÷2,5 м3 на 1 т сухой кукурузы; отсутствуют сбросовые воды; выход продуктов из кукурузы (в % к СВ перерабатываемого зерна) – крахмала 63,5÷67, экстракта 7,0÷8,5, зародыша 6,5÷7,0, сухих кормов 20÷24.
Согласно данной схеме первым этапом процесса является замачивание зерна, которое производят в замочной батарее по принципу противотока. Для замачивания используют раствор Н2SO4, а для промывания замоченного зерна – глютеновую воду, которая по окончании замачивания зерна подается из чана на сернистые башни для насыщения сернистым ангидридом.
Смесь замоченного зерна с глютеновой (гидротранспортерной) водой поступает на станцию для отделения от зерна тяжелых примесей, а затем – на дуговое сито для отцеживания воды. С сита зерно в сопровождении крахмального молока из системы отцеживания воды и промывания зародыша поступает на дисковые дробилки на первое дробление и получение кашки, которая затем с помощью центробежного насоса поступает на гидроциклон, где происходит выделение зародыша. Зародыш вместе с частью крахмального молока направляется в контрольный гидроциклон, а кашка – на безнапорные дуговые сита для отцеживания от нее части крахмального молока и далее на дробилки второго дробления. Кашка после второго дробления в смеси с крахмальным молоком с дуговых сит отцеживания зародыша поступает на второе отделение зародыша на гидроциклон, зародыш с которого направляется на контрольный гидроциклон, а кашка – на дуговое сито отделения первого крахмального молока.
Зародыш с контрольного гидроциклона направляется на станцию дуговых сит для отцеживания и последующего двукратного промывания по принципу противотока, а кашка – на дуговые сита для отцеживания кашки перед вторым дроблением. Для промывания зародыша используют глютеновую воду. Затем промытый зародыш обезвоживают на шнек–прессе и высушивают.
Кашка с дугового сита для отделения первого крахмального молока подвергается тонкому измельчению на машинах ударного действия, а первое крахмальное молоко направляется на рафинирование на дуговых ситах. Измельченная кашка в смеси с крахмальным молоком с первого промывания крупной и мелкой мезги направляется на дуговое сито для отцеживания крупной мезги, на котором отделяется второе крахмальное молоко, направляемое на дуговые сита для отделения от него мелкой мезги, а крупная мезга трижды промывается по принципу противотока глютеновой водой с температурой 50÷55 0С. Промытая крупная мезга обезвоживается на шнек - прессе.
Второе крахмальное молоко отделяют от мелкой мезги, дважды последовательно пропуская его через дуговые сита. Затем первое и второе молоко объединяются и для окончательной очистки от мелкой мезги последовательно пропускаются через рафинировальные сита. Мелкая мезга со станции рафинирования четырежды промывается на дуговых ситах глютеновой водой (55÷60 0С) по принципу противотока. Отмытая мелкая мезга насосом перекачивается в цех кормов, где обезвоживается в смеси с глютеном на фильтр-прессах.
Рафинированное крахмальное молоко очищается от случайных примесей размером свыше 0,6 мм и от песка на фильтрах и подается на станцию отделения крахмала от глютена. Кратность ступеней разделения (сепарирования) зависит от фактора разделения применяемых машин, а также от качества разделяемой суспензии: в центробежных сепараторах разделение крахмала и глютена осуществляется в 3÷5 ступеней, мультигидроциклонах – в 7÷9 ступеней. При этом разделение производится таким образом, что верхние сходы, содержащие значительное количество белка, возвращаются на предыдущую ступень разделения, а нижний сход с первой ступени поступает на вторую и последующие ступени.
Затем полученный крахмал промывают на вакуум–фильтрах 2÷3 раза в зависимости от его назначения по принципу противотока. Свежая вода подается на последнее промывание и на разведение крахмала перед ним. Фильтрат и промывная вода с первого промывания возвращаются на станцию разделения крахмала и глютена.
Верхний сход первой станции разделения («первичный глютен») дважды последовательно обрабатывается на сепараторах для сгущения глютена до концентрации 18% СВ. Отделенная глютеновая вода возвращается в процесс после соответствующего подогрева, а глютен направляется в цех кормов для обезвоживания на фильтр–прессах вместе с мелкой мезгой.
1.2.3. Производство сухого крахмала
Производство сухого крахмала осуществляется или на специализированных заводах, или в отдельных цехах заводов в комбинировании с производством других видов крахмалопродуктов. В обоих случаях может вырабатываться как картофельный, так и кукурузный крахмал. Отличительные особенности производства заключаются в том, что кукурузный крахмал высушивается до 13%-ной, а картофельный, как более гигроскопичный, до 20%-ной влажности.
По принятой в производстве схеме (рисунок 1.3.) для заводов производительностью 15÷20 тонн сухого крахмала в сутки хорошо размытый сырой крахмал в виде крахмального молока концентрацией 38% СВ поступает через мерник 1 в сборник 2, снабженный мешалкой.
Рисунок 1.3. Аппаратурно-технологическая схема производства сухого крахмала.
Из этого сборника крахмальное молоко автоматически через определенные промежутки времени поступает в осушающую центрифугу 3, фильтрат из которой самотеком собирается в сборнике 4 и насосом 5 перекачивается в производство сырого крахмала. Обезвоженный крахмал влажностью 36÷38% с помощью шнека 6 подается в питательное устройство пневматической сушилки 7. Сушка крахмала происходит в потоке горячего воздуха, поступающего в сушилку из газового калорифера с температурой около 200 0С. Воздушный поток вместе с высушиваемым крахмалом проходит через воздушный сепаратор сушилки 8 для отделения недосушенного крахмала, возвращаемого в сушилку, и поступает в циклон–осадитель 9. Воздух, освобожденный от основной массы крахмала, вентилятором 10 через циклон–промыватель 11 выводится в атмосферу. Подаваемая в циклон–промыватель вода задерживает остатки крахмала, уносимого воздухом, который в виде слабого крахмального молока возвращается через сборник фильтрата 4 в производство сырого крахмала.
Из циклона–осадителя 9 сухой крахмал через шлюзовой затвор 12 поступает в норию 13, которая транспортирует его на охладительную установку, состоящую из бурата 14 и бункера 15. Охлажденный крахмал через шлюзовой затвор бункера 16 поступает в норию 17, которая либо возвращает его для дополнительного охлаждения и перемешивания в бункер 15, либо направляет для просеивания и отделения крупки на плоские сита рассева 18. Просеянный крахмал через магнитный сепаратор 19 поступает с помощью пневмотранспорта в бункер готового сухого крахмала 20, из которого шнеком 21 на весовыбойный аппарат 22 для затаривания в мешки или автоматы для мелкой фасовки. Наполненные крахмалом мешки подаются на зашивочную машину 23, после чего транспортируются на склад.
Выделенная из крахмала на рассеве 18 крупка собирается в бункере 24, а из него норией 25 транспортируется на мельницу 26, откуда подается для просеивания на бурат 27. Затем выделенная на бурате крупка в виде отходов упаковывается в мешки, взвешивается и направляется на склад. Просеянный на бурате крахмал пониженного сорта также упаковывается в мешки и направляется на склад. Все пылящее оборудование (шнеки, нории, сеятельные аппараты и бункера) аспирируется, так как крахмальная пыль взрывоопасна. Пыльный воздух отсасывается через скруббер 28 вентилятором 29 и выбрасывается в атмосферу. Крахмальное молоко, полученное в скруббере, через сборник 4 возвращается в производство сырого крахмала.
1.2.4. Производство кукурузных кормов и масла.
Производство сухого кукурузного корма.
В настоящее время на отечественных заводах производят только смешанные кукурузные корма, сырьем для производства которых, являются: отходы сырокрахмального производства – глютен, мелкая и крупная мезга, экстракт; отходы производства масла – жмых; кизельгуровая и угольная грязь паточного производства; а также отходы из элеваторов.
Согласно принятой в производстве схеме (рисунок 1.4.) экстракт концентрацией 8,5% СВ из замочного отделения после подогрева упаривается в трехкорпусной выпарной установке, состоящей из аппаратов с выносными поверхностями нагрева и принудительной циркуляцией.
Рисунок 1.4. Принципиальная схема производства смешанного кукурузного корма
Уваренный экстракт с содержанием 35÷40% СВ нейтрализуется известью в нейтрализаторе и направляется в шнек–перемешиватель для смешивания с другими компонентами корма.
Крупная мезга (влажность 84%) обезвоживается на шнек–прессах до влажности 60% и направляется в шнек–перемешиватель. Вода из шнековых прессов возвращается и добавляется в продукт перед вторым ситом промывки крупной мезги.
Мелкая мезга (влажность 94,5%) смешивается с глютеном (концентрация 18% СВ), после чего смесь обезвоживается на фильтр–прессах (или вакуум–прессах) до влажности 63÷65%. Осадок после обезвоживания направляют в шнек–перемешиватель, а воду с фильтр–прессов подают на третьи сита промывки мелкой мезги.
В шнеке–перемешивателе (имеющем для лучшего смешивания разные витки) все компоненты сырого корма хорошо перемешиваются. Сюда же могут добавляться отходы паточного производства: диамитовая и скиммерная грязь.
Затем смешанный сырой корм поступает в питатель первой барабанной или пневматической сушилки. После чего подсушенный корм влажностью 25÷35% поступает на дробилку молоткового типа, а затем на вторую сушилку, где высушивается до влажности 10%.
Сухой корм просеивается на сите бурата с отверстиями 10 мм, а затем пневмотранспортом подается в склады–силосы для хранения. Комочки, отделенные на бурате, возвращаются на дробилку, измельчающую корм перед второй сушилкой.
Жмых из маслозавода, измельченный на жмыходробилке, добавляют в общий поток сухого корма после бурата.
Для отделения от корма железных примесей перед дробилкой и пневматической транспортировкой сухого корма в склад устанавливают электромагнитные сепараторы.
Рисунок 1.5. Принципиальная схема производства сырого (нерафинированного) кукурузного масла
Производство сырого (нерафинированного) кукурузного масла
Сырьем для производства кукурузного масла является зародыш, отделенный при переработке кукурузного зерна. Выработка сырого кукурузного масла осуществляется чаще всего по схеме двукратного прессования сухого измельченного зародыша (рисунок 1.5.). Согласно данной схеме отмытый зародыш после трехкратной промывки на дуговых ситах обезвоживается на шнековых прессах до влажности 60%. Отделенная вода возвращается на второе сито его промывки, а отжатый зародыш поступает на первую сушилку, где прямотоком подогретого воздуха высушивается до влажности 25÷30%. В связи с тем, что зародыш лишен защитных оболочек, его высушивают в очень мягких условиях во избежание окисления наиболее ценной части кукурузного масла – ненасыщенных жирных кислот. Поэтому лучшими для применения являются сушилки с паровым обогревом, обеспечивающим максимальную температуру нагрева зародыша не выше 90 0С. После первой сушилки зародыш направляется на вторую сушилку, где он высушивается до влажности 1,0÷1,5%.
Затем сухой зародыш очищается от пелевы, сора и других примесей на сотрясательном сите (или призматических буратах). Крупные частицы и основную часть пелевы направляют в сухой корм, другую же часть пелевы добавляют вновь в чистый зародыш для создания оптимальных условий для прессования (дренаж). После чего очищенный зародыш, содержащий пелеву в количестве 6÷7% от своей массы, взвешивается на автоматических весах, проходит через электромагнитный сепаратор, а затем измельчается на вальцовой дробилке до состояния среднего помола (разрушается около 80% клеток).
Полученная мятка поступает сначала на электромагнитный сепаратор, а затем на жаровню первого пресса (фор-пресса) (обычно используется шестичанная жаровня). Здесь мятка нагревается до 100÷105 0С и увлажняется конденсатом до влажности 2,5÷3%. Затем подготовленная мятка прессуется на фор–прессах, где отделяется до 75% общего количества масла, и выделенное масло обрабатывается отдельно. Вначале оно предварительно отделяется от фуза (взвешенных частиц) на сите (вибрационном или призматическом) или на осадительной шнековой центрифуге с непрерывной выгрузкой осадка и окончательно очищается двукратным прохождением через фильтр–прессы. Перед второй фильтрацией масло охлаждается в холодильнике водопроводной водой.
Отделенный на ситах фуз направляется в жаровню перед фор–прессами, а осыпь с них вместе с фильтр–прессной грязью также направляется в жаровню или (что более выгодно) перерабатывается отдельно (например, гидропрессованием).
Очищенное масло первого прессования (если необходимо) поступает на рафинацию для получения высококачественного пищевого кукурузного масла.
Жмых после первого прессования (полужмых), пройдя через электромагнитный сепаратор, измельчается вначале на дробилке, а затем на вальцовом станке. Измельченный продукт вновь проходит через следующий электромагнитный сепаратор и поступает в жаровню прессов второго прессования. Увлажненная и подогретая мятка отжимается на шнек–прессах типа ЕП (экспеллерах) и полученное масло второго прессования очищается аналогично маслу первого прессования.
Фракции мутного масла, полученного на фильтр–прессах, возвращаются в соответствующие сборники.
Масло первого и второго прессования раздельно взвешивается на весах и поступает или на рафинацию или на склад.
Жмых после вторичного прессования очищается от ферропримесей на электромагнитном сепараторе, взвешивается на весах и после измельчения на молотковой дробилке пневмотранспортом подается для смешивания с сухим кормом.
Фильтр–прессная грязь второго прессования, осыпь с прессов и фуз с сит направляются в жаровню перед фор-прессами или на дополнительную обработку для обезжиривания.
1.2.5. Производство крахмальной патоки и кристаллической глюкозы.
Патока и кристаллическая глюкоза представляют собой продукты гидролитического расщепления крахмала – гидролиза (осахаривания).
Производство крахмальной патоки
В настоящее время патоку получают с использованием гидролиза крахмала соляной кислотой и очисткой сиропов активным углем. По данной схеме можно перерабатывать картофельный, кукурузный или другой зерновой крахмал.
Рисунок 1.6. Принципиальная схема производства патоки с гидролизом соляной кислотой и очисткой активированным углем
Согласно принятой в производстве схеме (рисунок 1.6.) крахмальное молоко концентрацией 42% СВ вместе с соляной кислотой направляется в осахариватель (периодического действия – конвертор или непрерывно-действующий), где происходит гидролиз крахмала при t = 140÷141 0С.
Затем гидролизованный сироп поступает в нейтрализатор, где нейтрализуется раствором кальцинированной соды до РН 4,5. После нейтрализатора сироп для отделения гидролизного жира проходит через жиро-отделитель (скиммер), откуда выделенная жирная грязь поступает в грязевой сборник и далее подается на грязевой фильтр–пресс (или дисковой фильтр).
Далее осуществляется первая очистка сиропов – механическая – на диатомитовых фильтр–прессах (или вакуум–фильтрах с добавлением 0,5% диатомита).
Жидкий сироп после диатомитовой фильтрации с концентрацией 33÷34% СВ и температурой 65÷70 0С обрабатывается в течение 25÷30 мин в контактном сборнике свежим активированным углем, добавляемым в количестве 0,10÷0,15% от массы сухих веществ сиропа.
Затем сироп очищается на угольных фильтр–прессах жидкого сиропа, осадок промывается и выводится из производства, а промои направляются в сборник перед грязевым фильтр–прессом.
Далее очищенный жидкий сироп подогревается дважды последовательно в двух решоферах: в первый поступает экстрапар из первого корпуса выпарки для сиропа; во второй – отработавший пар от турбины избыточным давлением 0,06÷0,07 МПа.
Выпаривание сиропа осуществляется в трехкорпусной выпарной установке при температуре кипения в первом корпусе 93÷95 0С, а в последнем 63÷65 0С с соответствующим регулированием разрежения по корпусам.
Полученный густой сироп (концентрацией 55÷75% СВ, температурой 62÷63 0С) поступает на решофер, где подогревается с помощью экстрапара I-го корпуса выпарки до температуры 70÷72 0С, а затем подается в сборник для очистки густого сиропа отработавшим активированным углем со вторых фильтр–прессов густого сиропа в течение 25÷30 мин. После этого сироп очищается на первых угольных фильтр–прессах густого сиропа, осадок промывается и выводится из производства, а промои направляются в сборник для промоев (после грязевого фильтр–пресса).
Затем густой сироп обрабатывается свежим активированным углем в количестве 0,5÷0,6% от массы СВ сиропа и фильтруется на вторых угольных фильтр–прессах, осадок с которых без промывки поступает в контактный сборник перед первыми угольными фильтр–прессами густого сиропа, а очищенный сироп – в сборник перед контрольными фильтр–прессами.
Затем густой сироп проходит окончательную («полировочную») фильтрацию на контрольных фильтр–прессах (или вакуум–фильтрах, дисковых фильтрах) с предварительным нанесением на них тонкой диатомитовой лепешки, которая приготовляется путем разделения очищенного диатомита в чистом густом сиропе и подачи суспензии на фильтр–пресс с чистыми салфетками с помощью специального сборника с мешалкой, насосом и соответствующей коммуникацией.
Далее очищенный густой сироп поступает в вакуум–аппараты (периодического или непрерывного действия), где уваривается в патоку с температурой кипения не выше 60÷75 0С. После чего патока, содержащая не менее 77,9% СВ охлаждается в холодильнике до t = 45 0С, а затем насосами для густых жидкостей перекачивается в складские емкости.
Диатомитовая и скиммерная грязь, разбавленная промоями, подается на грязевой фильтр–пресс. Обезвоженная грязь (7÷8% углеводов) подается в завод кормов или выводится из производства.
Фильтрат грязевого фильтр–пресса соединяется с промоями от отработавшего активированного угля после очистки густого сиропа и смесь направляется в сборник для промоев.
Очищенные промои частично используются для приготовления раствора кислоты перед гидролизом, оставшаяся часть промоев добавляется в жидкий сироп перед диатомитовыми фильтр–прессами.
Производство кристаллической глюкозы
Наиболее распространенной схемой производства кристаллической глюкозы является двухпродуктовая схема с дополнительным осахариванием первого оттека (зеленой патоки) и очисткой сиропов активированным углем (рисунок 1.7.), обеспечивающая выход 75% безводной глюкозы от массы перерабатываемого безводного крахмала.
|
Рисунок 1.7. Принципиальная схема производства пищевой кристаллической глюкозы с дополнительным осахариванием зеленой патоки |
Согласно данной схеме крахмальное молоко концентрацией 22,5% СВ вместе с соляной кислотой подается в осахариватель (периодического или непрерывного действия), где осуществляется его осахаривание до содержания в сиропе 89÷91% редуцирующих веществ (в пересчете на глюкозу).
Затем полученный сироп поступает в нейтрализатор, где смешивается с порцией клеровки и обрабатывается раствором кальцинированной соды с доведением рН до 4,7÷5,0.
Далее жидкий сироп фильтруется на фильтр–прессах с добавлением диатомита, обрабатывается свежим активированным углем и поступает на трехкорпусную выпарную установку, где выпаривается до концентрации 56÷58% СВ.
Полученный густой сироп дважды последовательно очищается активированным углем на фильтр–прессах и пропускается через контрольный фильтр–пресс.
Обработка жидких и густых глюкозных сиропов аналогична обработке паточных сиропов по описанной ранее схеме производства патоки (см. рисунок 1.6.).
Затем густой сироп после очистки и контрольной фильтрации направляется в вакуум–аппарат, где уваривается до концентрации 74,5÷75,5% СВ, а затем охлаждается в холодильнике до t = 48÷50 0С, после чего фильтруется на специальных фильтрах и поступает в кристаллизаторы периодического или непрерывного действия. В кристаллизаторах остается 30÷35% утфельной массы от предыдущего цикла в качестве затравки.
Готовый утфель I продукта через утфелераспределитель поступает на центрифуги, с которых первый оттек (зеленая патока) используется как сырье в цепь II продукта, а второй оттек после промывки кристаллов (белая патока) направляется в клеровочный сборник.
Выгруженную из центрифуг сырую глюкозу высушивают в сушилках до содержания влаги 8÷9%, просеивают на сите с отверстиями диаметром 1,0÷1,5 мм и направляют на упаковку.
Отработанный воздух из сушилки сначала очищается от глюкозной пыли в аэроциклоне, а затем – в мокром скруббере, раствор глюкозы из которого вместе с комками, отделенными на сите, направляются в клеровочный аппарат.
Диатомитовая грязь вместе со смывками с полов фильтруется и промывается на грязевом фильтр–прессе до содержания углеводов не более 10%, а затем направляется в завод кормов или выводится из производства. Промои с грязевого пресса поступает в контактный сборник жидкого сиропа II продукта, куда направляется и отработанный активированный уголь после очистки им жидкого сиропа I продукта.
Подогретая паром через барботер клеровка порциями добавляется в каждый нейтрализационный чан или, в случае непрерывной нейтрализации, - в сироп перед нейтрализатором.
Зеленая патока, разбавленная до 30% СВ, дополнительного осахаривается в конверторах с добавлением НСl и нейтрализуется раствором Na2CO3 до pH 4,8÷5,0 в нейтрализаторе.
Нейтрализованный жидкий сироп II продукта направляется в контактный чан, где обрабатывается отработанным активированным углем из цепи II продукта и после фильтр–прессов очистки густых сиропов II продукта. Сюда же добавляются промывные воды грязевого фильтр–пресса и промои после промывки отработанного угля.
Затем очищенный сироп поступает на трехкорпусную выпарную установку, где выпаривается до концентрации 58% СВ, после чего свежим и обработанным активированным углем, окончательно очищается на контрольном фильтр–прессе, уваривается в вакуум–аппарате до концентрации 77÷78% СВ, охлаждается в холодильнике и поступает в кристаллизаторы II продукта.
Далее готовый утфель II продукта через утфелераспределитель поступает в центрифуги, где он разделяется на межкристальный оттек (гидрол), который выводится из производства, и желтый сахар, который выгружается из центрифуг без промывки и направляется в клеровочный аппарат.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
1.Какие существуют аппаратурно-технологические схемы крахмало-паточных производств?
2. Как классифицируется оборудование предприятий крахмало-паточных производств?
3. Назовите основные участки производства сырого картофельного крахмала.
4. Назовите основные участки производства сырого кукурузного крахмала.
5. Назовите основные участки производства кукурузных кормов и масла.
6. Назовите основные участки производства крахмальной патоки и кристаллической глюкозы.
Тесты
1. После осадительной центрифуги получают картофельный крахмал влажностью: 1) 75%; 2) 50%; 3) 60%; 4) 65%.
2. Какая схема производства сырого кукурузного крахмала является основной: 1) незамкнутая; 2) замкнутая; 3) полузамкнутая; 4) короткозамкнутая.
3. Влажность готового сухого кукурузного и картофельного крахмала соответственно равны: 1) 13 и 20%; 2) 10 и 22%; 3) 11 и 19%; 4) 12,5 и 21%.
4. Сырьем для производства сухих и кукурузных кормов служит: 1) зародыш; 2) жмых; 3) крахмал; 4) глютен.
5. Сырьем для производства кукурузного масла служит: 1) глютен; 2) экстракт; 3) мезга; 4) зародыш.
6. Патоку и глюкозу получают методом: 1) гидратации; 2) гидрогенизации; 3) гидролиза; 4) переэтерификации.
Глава 2. Оборудование для производства картофельного крахмала.
2.1. Оборудование для подготовки картофеля к переработке.
Для сухой очистки, подачи картофеля в завод и отделения его от легких и тяжелых примесей применяют: буртоукладочные машины, битерные сепараторы (ряд вращающихся валков различного диаметра), гидротранспортеры, водокартофельные насосы, соломоловушки, камнеловушки, водоотделители, картофелемойки.
2.1.1. Гидравлический транспортер.
Гидротранспотрер предназначен для подачи картофеля в моечное отделение крахмального завода из оборотного склада или буртового поля.
Устройство. Применяются гидротранспортеры различных конструкций (рисунок 2.1.) в поперечном сечении: в форме прямоугольника со срезанными или закругленными внизу углами (г), с основанием закругленной формы (а, в, е) и овальной формы (б).
Гидротранспотрер состоит из лотка определенной формы длиной 100÷150 м, расположенного под определенным уклоном: для прямых участков 12÷20 мм, для закругленных - 15÷25 мм на 1 м длины, на котором расположены гидранты для подачи воды и регулирующие шиберы. Лотки гидравлического транспортера изготавливают из бетона, железобетона, металла или дерева.
Рисунок 2.1. Гидравлический транспортер
Принцип действия. Картофель из буртового поля поступает в желоб гидротранспортера, куда подается соковая или транспортерно–моечная вода после очистки от механических примесей (расход воды 600÷700% к массе картофеля). С помощью гидрантов в лотке гидротранспортера создается перемещение водно–картофельной смеси в завод. С помощью регулирующих устройств осуществляется равномерная подача картофеля, при необходимости подача картофеля прекращается.
2.1.2. Соломоловушки.
Соломоловушки предназначены для удаления легких примесей от картофеля при перемещении его по гидротранспортеру.
В крахмальном производстве применяют грабельно-цепные соломоловушки непрерывного действия треугольной формы ССТ-700 и прямоугольной формы ССЦ-700 и СБГМ-1.
Прямоугольная соломоловушка СБГМ-1 (рисунок 2.2.) состоит из следующих основных узлов: станины 1, приводной 8 и натяжной станций 11, двух цепей 2 с грабельными устройствами 17, звездочек 7 и 13, привода угольников 3 для встряхивания, фартука 9 для соломы и ботвы.
Рисунок 2.2. Соломоловушка СБГМ-1
Принцип действия. Цепи приводятся в движение от привода, скорость движения ν = 0,136 м/с. Грабли, находящиеся в нижней части цепи, должны быть погружены в верхний слой потока в гидротранспортере не менее чем на 200 мм. Для подъема легких примесей в потоке перед соломоловушкой установлен ботвоподъемник, в который подают воду или сжатый воздух. Грабли соломоловушки по направляющим угольникам 18, перемещаясь противоточно водно-картофельной смеси в гидротранспортере, зубьями пластин захватывают легкие примеси и поднимают их наверх. В верхнем положении пластины грабель 12, ударяясь при движении об угольники 3, наклоняются, многократно встряхиваются, а уловленные примеси падают на фартук 9, откуда они удаляются транспортером, тележками или другими устройствами.
Максимальная ширина гидротранспортера, обслуживаемого, соломоловушкой СБГМ-1 – 700 мм.
2.1.3. Камнеловушки.
Камнеловушки предназначены для удаления тяжелых примесей от картофеля за счет разности плотностей на гидротранспортере и непрерывной выгрузки выделенных примесей в картофеле-крахмальном производстве. Конструктивно камнеловушки выполняются в виде кармана на гидротранспортере, вертикальными цилиндрическими с мешалками и горизонтально вращающимися (ротационными).
На заводах производительностью до 300 т/сутки применяются ротационные камнеловушки РЗ-ПЛП-200 (производительность по картофелю до 350 т/сутки); на заводах, перерабатывающих свыше 300 т/клубней в сутки, используются ротационные барабанные камнеловушки ЛТП-62 (производительность по картофелю до 2500 т/сутки).
Ротационная ковшовая камнеловушка ЛТП-62 (рисунок 2.3.) состоит из следующих основных узлов: корпуса 10, перфорированного барабана 1 с ленточными витками 2 и 3 шнека на наружной и внутренней поверхностях; кольцевого приемника 4 для тяжелых примесей; лотка для приема примесей 5; вала барабана 6; втулочно-роликовой цепи; привода барабана 9; раструба для направления потока водно-картофельной смеси.
Рисунок 2.3. Камнеловушка Р3-ЛТП-62
Принцип действия. Водно-картофельная смесь, двигаясь по транспортеру, увлекает тяжелые примеси и песок. Попадая в камнеловушку, скорость потока значительно снижается, тяжелые примеси оседают на внутренней поверхности перфорированного барабана, а картофель остается в потоке и перемещается дальше по гидротранспортеру. При вращении барабана (n = 3,1 мин-1) внутренние винтовые лопасти перемещают примеси против потока воды и картофеля к расширенной части барабана, куда одновременно наружные винтовые лопасти транспортируют мелкие примеси, прошедшие через отверстия барабана и осевшие на дне корпуса камнеловушки.
Карманы, вращающиеся вместе с барабаном, поочередно погружаются и выходят из залитой водой части корпуса, захватывая песок и камни. Вода проходит через полукольцевой рукав кармана и выбрасывается фонтаном во внутреннюю часть камнеловушки, препятствуя оседанию картофеля. При дальнейшем вращении барабана камнеловушки тяжелые примеси поднимаются вверх, а затем выбрасываются на лоток.
2.1.4. Насосы водокартофельные.
Насосы водокартофельные предназначены для перекачивания (подъема) картофелеводяной смеси в крахмальный завод.
Водокартофельный насос ПН2-К-200 (производительность по воде 180 м3/ч.) (рисунок 2.4.) состоит из следующих основных узлов: литого корпуса 5; улитки 10; рабочего колеса 9 с валом 2; рамы 1; привода (электродвигателя 4 и клиноременной передачи 3).
Рисунок 2.4. Насос водокартофельный Ш5-ПН2-К-200
Принцип действия. Водно-картофельная смесь поступает во вращающееся рабочее колесо насоса (n = 600 мин-1), в котором с помощью улитки она отбрасывается в вертикальном направлении. Высота подъема водно-картофельной смеси Н = 12 м.
2.1.5. Водоотделители.
Водоотделители предназначены для отделения воды от картофеля перед и после картофелемойки. На небольших заводах применяют водоотделительные шнеки (винтовые транспортеры) или ковшовые элеваторы. На крупных заводах используют водоотделители марки Р3-ПВ-200 (рисунок 2.5.).
Рисунок 2.5. Водоотделитель Р3-ПВ-200
Водоотделитель Р3-ПВ-200 состоит из: рамы; корпуса 2; патрубка 1; перфорированного барабана 3; кожуха 5; спиралей 4.
Принцип действия. Водно-картофельная смесь поступает в перфорированный барабан, при вращении которого грязная вода из кожуха выходит в корпус и патрубок. Картофель перемешивается с помощью спиралей и выбрасывается из барабана через течку в картофелемойку.
2.1.6. Картофелемоечные машины.
Машины для мойки картофеля предназначены для окончательной очистки клубней от загрязнений и дополнительного отделения тяжелых и легких примесей перед измельчением.
Классифицируются картофелемоечные машины следующим образом: 1) с постоянным уровнем воды (КМ3-57 М); 2) комбинированные (двухуровневые – КМ-100).
Картофелемойка с постоянным уровнем воды КМ3-57 М (производительность по картофелю 600 т/сутки) (рисунок 2.6.) состоит из следующих основных узлов: корпуса с двойным дном (верхнее перфорированное и нижнее сплошное), в котором находятся приемное, моющее и выбрасывающее отделения, разделенные перегородками; кулачкового вала; вала с двумя колесами выбрасывающих ковшей; привода кулачкового вала; привода вала выбрасывающих ковшей; камнеловушек; песколовушек; желоба для удаления легких примесей.
Рисунок 2.6. Картофелемойка с постоянным уровнем воды КМ3-57 М
Принцип действия. Картофель с водоотделителя поступает через лоток на шнек приемного отделения, далее в моечное отделение картофелемойки, где с помощью кулаков перемешивается и перемещается вдоль корпуса к выбрасывающему отделению (частота вращения кулачкового вала n = 20 мин-1).
Кулаки в передней части вала установлены друг от друга на меньшем расстоянии, а для перемещения на остальной части вала они располагаются по винтовой линии. Во время продвижения картофеля в корпусе мойки происходит удаление с его поверхности земли, песка, камней и легких примесей. Тяжелые примеси удаляются из картофелемойки с помощью камне- и песколовушек, которые очищаются автоматически. Легкие примеси в моющей части всплывают на спокойную поверхность воды (уровень на 300÷400 мм выше кулаков) и через щели в стенке мойки попадают в желоб с помощью струй воды, вытекающих из трубы на противоположной стороне мойки. Отмытый картофель из моечного отделения через отверстие в перегородке поступает в первую часть выбрасывающего отделения, откуда с помощью ковшей перебрасывается во вторую часть этого же отделения, где окончательно ополаскивается чистой водой, поступает в третью часть выбрасывающего отделения, откуда ковшами удаляется из картофелемойки и подается на водоотделитель. Расход воды на мойку 300÷400% к массе картофеля. Картофелемойки с постоянным уровнем воды не обеспечивают хорошей очистки клубней, поэтому сильно загрязненный картофель более эффективно очищать в комбинированных картофелемойках.
Комбинированная картофелемойка КМ-100 (производительность по картофелю 100 т/сутки) (рисунок 2.7.) состоит из следующих основных узлов: двух сварных корпусов 4 и 12; перфорированных решеток 8 и 22; двух кулачковых валов 6 и 13; перекидных лопастей 9 и 10; люков, закрывающихся клапанами с противовесами 21, 24 и 25, для выгрузки тяжелых примесей; штуцера 26 для подвода воды; двух приводов 1 и 18 кулачковых валов ; прямоугольного кармана 7 с патрубком для удаления легких примесей; ковшового элеватора 15 для выгрузки картофеля.
Рисунок 2.7. Картофелемойка КМ-100
Принцип действия. Картофель с водоотделителя поступает в первую секцию первого моечного отделения с высоким уровнем воды, где кулаками перемешивается (частота вращения валов n = 16 мин-1) и с его поверхности начинают удаляться тяжелые примеси, которые тонут, и легкие примеси, которые всплывают и удаляются через прямоугольный карман вместе с переливающейся водой. Картофель перемещается слева направо с водой через вторую секцию, так как била расположены под определенным углом к оси вала. Из второй секции клубни перебрасываются лопастями через порог, образованный перегородками в третью секцию, из которой картофель с помощью лопастей перемещается на лоток, по которому поступает во второе моечное отделение с низким уровнем воды. Во втором отделении имеются 3 секции, проходя последовательно через которые картофель окончательно отмывается и подходит к ковшовому элеватору, с помощь которого выгружается из мойки. Вода во второе моечное отделение подается сверху на ковши элеватора, чтобы окончательно промыть выгружаемый картофель. Камни сползают с первой (наклонной) перфорированной решетки, песок и грязь проходят сквозь решетки и удаляются периодически через специальные люки. Расход воды на мойку 200÷400% к массе картофеля.
При расчете картофелемоек определяют: их производительность, производительность перебрасывающих ковшей и расход свежей воды.
2.2. Оборудование для взвешивания и измельчения картофеля.
2.2.1. Весоизмерительные устройства.
Устройства предназначены для взвешивания картофеля перед измельчением.
Автоматические весы для картофеля ДКР (рисунок 2.9) состоят из: ковша 1; уравновешивающего груза 2; специального счетчика 3 и нижнего бункера 4.
Рисунок 2.9. Автоматические весы для картофеля ДКР
Принцип действия. В ковш загружается определенная масса картофеля (50, 100 кг и т.д.), после чего уравновешивающий груз перестает удерживать специальное запорное устройство. Ковш опрокидывается, и взвешенное (с небольшим перевесом) количество картофеля высыпается в нижний бункер. Затем ковш возвращается в первоначальное положение и осуществляется загрузка следующей порции картофеля, каждое опрокидывание ковша (отвес) регистрируется специальным счетчиком, показывающим или число опрокидываний, или регистрируемый весами отвес переработанного картофеля нарастающим итогом.
2.2.2. Машины для измельчения картофеля.
Важнейшей операцией в производстве картофельного крахмала является измельчение вымойного и взвешенного картофеля. Измельчение картофеля – это механическое разрушение его тканей с целью вскрытия и освобождения заключенных в них крахмальных зерен, которые называют свободным крахмалом. Зерна, оставшиеся в невскрытых клетках, называют связанным крахмалом.
Для измельчения картофеля применяются измельчающие машины истирающего типа – картофелетерки СТМ-100, ZТ-300, ZТ-350 или ударного типа – ПКИ-200, ПКИ-400.
Картофелетерки. Картофелетерки предназначены для механического измельчения клубней картофеля методом истирания и получения крахмальной кашки.
Для заводов производительностью более 100 т/сутки применяются карто-фелетерки типов ZТ-350 и ZТ-300 (производства ПНР), а менее 100 т/сутки – картофелетерки СТМ (Некрасовского машиностроительного завода).
Картофелетерка ZТ-350 (производительность по картофелю 190 т/сутки) (рисунок 2.10) состоит из: станины 1; вала барабана 9; барабана 5 со сменными пилками 6, разделенными прокладками 7; забивных клиньев 8; опрокидывающегося верхнего кожуха с шарниром 10 и питательной воронкой 4; прижимов 2 и 3 регулировки степени измельчения; решеток 11 с круглыми отверстиями диаметром 2 мм; привода барабана.
Рисунок 2.10. Картофелетерка марки ZТ-350
Принцип действия. Клубни картофеля поступают через питательную горловину в корпус терки, заклиниваются между корпусом, верхним прижимом и вращающимся барабаном (частота вращения n = 1450 мин-1) и измельчаются сначала в относительно грубую кашку. Затем полученная кашка измельчается в области второго прижима и частично выталкивается через решетку в приямок под теркой. Часть кашки, не успевшая пройти через решетку, захватывается барабаном и повторно дополнительно измельчается. Полученный продукт поступает в сборник для дальнейшей переработки. Режущие кромки пилок на терочном барабане выступают над прокладками равномерно на величину 1,5 мм. На терках второго измельчения барабан набирается пилками на высоту зубьев не более 1 мм.
Машины ударного действия для измельчения картофеля.
Данные машины предназначены для механического измельчения клубней картофеля методом свободного удара и получения крахмальной кашки.
Измельчающая машина Ш5-ПКИ-400 (производительность по картофелю 400 т/сутки) (рисунок 2.11) состоит из: станины 1; привода 2; стойки 3; кожуха 7 с крышкой 8 и питательной горловиной 10; вала 4 с подшипниками 5 и 6; подвижных измельчающих элементов – бил 16 предварительного измельчения, молотковых измельчителей 15, разгонного сита 13 и диска 11 с тремя рядами пальцев окончательного измельчения; крышки 8 с неподвижными элементами – кольцевым ситом 14, колосниковой сетки 12 и диска 9 с пальцами.
Рисунок 2.11. Измельчающая машина Ш5-ПКИ-400
Принцип действия. Картофель после мойки и взвешивания с помощью дозирующего устройства через питательную горловину поступает в пространство I машины, где разбивается на несколько кусков билами 16. Эти куски, попадая в пространство II, измельчаются молотковыми измельчителями в кашку (частота вращения n = 1760 мин-1). Свободному выходу кусков продукта из этого пространства препятствует неподвижное кольцевое сито. Затем измельченная кашка с помощью центробежных сил проталкивается через кольцевое сито в пространство III и попадает на разгонное кольцо, которое дополнительно измельчает ее и сообщает центробежное ускорение для обеспечения ее прохода через неподвижную колосниковую решетку. Частицы, которые не проходят сквозь эту решетку, сползают на вращающийся диск, окончательно измельчаются между подвижными и неподвижными пальцами и выбрасываются в пространство IV. Коэффициент измельчения – не ниже 88 %, содержание крупной мезги в общей мезге – не ниже 70%.
2.3. Оборудование для разделения картофеле-крахмальных суспензий по разности плотностей.
Оборудование для разделения картофеле-крахмальных суспензий классифицируется следующим образом: размывные чаны, осадительные центрифуги и гидроциклоны.
Простейшим и безотказно работающим аппаратом для промывания крахмала является размывной чан [3, с. 80-81].
По принципу действия все ситовые аппараты можно классифицировать следующим образом: с подвижной (сотрясательные, центробежно-лопастные и барабанно-струйные) и неподвижной (безнапорные и напорные дуговые, шнековые) ситовой поверхностью.
2.3.1. Ситовые аппараты с подвижной ситовой поверхностью.
К ситовым аппаратам с подвижной ситовой поверхностью относятся: вибросита (сотрясательное сито системы Рыжова, вибросита ВС-4), центробежно-лопастные (Ш5-ПСЛ-200, РЗ-ПСЛ-100, ЦЛС-100, ЦЛСК-200) и барабанно-струйные (БСС-100, Ш5-ПСБ-9, ПСУ-100, ПСУ-200, БСК-200).
Сотрясательное катарактное сито системы Рыжова (производительность по картофелю 35 т/сутки) (рисунок 2.12). Сито предназначено для отмывания картофельного крахмала.
Рисунок 2.12. Сотрясательное катарактное сито системы Рыжова
Сито состоит из: прямоугольной рамы 1; тяг 5; восьми поперечных металлических желобков (катарактов) 4; перфорированных труб-оросителей 2; рамок с сеткой 3; корыта 9 и привода 6.
Принцип действия. В верхнюю часть аппарата, через специальное питательное корыто равномерно по всей ширине сита подаётся крахмальная кашка. На первой ситовой рамке от неё отделяется жидкая фракция, которая попадает в корыто. Затем кашка поступает в первый катаракт (частота колебаний 750 в минуту), где на твёрдой поверхности энергично смешивается с чистой водой и постепенно переходит на вторую ситовую рамку. Последовательное ситование на рамках с ситами и промывание в катарактах обеспечивает хорошее отмывание свободного крахмала. При полном вымывании крахмала из кашки на ситах Рыжова производительность 1 м2 полезной ситовой поверхности обеспечивает переработку картофеля 0,34 т/час.
Центробежно-лопастное сито Ш5-ПЛС-200 (производительность по картофелю 400 т/сутки, по кукурузе 200 т/сутки) (рисунок 2.13).
Рисунок 2.13. Центробежно-лопастное сито Ш5-ПСЛ-200
Сито Ш5-ПЛС-200 предназначено для обезвоживания кашки перед перетиром и на последней ступени промывания крупной мезги в картофеле – крахмальном производстве, а также для предварительного обезвоживания крупной и мелкой мезги на последней ступени станции совместного ситования в кукурузно-крахмальном производстве.
Сито состоит из: корпуса 6; кожуха 7 роторной части; крышки 8 с питательной горловиной; ротора сита 1, смонтированного на несущем диске 2 и имеющем двенадцать лопастей – сит 10,прикрытых накладками 9; вала сита 3; привода вала (электродвигатель 5 и упругая муфта 4).
Принцип действия. Суспензия подаётся через питательную горловину через щели в распределительной головке, где под действием центробежных сил происходит её разделение. Обезвоженный продукт сбрасывается в сборник мезги и отводится из сита. Жидкая фракция проходит через ситовую поверхность, попадает в карманы камер, откуда через боковые отверстия в стенах камер и несущего диска выбрасывается в сборник молока. Частота вращения ротора n = 985 мин-1; площадь ситовой поверхности F = 0,8м2.
Барабанно-струйное сито Ш5-ПСБ-9 (производительность по картофелю-10 т/час; кашке и крахмальному молочку – 16 м3/час; мелкой мезге – 7 м3/час) (рисунок 2.14).
Рисунок 2.14. Сито барабанное Ш5-ПСБ-9
Сито Ш5-ПСБ-9 предназначено для вымывания крахмала из кашки, промывки мелкой мезги и рафинировки крахмальной суспензии в картофельном производстве.
Сито барабанно-струйное состоит из: корпуса сита 10; ротора с фильтрующей сеткой 9; крышки с оросителем 11; воронки питателя 7; приёмного конуса 8; сборника отситованного продукта 12 и привода 4 (электродвигателя 1 и клиноремённый передачи 2).
Принцип действия. Исходный продукт сначала подаётся в воронку, откуда через питатель в приёмный конус, через окна в полуоси – на ситовую поверхность барабана ротора. Под действием центробежных сил происходит ситование продукта и его перемещение по образующей конуса. Для разбавления продукта внутрь барабана через оросительные трубки подаётся вода. Под действием центробежных сил жидкость процеживается через рабочую сетку. Сгущённая мезга отделяется с барабана на козырёк крышки и далее выходит через нижнее окно в крышке. Ситовая поверхность ротора не более 1,7 м2. Крахмальная суспензия поступает в сборник, откуда через патрубки отводится на дальнейшую переработку.
2.3.2 Ситовые аппараты с неподвижной ситовой поверхностью.
К ситовым аппаратам с неподвижной ситовой поверхностью относятся: дуговые безнапорные (Р3-ПРД) и напорные (Ш5-ПДС-3) сита и шнековые сита.
Безнапорное дуговое сито Р3-ПРД-1 (производительность по исходному продукту-30м3/час) (рисунок 2.15).
Рисунок 2.15. Безнапорное дуговое сито Р3-ПРД-1
Сито предназначено для обработки крахмальных суспензий при промывании мелкой мезги и рафинировании крахмального молока в картофеле и кукурузно-крахмальном производстве.
Дуговое сито состоит из: корпуса 1; встроенной питательной коробки 2; ситовой рамки 3 с капроновой сеткой; крышки 4 и переливного устройства.
Принцип действия. Исходный продукт поступает в переливное устройство сита, проходит для снижения скорости и удаления пузырьков воздуха через перегородки с отверстиями и, через гребень переливного устройства, попадает на ситовую поверхность, где происходит разделение продукта. При этом частицы с размерами меньше размеров отверстий ситовой поверхности или равные им (крахмальная суспензия) проходят сквозь сито, а частицы с размерами больше размеров отверстий (мелкая мезга) – остаются на сите. Надрешётный продукт отводится через приёмник, а подрешётный – через окно. Рабочая площадь ситовой поверхности – F = 1,46 м2. Содержание сухих веществ в продукте, поступающем на первое промывание мелкой мезги, – 5 %; концентрация поступающей крахмальной суспензии на рафинирование – первое – 14 ± 1 % и второе – 11 ± 1 %.
Напорное дуговое сито Ш5-ПДС-3 (производительность по исходному продукту 45 м3/час) [1, рисунок 25] отличается от безнапорного сита тем, что продукт подаётся на ситовую поверхность под напором (P= 200+300 кПа), создаваемым насосом. Благодаря этому сито работает интенсивнее, чем безнапорное, причём длина дуги доведена до 135о против 64о у безнапорного.
2.3.3. Осадительные центрифуги
В зависимости от назначения центрифуг, применяемых в крахмальном производстве, значение фактора разделения находится в пределах от 300 до 6000.
Осадительные центрифуги подразделяются на осадочные (ОГШ502К4, ОГШ 802К- 4, ОГШ502К-6, Р3- ПЦК-100 Р3-ПЦО, ОЦ-25; ОЦ-50, ZW-02) и отстойные (ОПЦ-100).
Осадительные центрифуги в картофеле - крахмальном производстве используются для выполнения следующих операций: выделения картофельного сока из кашки после терки (Р3- ПЦК-100), выделения соковой воды из крахмального молока (ОЦ-25, Р3-ПЦО, ZW-02) и промывания крахмального молока.
Осадительная шнековая центрифуга ОГШ (производительность по картофелю 100 или 200 т/сутки) (рисунок 2.16) состоит из: кожуха; наружного барабана 2; внутреннего барабана 3; шнека 1; сопла для сгущённого схода 7; отверстия для жидкого схода 9; питательной трубы 6; привода (электродвигателя, клиноремённой передачи и планетарного редуктора).
Рисунок 2.16. Осадительная шнековая центрифуга типа ОГШ
Принцип действия. Исходный продукт по питательной трубе и полому валу поступает во внутренний барабан центрифуги, из которого через специальное окно непрерывно подается в пространство между вращающимися барабанами, где подвергается действию центробежных сил. Оба барабана вращаются в одну сторону, причём частота вращения наружного барабана на 17÷29 мин-1 больше, чем внутреннего. В результате его шнек непрерывно соскребает осадок к выгрузочным соплам. Картофельный сок непрерывно выводится через отверстия для жидкого схода, регулированием которых можно изменять содержание сухих веществ в осадке. Для получения более сухого осадка сливной порог отверстий располагают на таком расстоянии от оси вращения, чтобы первым выходом из центрифуги можно выделить 65% неразбавленного картофельного сока, а при выделении его в две ступени- до 85% частично разбавленного.
Осадительные центрифуги ОЦ-25 [3,с.74-75] и ZW-02 [1,с. 43], применяемые для отделения крахмала от соковой воды, аналогичны центрифугам ОГШ по конструкции, принципу действия и методике расчёта.
Отстойно - промывная центрифуга ОПЦ-100 [5.с. 76-77], применяемая для промывания крахмала, отличается от обычной осадительной центрифуги размерами и конфигурацией наружного барабана, который состоит из двух усечённых конусов, соединённых большими основаниями.
2.3.4. Гидроциклоны
Гидроциклоны- это аппараты цилиндроконической формы, где разделение суспензии происходит под действием сил центробежного поля , которое в отличии от центрифуг и сепараторов создается не вращением самого аппарата, а винтовым движением суспензии в неподвижном корпусе гидроциклона:
В картофелекрахмальном производстве применяются: гидроциклоны ГП-100, ГП-300 для выделения минеральных примесей и станции гидроциклонов СГ4М, СГМ для промывания картофельного крахмала.
Гидроциклон ГП-100 (производительность по крахмальной суспензии 6÷8 м3/час) (рисунок 2.17) предназначен для выделения песка из крахмальной суспензии с целью повышения качества крахмала.
|
Рисунок 2.17. Гидроциклон для выделения песка |
Гидроциклон ГП-100 состоит из: нагнетательной трубы 1; верхнего цилиндро-конического циклона 2, нижнего цилиндро-конического циклона 3; сборника песка 4 и отводной трубы для осветлённого схода. Принцип действия. Исходный продукт тангенциально поступает в цилиндрическую часть гидроциклона, где отделяется, переходя в конусную часть, песок с крахмалом. К нижнему циклону непрерывно проводится небольшое количество воды. |
Песок, имеющий большую относительную плотность, спускается из крахмальной суспензии в пескосборник, а зёрна крахмала увлекаются водой в верхний циклон, где очищенная крахмальная суспензия выходит через центральное отверстие в цилиндрической части. Содержание крахмала в выделенном песке – 0,5 ÷ 2 г абсолютно сухого крахмала в 1 кг. сухого песка; рабочее давление суспензии в гидроциклон: I ступень - 200÷250 кПа, II ступень- 150 кПа; снижение плотности суспензии- не более 10%.
Станция гидроциклонов СГ5М (производительность по картофелю 200 т/сутки) (рисунок 2.18) предназначена для промывания картофельного крахмала с предварительным выделением на гидроциклоне песка.
Рисунок 2.18. Схема четырехступенчатого промывания картофельного крахмала
Четырёхступенчатая станция СГ5М состоит из: насоса 1; фильтра 2; пескового гидроциклона 3; насосов 4, 6, 8 и 10для подачи очищенной суспензии; промывных мультициклонов 5, 7 и 9; гидроциклона-концентратора 11 и фильтра воды 12.
Принцип действия. Исходное крахмальное молоко (после рафинировальных сит) насосом подается через фильтр на песковый гидроциклон, жидкий сход которого последовательно подается насосами на промывные мультициклоны и гидроциклон-концентратор. Перед насосами двух последних мультициклонов в станцию вводится через фильтр свежая вода. Жидкие сходы этих двух мультициклонов возвращаются на предыдущие ступени перед соответствующими насосами. Жидкие сходы мультициклонов первых двух промывок объединяются и направляются на станцию улавливания крахмала, в качестве которой чаще всего используются сепаратор или осадительная центрифуга. Сгущенный сход этой суспензии возвращается в исходное молоко перед гидроциклонной станцией. Производительность станции по крахмальному молоку концентрацией СВ 8% - 30 м3/час.
2.4. Оборудование для обезвоживания картофельной мезги
Для обезвоживания картофельной мезги применяются вальцовые прессы.
Вальцовый пресс типа ZPE-1/1 (производительность по картофелю 130 т/сутки) (рисунок 2.19) состоит из: корпуса 1; двух, вращающихся навстречу друг другу, барабанов; штурвала 2 для регулирования зазора между барабанами, вала 3 с зубцами для измельчения отжатой мезги; приводов барабанов 4 и измельчающего вала 5.
Рисунок 2.19. Пресс для мезги ZPE-1/1
Принцип действия. Неотжатая мезга из питательного сборника самотеком поступает в корпус пресса, внутри которого вращаются два перфорированных барабана. Мезга сжимается ими, влага проходит внутрь барабанов и выводится наружу, отжатая мезга падает вниз в приемный бункер. Перед подачей мезги в питательный сборник пресса ее пропускают через барабанные или лопастные сита для снижения влажности до 91 ÷ 93%. При высокой влажности мезга протекает в зазор между барабанами и плохо отпрессовывается. Для повышения степени обезвоживания в сборник вносят известковое молоко. Влажность отжатой мезги – 72,8 ÷ 74,6%; частота вращения – барабана 4 мин-1, измельчающего вала 47 мин-1.
2.5. Методика расчета оборудования
Расчет гидравлического транспортера ведется по расходу жидкости V:
V = S · ν, м3/с (2.1)
где S – площадь поперечного сечения потока, м2;
ν – скорость движения жидкости (ν = 1÷1,5 м/с).
Потребная мощность N на привод соломоловушки определяется по эмпирической формуле:
N = 0,294 · b, кВт (2.2)
где b – ширина гидротранспортера, м.
Производительность G камнеловушки по картофелю определяется по формуле:
, т/сутки (2.3)
где V – полная вместимость камнеловушки, м3;
φ – коэффициент заполнения (φ = 0,7);
ρ – насыпная плотность водно-картофельной смеси (ρ = 1000 кг/м3);
ε – коэффициент эксплуатации (для непрерывно действующих ловушек ε = 1);
Р – количество водно-картофельной смеси в гидротранспорте (Р = 600 ÷ 700% к массе картофеля);
τ – продолжительность пребывания картофеля в ловушке, с.
Производительность картофелемойки G по картофелю:
, т/сут (2.4)
где V – полная вместимость моющей части картофелемойки, м3;
φ – коэффициент заполнения моющей части картофелем, φ = 0,8;
ρ – насыпная плотность картофеля (для одноуровневых моек - ρ = 420÷450 кг/м3; для комбинированных моек – для отделения с высоким уровнем воды ρ1 = 450÷500 кг/м3, для отделения с низким уровнем воды ρ2 = 270÷300 кг/м3);
ε – коэффициент использования картофелемойки;
τ – продолжительность пребывания картофеля в мойке (для одноуровневых моек τ = 1200 ÷ 1500 с; для комбинированных моек – τ1 = 300÷600 с,
τ2 = 900÷1200 с).
Производительность перебрасывающих и выбрасывающих ковшей G1 по картофелю:
, т/сутки (2.5)
где m – число ковшей, шт;
Vк – полная вместимость ковша, м3;
- коэффициент заполнения ковша, = 0,7;
n – частота вращения ковшей, мин-1.
Расход свежей воды, поступающей в картофелемойку:
, % к массе свеклы (2.6)
где q – количество свеклы на 1 м3 полезной вместимости картофелемойки, кг/м3;
– продолжительность пребывания картофеля в мойке (зависит от длины гидротранспортера), с;
1 – продолжительность пребывания воды в мойке (зависит от степени загрязненности картофеля), 1 = 600 ÷ 1200 с.
Производительность картофелетерочной машины по картофелю:
, т/час (2.7)
где F – площадь поверхности барабана, проходящая за 1 час мимо питательной горловины, м2;
R – удельная часовая производительность 1 м2 площади поверхности барабана, проходящей мимо горловины, R = 0,1 · 10-3 ÷ 0,13 · 10-3 т/(м2 · ч);
d – диаметр пильной поверхности барабана, м;
в – ширина рабочей части барабана, м;
n – частота вращения барабана, мин-1.
Мощность на привод машины ПКИ определяется по эмпирической формуле:
, кВт (2.8)
где G – производительность по картофелю, т/час;
Dр – максимальный диаметр ротора – измельчителя, м;
Vр – окружная скорость точки наибольшего диаметра ротора, м/с:
, м/с (2.9)
где n – частота вращения ротора, мин-1.
Наибольшее применение в картофеле - крахмальном производстве нашли осадительные центрифуги, работа которых определяется фактором разделения Ф; характеризующим интенсивность осаждения частиц:
(2.10)
где а- центростремительное ускорение, м/с 2 ;
q – ускорение свободного падения, м/с2 .
Производительность осадительных центрифуг ОГШ определяется по следующей формуле:
G = [3,5 D2сл Lсл (p-pc ) . d2 .n2 ] /μ , м3/час (2.11)
где Dсл и Lсл – соответственно диаметр и длина сливного цилиндра , м; p и pс – соответственно плотности частиц и суспензии, кг/м3;
d – диаметр наименьших осаждаемых частиц, м; n- частота вращения наружного барабана, мин.-1;
μ – вязкость среды, Па . с.
Общая потребная мощность для привода непрерывно-действующей осадительной центрифуги:
N = Nв + Nо + Nт.б. + Nт.ш + N т.у + Nт.п + Nт.в , кВт (2.12)
где Nв – мощность, потребная на выброс осадка и фугата, кВт ;
Nо – мощность, потребная на транспортирование осадка к выгрузочным окнам , кВт ,
Nт.б. – мощность, потребная на преодоление сил трения продукта о барабан; кВт;
Nт.ш – мощность потребная на преодоление сил трения осадка о шнек, кВт;
N т.у – мощность, потребная на преодоление трения в уплотнениях, кВт;
Nт.п – мощность ,потребная на преодоление трения в подшипниках , кВт;
Nт.в – мощность потребная на преодоление трения барабана о воздух, кВт.
Производительность гидроциклона обычной конструкции:
, м3/час (2.13)
где К - коэффициент расхода входного сопла;
do – эквивалентный диаметр входного сопла, м;
Р - давление суспензии на входе в гидроциклон, кПа.
Коэффициент К зависит от отношения диаметров ходного Δо, верхнего Δ1 и нижнего Δ2 сопел к диаметру D цилиндрической части гидроциклона и определяется как:
(2.14)
Производительность вальцового пресса по отпрессованному продукту:
, кг/с (2.15)
где D – диаметр барабана, м;
n – частота вращения барабана, мин-1;
l – длина барабана, м;
b – ширина щели между барабанами, м;
ρ – насыпная плотность отпрессованного продукта кг/м3;
К – коэффициент неравномерности загрузки.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
1. Опишите оборудование, применяемое для подачи картофеля на завод.
2. Приведите классификацию картофелемоечных машин.
3.Опишите устройство и принцип работы комбинированных картофелемоек.
4. Методика расчета картофелемоечных машин.
5. Классификация измельчающих машин.
6. Опишите устройство и принцип действия картофелетерочных машин.
7. Опишите устройство и принцип действия машин ударного действия.
8. Методика расчета картофелетерочных машин.
9. Классификация ситовых аппаратов для картофелекрахмального производства.
10. Устройство и принцип действия центробежно-лопастных сит.
11. Устройство и принцип действия барабанно-струйных сит.
12. Устройство и принцип действия дуговых сит.
13. Конструкция осадительных центрифуг непрерывного действия.
14. Методика расчета осадительной центрифуги.
15. Устройство и принцип действия гидроциклонов для промывки картофельного крахмала.
16. Оборудование для выделения клеточного сока из крахмала и обезвоживания картофельной мезги.
Тесты
1. Расход воды в гидротранспортере составляет: 1) 300%; 2) 350%; 3) 500%; 4) 600%.
2. Производительность ротационной камнеловушки ЛТП-62, т/сутки: 1) 1500; 2) 2500; 3) 3000; 4) 2000.
3. Расход воды в картофелемойке с постоянным уровнем составляет: 1) 100%; 2) 200%; 3) 300%; 4) 400%.
4. В линии ПКЛ-500 применяются картофелемойки: 1) кулачковые; 2) барабанные; 3) вибрационные; 4) струйные.
5. Основным рабочим органом картофелетерочных машин является: 1) конусный диск с абразивными элементами; 2) барабан с пилками; 3) опорный диск с ножами.
6. Коэффициент измельчения машин ударного действия: 1) 92%; 2) 90%; 3) 86%; 4) 88%.
7. К ситовым аппаратам с подвижной ситовой поверхностью относятся сита: 1) вибросита; 2) напорные дуговые; 3) барабанно-струйные; 4) безнапорные дуговые.
8. Фактор разделения центрифуг - это: 1) ρ/а; 2) ; 3) ; 4).
9. Производительность осадительной центрифуги зависит от: 1) вязкости среды; 2) объема барабана; 3) диаметра осаждаемых частиц;
4) времени центрифугирования.
10. Гидроциклоны служат для:
1) подачи воздуха в центрифугу; 2) разделения крахмальных суспензий;
3) выделения минеральных примесей; 4) нагрева и охлаждения воздуха.
Глава 3. Оборудование для производства кукурузного крахмала
3.1 Оборудование для подготовки кукурузного зерна к переработке.
3.1.1. Воздушно-ситовые сепараторы
Для подготовки зерна к переработке применяются воздушно-ситовые сепараторы типа ЗСМ и установки для замачивания зерна.
Воздушно-ситовой сепаратор ЗСМ-10 (производительность по кукурузе 10т/час) (рисунок 3.1) предназначен для очистки зернового сырья от различных примесей.
|
Рисунок 3.1. Схема сепаратора ЗСМ-10 |
Сепаратор ЗСМ-10 состоит из: приёмной камеры 1; аспирационного канала первой продувки 2; осадительных камер 11 и 12; приёмного сита 3; просевных сит 4, 6 и 7; воздушного канала 9; клапанов 10 и привода (электродвигателя 8 и эксцентрикового колебателя 5). Принцип действия: Кукурузное зерно из приёмной камеры поступает в аспирационный канал первой продувки, где продувается воздухом, уносящим в осадительною камеру лёгкие примеси. |
Затем зерно попадает на приемное сито, где выделяются в верхний сход крупные примеси. Проходя через это сито зерно поступает на первое просевное сито, на котором верхним сходом выделяются примеси крупнее зерна, а само оно проходит на следующее сито . Нормальное зерно выделяется на этом сите верхним сходом, проход сита попадает на следующее просевное сито, верхний сход с этого сита смешивается с верхним сходом предыдущего сита и поступает в воздушный канал, где вторично продувается потоком воздуха. Лёгкие частицы увлекаются воздухом в отстойною камеру, а очищенное зерно поступает в производство. Проход последнего сита (подсев) выводится из сепаратора. Лёгкие частицы, попавшие в осадительные камеры (аспирационные относы), удаляются через клапаны из сепаратора. Наиболее лёгкие частицы, унесённые воздухом, отделяются в циклонах, устанавливаемых вне сепараторов.
3.1.2. Оборудование для замачивания кукурузного зерна
Замачивание кукурузного зерна осуществляют стационарным и непрерывным (противоточным) методами на установках с замочными батареями. Противоточный («диффузионный») метод замачивания является более прогрессивным, чем стационарный, и его широко используют в кукурузно – крахмальном производстве.
Установка для непрерывного замачивания зерна (производительность 100т/сутки) (рисунок 3.2 и 3.3) предназначена для обработки водным раствором H2SO4 противоточным методом с целью разрыва или ослабления связи между оболочками, зародышем и эндоспермом, разрушения белковой оболочки зерна, вывода большей части растворимых веществ из зерна в замочною воду.
Установка для непрерывного замачивания зерна (рисунок 3.2.) состоит из замочных чанов (I – VIII); задвижки на линии подачи кукурузы 1; эрлифтных подъемников 2; дуговых сит 3; подогревателей 4; промежуточных сборников 5.
Рисунок 3.2. Схема установки для непрерывного замачивания зерна:
I – VIII – замочные чаны; 1 – задвижка на линии подачи кукурузы; 2 – эрлифтные подъемники; 3 – дуговые сита; 4 – подогреватели смешивающего типа; 5 – промежуточный сборник; А – зерно на замачивание; Б – смесь вода-зерно; В – замочная вода; Г – свежая промывная вода; Д – промывная вода; Е – свежая замочная вода
|
Рисунок 3.3. Чан с эрлифтом: 1 – эрлифт; 2 – воздушная линия; 3 – камера подачи воздуха; 4 – разгрузочный тройник; 5 – диафрагма |
Принцип действия. При непрерывном методе замачивания батарея работает как непрерывное целое. Из нее периодически выключаются два чана – один на промывание замоченного зерна, второй – на его выгрузку. В остальных чанах замочная вода либо перекачивается периодически из чана в чан противотоком к поступающему свежему зерну, либо циркулирует в чане «на себя», при этом замочная вода подогревается. Работа каждого чана замочной батареи складывается из следующих операций: загрузка зерна и заливка замочной водой (τ = 1 ÷ 2 часа); замачивание зерна с периодической циркуляцией (46 ÷ 50 час); выкачивание жидкого экстракта (1 час); промывание зерна горячей водой (4 ÷ 6 часов); выгрузка замоченного зерна (3 ÷ 4 часа); осмотр чана и подготовка к следующей загрузке (1 час). Сернистую кислоту, содержащую минимальное количество растворимых веществ, подают в хвостовой чан батареи, где процесс замачивания зерна подходит к завершению. |
После заливки чана кислотой осуществляют перекачивание ее на «себя» в течение 2 ÷ 4 часов, подогревая до t = 48 ÷ 50 оС,а затем откачивают в следующий по загрузке зерна чан. Одновременно производят перекачивание замочной воды из чана в чан по всей батарее. Из чана со свежезагруженным зерном после циркуляции на «себя» концентрированную замочную воду частично направляют на выпарную установку для концентрирования, а остаток перекачивают в чан, загруженный свежим зерном, который называют «головным». Во время загрузки зерна в чан все время подкачивают замочную воду из предыдущего чана с тем, чтобы зерно было постоянно покрыто водой. Чан не догружают зерном не менее, чем на высоту 0,6 м, так как во время замачивания зерно при набухании увеличивает свой объем. После завершения процесса замачивания зерна, замочную воду с еще высокой концентрацией диоксида серы S02 (0,06 ÷ 0,08 %) перекачивают в чан с более свежим зерном, а чан выключают из батареи для промывания зерна, с целью отмывания его от сернистой кислоты и растворимых веществ и снижения кислотности. Промывание зерна осуществляют горячей (t = 48 ÷ 50 оС) осветленной глютеновой водой в течение 4÷6 часов. После завершения операции промывную воду выкачивают из чана и используют для приготовления сернистой кислоты. Замоченное зерно транспортируется в отделение дробления зерна и выделения зародыша.
Внутренний диаметр эрлифта определяется по графику (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4. График для определения диаметра трубы эрлифта
3.2. Оборудование для измельчения кукурузного зерна и выделения зародыша
Зародыш является наиболее ценной составной частью зерна. В процессе замачивания зародыш становится эластичным, связи его с эндоспермом и оболочками разрываются или ослабевают, что облегчает выделение зародыша. Цель дробления зерна – это разрушение его на несколько частей таким образом, чтобы в максимальной степени освободить зародыш в целом виде.
3.2.1. Машины для дробления кукурузы.
Для дробления кукурузного зерна применяются дробилки следующих типов: СИ5-ПД2-К-100, ЗДД-250, ДДК-100, ЗД2-Д-250 и РЗ-ПДК-250.
Дробилка РЗ-ПДК-250 (производительность по товарной кукурузе 10 т/час) (рисунок 3.5) предназначена для грубого дробления замоченного кукурузного зерна на первой и второй ступенях дробления с промежуточным выделением зародыша.
Рисунок 3.5. Дробилка Р3-ПДК-250
Дробилка РЗ-ПДК-250 состоит из: станины 1; стойки 2 для крепления подшипников 3, 4; вала 5 с диском 6; кольцевого диска 7 с тремя рядами пальцев 8; кожуха 9 с крышкой 11; неподвижного диска 12 с тремя рядами пальцев 13; питательной горловины 14; гайки – крыльчатки 10 и привода (15, 16).
Принцип действия. Зерно через питательную горловину поступает в камеру дробления в пространство между неподвижными и вращающимися пальцами. Равномерному распределению продукта способствует гайка – крыльчатка, установленная на конце вала. Зерно, многократно сталкиваясь с ударными элементами (пальцами подвижного и неподвижного дисков), разрушается на пять – шесть частей, что очень эффективно, так как более тонкое дробление влечет за собой измельчение значительной части зародыша и приводит к его потерям и затруднениям в процессе сетования крахмальных суспензий. Дробление продукта осуществляется по способу свободного удара. Измельченный продукт выводится из машины через отверстия в нижней части камеры дробления.
3.2.2. Гидроциклоны для выделения зародыша
После первого и второго дробления получают кашку, содержащую твердую (частицы эндосперма зерна; свободный зародыш; грубые и тонкие оболочки зерна; крахмал и глютен) и жидкую (вода и незначительная часть растворенных белков, углеводов и минеральных веществ) фазы.
Для выделения кукурузного зародыша из кашки применяют гидроциклоны марки ГЗ различных типоразмеров с диаметром от 200 до 550 мм.
Гидроциклон ГЗ-4 (производительность: по товарной кукурузе 150 т/сутки, по исходному продукту 36 м3/час) (рисунок 3.6) предназначен для отделения зародыша от кукурузной кашки под действием центробежных сил на первой, второй и третьей (контрольной) ступенях.
Рисунок 3.6. Зародышевый гидроциклон Г3-4
Гидроциклон ГЗ-4 состоит из: корпуса 1 в виде конической камеры; патрубка выхода кашки 2; сопел 3,4,7 соответственно выхода и подачи кашки, выхода зародыша; кронштейна 5; приёмной воронки 6 для сгущённого схода.
Принцип действия. Кашка под давлением, по касательной подаётся в цилиндрическую часть корпуса, и получает вращательное движение. Под действием центробежных сил, во много раз превосходящих гравитационные силы, проходит разделение суспензии на тяжёлую и лёгкую фракции. Тяжёлая фракция (дроблённый эндосперм) прижимается к периферии циклона, по его стенкам спускается вниз и выбрасывается через нижнее сопло. Зародыш и пелева образуют лёгкую фракцию, которая оттесняется к центру гидроциклона, поднимается через верхнее сопло в переливную улитку и выходит из гидроциклона.
3.2.3 Машины для тонкого измельчения кукурузной кашки.
Тонкому измельчению повергают кукурузную кашку, которая уже освобождена от зародыша и прошла сепараторные сита, а также крупку, выделенную из нижнего схода сит.
Тонкий помол кукурузной кашки осуществляют с помощью измельчающих машин ударного действия типа РЗ-ПМ5-К-150, РЗ-ПМК-50 и Ш5-ПМШ-10.
Измельчающая машина РЗ-ПМ2-К-150 (производительность по товарной кукурузе 150 т/сутки) (рисунок 3.7) состоит из: корпуса 1; ударного центробежного ротора (2,3) с пальцами 6; конического вала 4; ряда неподвижных пальцев 7 и привода.
Рисунок 3.7. Измельчающая машина марки Р3-ПМ2-К-150
Принцип действия. Из питателя - перемешивателя кашка поступает в центральную часть центробежного ротора, где её подхватывают лопасти и отбрасывают на пальцы ударного ротора (частота вращения ротора n = 2960 мин-1). Расстояние между пальцами (шаг) подобрано таким образом, чтобы исключить возможное прохождение частиц между ними без удара, что позволяет получить более однородный по степени измельчения продукт. При встрече с пальцами под действием сильного удара частицы эндосперма подвергаются измельчению, что обеспечивает разрушение стенок клеток белковой матрицы и приводит к освобождению зёрен крахмала. В корпусе против роторных ударных пальцев также концентрично им установлен ряд неподвижных (статорных) пальцев диаметром 22 мм и с шагом 32 мм, которые предназначены для дополнительного измельчения частиц эндосперма, теряющих при этом скорость, в результате чего уменьшается износ стенки камеры измельчителя.
3.3. Оборудование для выделения и очистки кукурузного крахмала.
К оборудованию для выделения и очистки кукурузного крахмала относится следующее оборудование: дуговые ситовые аппараты, сепараторы, а также вспомогательное оборудование сепараторного отделения – пеногасящий насос самоочищающийся, патронный и вакуум–фильтры, расходомеры, флотационные камеры, флотационные машины, гидроциклоны и пеногасящие насосы.
3.3.1. Ситовые аппараты
Вымывание крахмала из крупной и мелкой мезги, промывание мезги и рафинирование крахмала выполняют с помощью дуговых безнапорных (РЗ-ПРД) и напорных (Ш5-ПДС) сит (см.п.3.3.2), а также блочных станций дуговых сит, работающих по противоточным схемам (для промывания зародыша и для промывания мезги).
Станция дуговых сит для отцеживания, промывания и обезвоживания зародыша РЗ-ПС3-200 (производительность по товарной кукурузе 200 т/сутки) (рисунок 3.8) состоит из: трех дуговых напорных сит отцеживания зародыша 1; безнапорных сит первого 2 и второго 3 промывания зародыша; насоса 4, площадки обслуживания 5 и трех сборников.
Рисунок 3.8. Блочная станция дуговых сит Р3-ПС3
Принцип действия. Смесь зародыша с крахмальной суспензией подается под давлением в коллектор сит отцеживания станции, откуда через три сопла поступает на ситовую поверхность, отцеженная крахмальная суспензия стекает в промежуточный сборник, откуда самотеком направляется на технологические нужды (например, на первое дробление для сопровождения зерна в дробилке). Зародыш сползает по ситовой поверхности в желоб, куда через сопла оросителя струями насосом подается крахмальная суспензия из-под сита второго промывания зародыша, в результате чего зародыш интенсивно перемешивается, что способствует лучшему отмыванию крахмала. Смешанный с крахмальной суспензией зародыш переваливается через край желоба сита отцеживания и попадает на ситовую поверхность расположенного ниже сита первого промывания. При движении вдоль ситовой поверхности зародыш обезвоживается и попадает в такой же желоб, куда также через сопловой ороситель попадает крахмальная суспензия из-под сита третьего промывания зародыша. Крахмальная суспензия с сита первого промывания стекает в промежуточный сборник, откуда направляется в систему выделения зародыша для регулирования плотности. Смешанный с крахмальной суспензией зародыш, переливаясь через край желоба сита первого промывания, попадает на ситовую поверхность расположенного ниже сита второго промывания. Отцеженная крахмальная суспензия стекает в сборник, откуда насосом подается в ороситель сита отцеживания. Обезвоженный зародыш сползает по ситовой поверхности и попадает на наклонную поверхность сита второго промывания (вместо желоба), на которую из структурного оросителя подается глютеновая вода. Зародыш в смеси с глютеновой водой направляется в сборник, откуда насосом подается на сито третьего промывания зародыша, устанавливаемое отдельно от станции, обычно непосредственно над шнек-прессом в цехе кормов и масло-цехе. Содержание свободного крахмала в промытом зародыше – 15%; влажность сходящего зародыша – 71,5%; расход глютеновой воды на промывание зародыша на одну тонну товарной кукурузы – 1,2 ÷ 1,5 м3/т; рабочая площадь ситовой поверхности – 2,97 м2.
3.3.2. Оборудование для разделения кукурузно-крахмальных суспензий
В крахмальном производстве для разделения суспензий применяются центробежные сепараторы, которые классифицируются следующим образом: 1) по способу подвода и отвода продуктов – открытые (продукты не изолированы от контакта с воздухом); полузакрытые (подвод продукта осуществляется открытым потоком, а отвод фракций – по закрытым напорным трубопроводам) и закрытые (подвод и отвод продукта происходит под давлением в закрытых трубопроводах, продукт изолирован от воздуха); 2) по способу выгрузки осадки – ручные (осадок выгружается периодически вручную), сопловые непрерывно-действующие (осадок непрерывно выводится из барабана через специальные отверстия – сопла) и с пульсирующей выгрузкой осадка (осадок центробежным способом удаляется из барабана через определенные промежутки времени).
В кукурузно-крахмальном производстве сепараторы используют для выполнения следующих операций:
- разделение крахмально – глютеновой суспензии и очистки крахмального молока (сепараторы типа ПСА-4, ПРН, ПРТ и типа ТХ фирмы «Альфа – Лаваль»);
- концентрированние глютена (сепараторы типа ПСА-3, ПРН и типа SХ, QX фирмы «Альфа – Лаваль»);
- осветление глютеновой воды.
Сепаратор ПСА-4 открытого типа с непрерывным выводом сгущенного схода через сопла (производительность по крахмальному молоку 12÷15 м3/час) (рисунок 3.9) предназначен для разделения крахмального молока на крахмал и глютен при наименьшем содержании белка в очищенном крахмале и крахмала в глютене.
Рисунок 3.9. Сепаратор ПСА-4
Сепаратор состоит из: станины 1; чаши 2 с приемо-отводящими сборниками 11; барабана 3 с тарелкодержателем 4, пакетом тарелок 5; затяжным кольцом 6, крышкой 7 и верхним стаканом 8 для отвода жидкого схода; питающего штуцера 9; крышки 10 и привода (электродвигатель и червячная передача).
Принцип действия. Крахмальное молоко через питающий штуцер поступает во внутреннюю полость тарелко-держателя и через распределительные отверстия в нем и пакете тарелок распределяется по тарелкам. Тяжелая фракция (крахмал) отбрасывается к периферии барабана и выводится через сопла; легкая фракция вытесняется к оси барабана и через верхний стакан выводится в приемник. В зависимости от требований к качеству крахмала операция выполняется в 3, 4 или 5 ступеней. Частота вращения барабана n = 5000 ÷ 5580 мин-1; температура исходного продукта t = 45 0С; плотность после первой ступени: исходной суспензии – 12 ÷ 14 % СВ, сгущенного схода – 25 % СВ, крахмала в верхнем сходе – не более 25 % СВ, жидкого схода – 0,8 ÷ 1 % СВ.
Сепаратор ПСА-3 (производительность по исходной суспензии 10 ÷ 12 м3/час) предназначен для сгущения глютена в кукурузно-крахмальном производстве. Сепаратор ПСА-3 выполнен на базе сепаратора ПСА-4 с отличием в конструкции (рисунок 3.10) питательного штуцера и тарелко-держателя, а также числе тарелок и радиусе расположения отверстий в тарелках.
Рисунок 3.10. Барабан сепаратора ПСА-3:
1 – питающий штуцер; 2 – трубка для подвода рециркулирующего глютена
Принцип действия сепаратора аналогичен сепаратору ПСА-4.
3.3.3. Вспомогательное оборудование сепараторного отделения.
Важнейшим элементом системы рециркуляции глютена при его сгущении является пеногасящий насос.
Пеногасящий насос НДП (производительность 30 м3/час) (рисунок 3.11) предназначен для выделения из продукта пузырьков воздуха с одновременной транспортировкой его на последующую операцию и возвращения части продукта в барабан сепаратора.
Рисунок 3.11. Пеногасящий насос:
1 – бачок; 2 – корпус; 3 – соединительный патрубок; 4 – шплинт крепления крыльчатки; 5 – вентиляционная крыльчатка; 6 – вал; 7 – стойка; 8 – муфта сцепления; 9 – ограждение муфты; 10 – электродвигатель; 11 – плита; 12 – корпус вентиляционной камеры; 13 – диафрагма; 14 – корпус напорной камеры; 15 – крыльчатка; 16 – камера насоса
Насос НДП состоит из: плиты 11; корпуса 2; бачка 1; соединительного патрубка 3; вентиляционной крыльчатки 5; крыльчатки 15; камеры насоса 16; корпусов вентиляционной 12 и напорной 14 камер; диафрагмы 13; привода 10.
Принцип действия: Сгущённый глютен из сепаратора поступает в бачок насоса и захватывается крыльчаткой в камеру насоса. При вращении крыльчатки (n=1440 мин-1) происходит разделение продукта: тяжёлая фракция отбрасывается к периферии и выводится из насоса частично в сепаратор, частично- на дальнейшую обработку; лёгкая фракция (воздушные пузырьки) сосредотачивается ближе к валу и через кольцевую щель в диафрагме попадает во вторую камеру насоса, где вентиляционная крыльчатка создаёт некоторое разрежение, пузырьки лопаются, воздух и некоторая часть суспензии выбрасываются в питательный бачок.
Современные схемы сепараторных станций включают в себя флотационные машины типа ФМР, которые выполняются в многокамерном варианте с числом камер от 2 до 20.
Флотационная машина ФМР-10К (полезный объём камеры 1 м3) (рисунок 3.12) предназначена для выделения из крахмального молока глютена и сгущения его.
|
Рисунок 3.12. Флотационная машина ФМР-10К |
Машина ФМР состоит из: корпуса 4; импеллера- насоса 7 для подачи воздуха в суспензию; привода насоса 6; успокоителя 8; регулятора уровня 5 последней камеры; пеногона 3 для ускорения сброса пены; привода пеногона 2; приёмного кармана 1 и футеровки камер 9.
Принцип действия: Суспензия поступает в приёмный карман 4, из которого через питающую трубу в надимпеллерный стакан. При частоте вращения импеллера 330 мин-1 суспензия интенсивно перемешивается с воздухом, поступающим в статор через трубу в количестве 1 м3 на 1 м2 поверхности суспензии. Смесь суспензии крахмала и воздуха проходит через щелевой зазор между статором и лопастями ротора импеллера. В результате механического воздействия происходит диспергирование воздуха в суспензии с образованием пузырьков размером 0,5 ÷ 3,0 см. Белковые вещества закрепляются на границе раздела жидкость – газ и вместе с пузырьками воздуха поднимаются вверх, образуя устойчивую пену над суспензией. При обработке суспензии на флотационных машинах из нее удается выделить 30 ÷ 40% белка и 60 ÷ 70% жира. Оптимальная продолжительность обработки суспензии - 12 ÷ 15% мин.
Вакуум – фильтры.
В производстве крахмала из кукурузного сырья вакуум – фильтры используются для: промывки крахмала после сепараторов или гидроциклонов с целью дополнительного удаления растворимых веществ; получения крахмальной суспензии повышенной концентрации перед гидроциклонами; предварительного обезвоживания крахмала перед сушкой; обезвоживания глютена с мезгой или получения глютена в чистом виде, а также для очистки паточных и глюкозных сиропов.
В отечественном крахмальном производстве для обезвоживания крахмала применяют непрерывнодействующие барабанные камерные вакуум – фильтры марок БОК10-2,6, БОК20-2,6, БОУ40-3-5 с наружной фильтрующей поверхностью; польские марки ZOK-2, ZOK-3, SOE1/7, XF3E8, а также вакуум – фильтры типа БсхОК и БсхОУ со сходящим полотном.
Схема устройства вакуум – фильтра приведена на рисунке 3.13. Фильтр состоит из: полого перфорированного барабана 1 с секционными перегородками 2; ножа для снятия осадка 3; корыта с продуктом 6; восходов – окон 4; неподвижной распределительной головки; устройства для взмучивания осадка 7; приводов барабана и мешалки; оросителей 8 для промывания осадка.
Рисунок 3.13. Схема устройства вакуум–фильтра
Принцип действия. Включаются электродвигатели барабана и мешалки. Барабан фильтра вращается в корпусе (n ≈ 1 мин-1), куда непрерывно поступает крахмальная суспензия. Поверхность барабана разделена на отдельные секции перегородками, каждая секция трубками соединена с подвижной головкой фильтра. Когда секция барабана погружена в суспензию, происходит фильтрация за счет разрежения, создаваемого конденсатором в правой распределительной головке, жидкая фаза суспензии при этом отводится, а на поверхности ткани этой ячейки отлагается слой осадка. Затем к секции через угол поворота барабана 360 подключается левая распределительная головка с более высоким разрежением. При этом на поверхности ткани этой секции толщина слоя осадка возрастает. Процесс фильтрации в каждой секции происходит, пока она находится в зоне фильтрации, остаточное давление Р = 0,03 ÷ 0,048 МПа. Далее секции барабана проходят зоны: подсушки, промывки и подсушки, продувки и удаления осадка.
3.4. Аппараты для подогрева продуктов кукурузно-крахмального производства
В производстве сырого кукурузного крахмала теплообменные аппараты применяются для подогрева: фильтрата, передаваемого с отцедочных вакуум – фильтров для кашки в замочные чаны; крахмального молока перед сепарированием; глютеновой воды с сепараторов для пастеризации; свежей воды, идущей на промывку и разводку крахмала на вакуум – фильтрах.
Теплообменники для подогрева или охлаждения продуктов крахмального производства или воды классифицируются следующим образом: теплообменные аппараты смешения (с барботером), в которых для подогрева продукта теплоноситель с более высокой температурой смешивается непосредственно с продуктом, и поверхностные теплообменники, в которых передача тепла производится через стенку, разделяющую теплоноситель и продукт. Группа поверхностных теплообменников имеет несколько разновидностей: с рубашкой, змеевиковые, трубчатые, пластинчатые. Движение продукта в каждом из них может быть: конвективным (естественным), происходящим из-за разности плотностей более холодного и более теплого продукта, и принудительным (организованным), создаваемым мешалками или насосами.
3.4.1. Теплообменники с поверхностью, образованной стенками аппарата
К теплообменникам данного типа относятся аппараты с рубашками и типа «труба в трубе».
|
Рисунок 3.14. Теплообменник с рубашкой: 1 – корпус; 2 – рубашка; 3 – мешалка; 4 – труба переливания; 5 – привод мешалки; 6 – люк |
Теплообменники с рубашкой (рисунок 3.14) применяются в тех случаях, когда не требуется больших площадей теплообмена (поверхностей нагрева). Пар или воду пропускают через рубашку; передача тепла эффективна в случае конденсации пара на поверхности теплообмена, избыточное давление в рубашке не выше 1 МПа. |
|
Рисунок 3.15. Теплообменник типа «труба в трубе» |
Теплообменник типа «труба в трубе» (рисунок 3.15) дает возможность применения больших скоростей теплоносителей, что обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи, а также организовать противоток теплоносителей, что позволяет значительно сблизить их температуры. |
3.4.2. Кожухотрубные теплообменные аппараты (решоверы)
Теплообменники данного типа получили наибольшее распространение в крахмальном производстве. Кожухотрубные теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками классифицируются следующим образом: по количеству ходов – одноходовые и многоходовые (2,4 и 6 ходов); по расположению в пространстве – вертикальные и горизонтальные; по давлению рабочих сред – работающие под давлением (в зависимости от диаметра корпуса) и под разрежением (давление 0,06 МПа); по виду теплоносителя – с водой, насыщенным паром, паром из отбора турбин, вторичным паром выпарных установок.
Кожухотрубный шестиходовой теплообменник (рисунок 3.16) состоит из: корпуса; эллиптических крышки и днища; двух трубных решеток; труб диаметром 25 х 2 мм или 38 х 2 мм; патрубков для ввода 1 и вывода 3 продукта; воздушного 2 и спускного 6 штуцеров; патрубков для подвода 5 пара или горячей воды и отвода 4 конденсата и неконденсирующихся газов.
|
Рисунок 3.16. Кожухотрубный теплообменник |
Принцип действия. В трубное пространство подается продукт, в межтрубное – пар (или горячая вода). Продукт, циркулируя по трубам в аппарате, получает тепло, нагревается и отводится из него. Пар (или вода), отдавая тепло, охлаждаются и в виде конденсата или жидкости также выводится из теплообменника. Для интенсификации теплообмена путем увеличения скорости теплоносителя в межтрубном пространстве устанавливаются сегментные перегородки. Допустимая максимальная разность температур труб и корпуса – 30 0С. |
3.5. Методика расчета оборудования
Производительность замочной батареи по товарному зерну:
, т/сутки (3.1)
где n – число чанов, шт;
М – масса зерна товарной влажности (вместимость) в одном чане, m;
τ – заданная продолжительность замачивания, ч.
Расход воздуха в эрлифте на один чан:
, м3/час (3.2)
где е – основание натурального логарифма;
d – внутренний диаметр эрлифта, мм.
Расход воздуха на всю батарею:
, (3.3)
Производительность сепараторов по исходной суспензии:
, кг/час (3.4)
где β – коэффициент, учитывающий отличие реального процесса от теоретического (β = 0,5 ÷ 0,7);
z – число тарелок, шт;
ω – угловая скорость барабана, рад/с;
α – угол наклона образующей тарелки (α = 45о);
r0 – радиус расположения отверстий в тарелках, м;
Rм – минимальный радиус образующей тарелки, м;
ρ1 и ρ2 – плотности дисперсионной среды и тяжёлой фракции, кг/м3;
μ - динамическая вязкость дисперсионной среды, Па·с;
dэ – эквивалентный диаметр наименьших частиц, подлежащих
выделению, м.
Производительность сепараторов по соплам:
, л/час (3.5)
где K- эмпирический коэффициент , зависящий от конструктивных особенностей сепаратора (для ПСА к = 0,4025) ;
n- частота вращения барабана, мин-1;
d- диаметр сопла, мм.
Общая потребная мощность привода сепаратора:
кВт (3.6)
где Nc.c. – расход мощности на вывод сгущённого схода через сопла, кВт;
Nж.с – расход мощности на вывод жидкого схода, кВт;
Nт.в – расход мощности на преодоление трения барабана о воздух, кВт;
Nтп –расход мощности на преодоление трения в подшипниках;
η- к.п.д. привода.
Производительность вакуум-фильтра по кукурузе:
, т/сут (3.7)
где F – площадь фильтрации вакуум-фильтра, м2;
k – коэффициент использования поверхности фильтрации, k – 0,3 ÷ 0,5;
с – скорость фильтрации суспензии, кг/м3;
Pc – количество жидкой части нефильтрованной суспензии, % к массе кукурузы;
μ – количество отфильтрованной суспензии, % к общему количеству жидкой части нефильтрованной крахмальной суспензии.
Потребная мощность привода барабана вакуум-фильтра:
, кВт (3.8)
где ΣМi – cуммарный момент сопротивления, Н ∙ м;
n – частота вращения барабана, мин-1;
η – к.п.д. привода;
q – удельная нагрузка на барабан, кг/м3.
Расчет теплообменников:
Необходимая площадь теплообмена всех поверхностных теплообменников:
, м2 (3.9)
где Q – количество передаваемой теплоты, Вт;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙ К);
Δt – температурный напор (средняя разность температур теплоносителей), 0С;
φ – поправочный коэффициент на загрязнения поверхности стенок (для средней загрязненности φ = 0,85).
Температурный напор определяется по следующей формуле:
, 0С (3.10)
где Δtб и Δtм – наибольшая и наименьшая разность температур теплоносителей, 0С.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
Тесты
1. Для подготовки зерна к переработке применяются:
1) флотационные машины; 2) установки для замачивания зерна; 3) дуговые сита; 4) воздушно-ситовые сепараторы.
2. Замачивание кукурузного зерна осуществляет методами:
1) воздушным; 2) прямоточным; 3) противоточным; 4) циркуляционным.
3. Измельчение кукурузного зерна производят:
1) дроблением; 2) растиранием; 3) раздавливанием; 4) раскалыванием.
4. Для выделения зародыша используют:
1) сепараторы; 2) центрифуги; 3) вакуум-аппараты; 4) гидроциклоны.
5. Производительность станции дуговых сит РЗ-ПСЗ т/сутки:
1) 220; 2) 200; 3) 150; 4) 250.
6. Сепаратор ПСА-4 предназначен для:
1) разделения крахмального молока; 2) сгущения глютена;
3) обезвоживания мезги; 4) осветления глютеновой воды.
7. Производительность сепараторов по исходной суспензии зависит от:
1) диаметра барабана; 2) динамической вязкости; 3) числа тарелок;
4) частоты вращения барабана.
8. Продолжительность обработки суспензии во флотационной машине ФМР составляет, мин:
1) 12; 2) 10; 3) 18; 4) 15.
9. Величина разряжения в вакуум-фильтре, МПа:
1) 0,025; 2) 0,05; 3) 0,06; 4) 0,04.
10. Количество ходов в кожухотрубных теплообменниках:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4; 5) 5.
Глава 4. Оборудование для производства сухого крахмала.
При производстве сухого картофельного и кукурузного крахмала применяется оборудование для: подготовки (промывания) сырого крахмала (сотрясательные сита, гидроциклоны-пескоуловители, размывные чаны, гидроциклонные установки, сборники мезги, ловушки промывных вод); механического обезвоживания крахмала (осушающие центрифуги, вакуум-фильтры); высушивания крахмала (сушильные установки различной конструкции); отделки сухого крахмала (бураты, рассевы); транспортировки (аэронасосы) и упаковки крахмала (весовыбойные автоматы, мешкозашивочные машины, пакетоформующие машины).
4.1. Оборудование для механического обезвоживания сырого крахмала
Перед высушиванием из сырого крахмала максимально извлекается вода с помощью осушающих центрифуг или вакуум-фильтров. Влажность центрифугированного картофельного крахмала составляет обычно 38 ÷ 40%, кукурузного до 35%. При обезвоживании кукурузного крахмала на вакуум-фильтрах его влажность 46 ÷ 47%. Для механического обезвоживания крахмала применяются периодически действующие центрифуги с вертикальным валом и разгружающим ножом, а также автоматические центрифуги полунепрерывного действия типа ФГН.
Горизонтальная фильтрующая центрифуга типа ФГН (рисунок 4.1) предназначена для механического обезвоживания картофельного и кукурузного крахмала перед сушкой.
Рисунок 4.1. Центрифуга типа ФГН
Центрифуга ФГН состоит из: перфорированного барабана 5; вала 7, опирающегося на подшипники 6; питающей трубы 2; устройства для срезания осадка 3; разгрузочного бункера 1; корпуса 4; станины 8; привода (электродвигателя 9 и клиноременной передачи); дренажной сетки 10 и фильтрующей перегородки 11.
Принцип действия. Продукт поступает через питающую трубу из сборника-мерника, расположенного над центрифугой, до полного заполнения всего барабана, появления перелива из барабана и продолжения работы с переливом в течение одной минуты. При этом во время вращения барабана при заполнении его более легкие примеси (остатки мезги скоагулированного белка и др.) удаляются с переливом, и основная масса крахмала становится чище. При достижении заданной толщины слоя осадка в барабане питание выключается с помощью специального устройства (флажка), расположенного в барабане; после чего в течение заданного времени производится сгущение осадка. Осадок крахмала после удаления жидкости через фильтрующую перегородку срезается ножом, который перемещается внутри барабана с помощью гидравлического привода. После удаления осадка нож возвращается в исходное положение и цикл повторяется. Срезанный крахмал по наклонной плоскости сползает и выводится через разгрузочный бункер.
4.2. Оборудование для сушки крахмала.
Влага, оставшаяся в крахмале после механического обезвоживания, удаляется в процессе сушки. Стандартный сухой картофельный крахмал должен содержать 20% влаги, кукурузный – 13%.
На заводах для сушки крахмала применяются барабанная система Грачева, пневматические сушилки ПС-15, ППС-25М, ПСК-100 и ВАВАС, а также центробежные сушилки марок ЦС-2М, ЦС-4М и ЦС-8 М.
Пневматическая сушильная установка ПС-15 (производительность по товарному крахмалу, т/сутки: кукурузному – 15, картофельному – до 20) (рисунок 4.2) предназначена для сушки разрыхленного крахмала в движущемся токе горячего воздуха.
Рисунок 4.2. Пневматическая сушильная установка ПС-15
Сушильная установка ПС-15 состоит из: смесителя 4, ротора-разрыхлителя 3; циклонов 8; трубы-сушилки 5; кармана 6; противовзрывного клапана 7; вентилятора 10; калорифера 2; масляного фильтра 1; сборного шнека 9; скруббера 11;бурата 14; сборника воды 13; насоса 12 и шлюзовых затворов 15.
Принцип действия. Холодный воздух очищается от взвешенных примесей в масляном фильтре, нагревается в калорифере до заданной температуры (t = 140 0С), поступает в сушильную трубу, затем, пройдя циклоны, вентилятор и скруббер, выбрасывается в атмосферу. Продукт подается питателем в ротор-разрыхлитель, по конструкции напоминающий молотковую дробилку. В результате ударов лопастей ротора крахмал диспергируется в воздушном потоке и движется по трубе-сушилке, попадая в сепаратор. Вследствие инерции более тяжелые недосушенные частицы продукта из сепаратора возвращаются в питатель, а высушенные частицы отделяются в циклоне и поступают на упаковку или в бункера бестарного хранения. Воздух из циклона поступает в мокрый скруббер, очищается с помощью воды от продуктовой пыли. Вода на скруббер подается циркуляционным насосом. При повышении плотности воды до установленного уровня она отводится в производство, а в насос подается свежая вода.
4.3. Оборудование для отделки сухого крахмала
Просеивание крахмала для отделения от него образовавшейся крупки после высушивания осуществляется в буратах призматического или центробежного типов, а также на плоских рассевах.
4.3.1. Бураты для просеивания
Центробежный бурат (производительность по сухому крахмалу на 1 м2 цилиндра 120 или 550 кг/час) (рисунок 4.3) состоит из: корпуса; вращающегося барабана 1, состоящего из отдельных рамок 3; бичевого барабана 2; шнека 4; загрузочного лотка и привода.
Рисунок 4.3. Центробежный бурат
Принцип действия. Сухой крахмал, через загрузочный поток, непрерывно поступает во вращающийся барабан, где он подвергается многочисленным ударам бичей второго вращающего барабана. В результате крахмал измельчается и просеивается через ситовую поверхность. Затем крахмал собирается в шнеке, расположенном в корпусе бурата под ситом, и выводится из бурата, а крупка выходит через торцевую часть первого барабана.
4.3.2. Рассевы для отделения крупки
На некоторых крупных крахмальных заводах вместо буратов для просеивания сухого крахмала применяются плоские рассевы (планзихтеры).
Плоский рассев ЗРШ-4М (производительность сита по сухому крахмалу через 1 м2 75 кг/час) (рисунок 4.4) состоит из: приемного устройства 4; приемных рукавов 1; кузовов 5; состоящих из 12 рамок с натянутой на них сеткой; опорной рамы 6; подвешенной к потолку с помощью подвесного устройства на гибких стержнях 3; выводных рукавов 7; эксцентрикового самобалансирующегося механизма 8 и привода 2.
Рисунок 4.4. Плоский рассев ЗРШ-4М
Принцип действия. Сухой крахмал поступает в приемное устройство и по рукавам направляется на ситовую поверхность двух кузовов рассева. Оба кузова совершают кругообразное движение от привода через эксцентриковый механизм. Крахмал и крупка, разделенные на рассевах, по выводным рукавам сбрасываются в отдельные течки и направляются в соответствующие бункера.
4.4. Оборудование для транспортирования и упаковки крахмала
Выработанный сухой крахмал направляется на хранение в тарные склады (силосы) или на упаковку в различные виды тары.
4.4.1. Оборудование для транспортирования сухого крахмала
Для подачи крахмала в тарные склады применяется воздушно-винтовой насос – аэронасос.
Аэронасос для крахмала (производительность по сухому крахмалу 65 80 т/сутки) (рисунок 4.5) состоит из: питательной воронки 2; шнека 1 с переменным шагом; форсунки смесительной камеры 3; рессивера 4; сборника сжатого воздуха 6; маслоотделителя 5 и трубопровода 7.
Рисунок 4.5. Аэронасос для крахмала
Принцип действия. Крахмал через питательную воронку поступает в шнек, а затем в форсунку, из которой компрессором при давлении 0,23 МПа с большой скоростью подается воздух (расход воздуха 200 м3/ч), транспортирующий крахмал по трубе в силосы склада. В силосах вследствие резкого падения скорости крахмал оседает, воздух пропускается через циклон, очищается от крахмальной пыли и уходит в атмосферу, а крахмальная пыль падает в силосы.
4.4.2. Оборудование для упаковки сухого крахмала в тару
Для упаковки крахмала в мешки применяют весовыбойные автоматы и мешкозашивочные машины.
Весовыбойный автомат ДВМ-75 (производительность 150 200 мешков/час) (рисунок 4.6) предназначен для взвешивания и автоматической загрузки сухого крахмала в мешкотару.
Рисунок 4.6. Весовыбойный аппарат ДВМ-75
Автомат ДВМ-75 состоит из: рамы 1; циферблатного указателя 2; гиредержателя 3; питателя 4; станины 5; коромысла 6; ковша 7; подвесного бункера 8 и встряхивающего механизма 9.
Принцип действия. Автомат включается в работу нажатием кнопки «Пуск». Крахмал из питателя, работающего с большой частотой, поступает в ковш, который по мере заполнения, спускается вниз, через коромысло и передаточный рычаг передает свое движение стрелке циферблатного указателя, на весовой стрелке которого укреплен флажок, который входит в низ датчика грубой массы и переключает при этом электродвигатель питателя на малую частоту; при этом заслонка постепенно закрывается, а продукт поступает в ковш через досыпное окно. При достижении в ковше заданной массы крахмала флажок весовой стрелки входит в паз датчика точной массы, при этом эл. двигатель питателя останавливается и поступление продукта в ковш прекращается.
На горловину встряхивающего устройства надевается мешок, ковш открывается, и происходит выгрузка крахмала при опущенном аспирационном чехле. После закрытия ковша начинается новый цикл работы весов. По окончании уплотнения крахмала аспирационный чехол автоматически поднимается, мешок снимается и направляется на зашивку.
Мешкозашивочная машина марки ЗЗЕ-М (производительность 90 500 мешков/час) (рисунок 4.7) предназначена для зашивки тканевых и крафт-мешков, наполненных крахмалом и взвешенных.
Рисунок 4.7. Мешкозашивочная машина ЗЗЕ-М
Машина ЗЗЕ-М состоит из: ленточного транспортера 1; ограждения 2 и швейного устройства 3.
Принцип действия. Мешкозашивочная машина устанавливается непосредственно под весовыбойным автоматом. Наполненный крахмалом мешок опускается на движущийся транспортер машины (скорость ленты 6,6 м/мин), ограждающие перила транспортера поддерживают мешок в вертикальном положении. Свободный конец мешка заправляется в головку швейного машинного приспособления и пришивается зигзагообразным швом.
4.5. Агрегаты для переработки картофеля
Для небольших картофелекрахмальных заводов применяются агрегаты марки АПЧ-25, АПЧ-10 и ПКА-10.
Картофелеперерабатывающий агрегат АПЧ-25С (производительность по картофелю 25 т/сутки) (рисунок 4.8) преднозначен для производства сухого крахмала из картофеля на заводах малой мощности, овощесушительных заводах и других предприятиях, связанных с переработкой картофеля.
Рисунок 4.8. Картофелеперерабатывающий агрегат АПЧ-25С:
Агрегат АПЧ-25С состоит из: наклонного шнекового конвейера 1; картофелемойки 2; картофелетерки 3; сдвоенной отстойной центрифуги 4; отцедочного сита 5; щеточного сита 6; сита первой 7 и второй 8 рафинировки и центробежной сушилки 9.
Принцип действия. Картофель из хранилища гидравлическим или механическим транспортом подается на наклонный винтовой конвейер, который при обильном орошении водой центробежным насосом транспортирует его в картофелемойку, где осуществляется удаление грязи с поверхности клубней и отделение от них камней, соломы и др. примесей. Затем картофель поступает в картофелетерку, где он истирается в кашку. В поддоне под теркой картофельная кашка разбавляется водой, отводимой от центробежной сушилки, и плунжерным насосом подается в первую половину сдвоенной отстойной центрифуги для выделения клеточного сока. Сгущенная на центрифуге кашка разбавляется водой до концентрации 5% СВ, насосом перекачивается в первую половину сдвоенного отцедочного (ротационного) на рамки с пробивным ситом, где происходит первое отмывание крахмала с получением крахмального молока. Затем кашка поступает на щеточное сито, где крахмал окончательно отмывается путем протирания щетками по сетке с ячейкой 0,355 мм при обильной подаче воды из оросителя. При этом крупная мезга из щеточного сита поступает в сборник, откуда насосом перекачивается в мезговую яму, а крахмальное молоко от отцедочного и щеточного сит самотеком направляется во вторую половину сдвоенной центрифуги для отделения соковой воды. Сгущенный крахмал и мелкая мезга с центрифуги суспендируются в воде до концентрации 3 ÷ 4% СВ и перекачиваются плунжерным насосом на ротационное сито первого рафинирования на рамки с ситом №61. Далее крахмальное молоко самотеком поступает во вторую половину сдвоенного ротационного сита на рамки с ситом №67, где осуществляется второе рафинирование. Мелкая мезга, отделенная на ситах, поступает в сборник около агрегата. Молоко из сборника двухплунжерным насосом подается в расходный чанок, а из него самотеком поступает в центробежную сушилку. В отстойно-фильтрующей центрифуге сушилки крахмал обезвоживается до влажности 38 ÷ 40%, промывная вода от нее насосом подается на разбавление кашки от терки. Окончательная сушка крахмала происходит в центробежносушильном барабане и вертикальной трубе посредством горячего воздуха, засасываемого через калорифер. Сухой крахмал влажности 20% улавливается в циклоне и ссыпается в тару.
4.6. Методика расчета оборудования
Производительность осушающей центрифуги по фугованному продукту:
, кг/сутки (4.1)
где V – объем центрифугированного продукта, получаемого за один
цикл, м3;
ρ – плотность центрифугированного продукта, кг/м3;
z – число циклов работы центрифуги за сутки, шт.;
m – масса фугованного продукта за одну выгрузку, кг.
Производительность осушающей центрифуги по высушенному товарному продукту:
, кг/сутки (4.2)
где WТ – влажность товарного продукта, %;
Wф – влажность центрифугированного продукта, %.
Общая потребная мощность на привод осушающей центрифуги:
, кВт (4.3.)
где Nб – расход мощности на сообщение барабану кинематической энергии, кВт;
NП - расход мощности на сообщение кинематической энергии продукту, кВт;
NТ.П. – расход мощности на преодоление сил трения в подшипниках, кВт;
NТ.В. – расход мощности на трение барабана о воздух, кВт;
NТ.У. – расход мощности на преодоление трения в уплотнениях, кВт;
NС.О. – расход мощности на срезание осадка, кВт;
η – коэффициент полезного действия привода центрифуги.
Расчет сушилок
В начале расчета составляется материальный баланс сушильного процесса на 1 час работы:
(4.4)
после преобразований получается:
(4.5)
где Gс – масса сухого вещества продукта, кг;
Wc – влажность продукта, %;
Wc΄ и Wс˝ - начальная и конечная влажность крахмала, %;
Wисп. – количество испаренной при высушивании влаги, кг;
L – количество сухого воздуха, поступающего и уходящего из сушильной установки, кг;
d1 и d2 – влагосодержание поступающего и уходящего из сушилки продукта, г/кг сухого продукта.
Расход сухого газа (или воздуха) (в кг) на 1 кг испаренной влаги составит:
, (4.6)
где W – масса воды в продукте, кг.
После того как будут получены данные материального баланса, производится тепловой расчет сушильного процесса аналитическим методом или с помощью I-х-диаграммы. При этом определяются расход воздуха в единицу времени и расход тепла.
Тепловой баланс сушильного процесса на 1 час работы:
, (4.7)
где Qн - теплота, подводимая к нагревателю, кДж;
Qn΄ - теплота, поступающая с высушиваемым материалом, кДж;
Qw΄– теплота, поступающая с влагой, подлежащей испарению, кДж;
Qсуш.΄ – теплота, поступающая с сушильным агентом, кДж;
Qn˝ - расход теплоты с высушиваемым материалом, кДж;
Qсуш.˝ - расход теплоты с сушильным агентом, кДж;
Q5 – потери теплоты, кДж.
Баланс теплоты удобно составлять на 1 кг испаренной влаги, что позволяет сравнивать различные сушилки. Поделив каждый член уравнения (4.7) на Wисп. и вычтя приход теплоты из расхода получаем:
, (4.8)
где GnТ – масса продукта, высушенного до товарной влажности, кг/ч;
cnТ – теплоемкость товарного продукта, кДж/(кг ∙ к);
ν1 и ν2 – температура продукта при входе и выходе из сушилки, 0С;
I0 – теплосодержание сушильного агента до нагревателя, кДж/кг;
I2 – теплосодержание сушильного агента при выходе из сушилки, кДж/кг;
q5 – потери теплоты в расчете на 1 кг испаренной влаги, кДж;
qн – теплота, подводимая к нагревателю в расчете на 1 кг испаренной влаги, кДж.
По данным теплового расчета подбираются воздухонагреватели (калориферы), а при необходимости и топка для получения топочных газов (для кормовых сушилок), производится расчет процесса сжигания топлива. Для пневматических сушилок определяются размеры ротора – разрыхлителя, а для барабанных – размеры барабана по данным теплового напряжения объема.
Для определения сечений воздуховодов, в том числе и элементов пневматических сушилок, подбираются скорости движения воздухо-паро-продуктовой смеси таким образом, чтобы предотвратить возможность оседания продукта. Для этого предварительно определяют скорости витания воздуха, затем подбирают циклоны и скрубберы. После чего определяют гидравлическое сопротивление тракта и по данным о расходе воздуха и сопротивления завершают расчет сушилок подбором вентилятора.
Вопросы и тесты для самопроверки
Тесты
1) сепараторы; 2) осушающие центрифуги; 3) дисковые фильтры;
4) вакуум-фильтры.
1) 40; 2) 30; 3) 35; 4) 28.
1) 140; 2) 145; 3) 135; 4) 150.
1) 13; 2) 15; 3) 20; 4) 22.
1) пропарки; 2) сортировки; 3) измельчения; 4) просеивания.
1) 200; 2) 180; 3) 220; 4) 250.
1) до 350; 2) до 500; 3) 250; 4) до 400.
Глава 5. Оборудование для производства кукурузных кормов и масла.
5.1. Оборудование для производства сухих кукурузных кормов.
При производстве смешанных кукурузных кормов применяется различное оборудование для выполнения следующих технологических операций: механическое обезвоживание мезги (шнековые прессы, фильтр-прессы, вакуум-фильтры); механическое обезвоживание глютена (фильтр-прессы, вакуум-фильтры); сушка кормов (барабанные и пневматические сушилки); измельчение и просеивание корма (молотковые дробилки, центробежные или призматические бураты); отделение металлических примесей (электромагнитный сепаратор); транспортирование и упаковка кормов (ленточные или скребковые транспортеры, шнеки, нории, нагревательный или всасывающий пневмотранспорт).
5.1.1. Оборудование для механического обезвоживания мезги
Крупную и мелкую мезгу при проведении их совместного промывания на дуговых ситах обезвоживают сначала на шнековых прессах марки Т1-ВПО (ВПНД) или фильтр-прессах.
Шнековый пресс ВПНД-10 (Т1-ВПО) (производительность по абсолютно сухой мезге до 0,55 т/ч) (рисунок 5.1) состоит из: корпуса; рамы 12; транспортирующего 5 и прессующего 6 шнеков; вала 4; цилиндра 7; питательной горловины 3; поддонов 10 и 11 для отвода отпрессованной жидкости запирающего конуса 8; гидравлической системы 9 и привода (электродвигатель 1 и редуктора 2).
Рисунок 5.1. Шнековый пресс типа Т1-ВПО
Принцип действия. Частично обезвоженная на сите крупная и мелкая мезга поступает в бункер пресса, а из него – сначала на транспортирующий, а затем на прессующий шнеки. Прессующий шнек продвигает мезгу в камеру давления, ограниченную последним витком шнека и корпусом. Отпрессованная жидкость собирается в сборник и через патрубки выводится из пресса. Степень прессования мезги возрастает от входа в цилиндр до последнего витка прессующего шнека. Максимальное сжатие продукта происходит в конце прессующего шнека. Степень отжатия мезги обусловлена величиной кольцевого зазора между корпусом и цилиндром шнека, которая зависит от положения конуса и регулируется с помощью гидрорегулятора. Максимальное удельное давление на мезгу 1,4 МПа. Отпрессованная мезга выходит из камеры давления через зазор между конусом и цилиндром. Наружный диаметр шнеков – 520 мм, частота вращения n = 3,5 мин-1, шаг витков транспортирующего шнека 300 мм, прессующего – 250 мм.
Для удаления из мелкой мезги и глютена излишней влаги механическим путем применяются вакуум-фильтры (со сбегающим полотном, со шнуровым съемом осадка и со съемом осадка резиновым валиком); фильтр-прессы открытого и закрытого типов, а также автоматические фильтр-прессы типов ФПАКМ.
Автоматизированный фильтр-пресс ФПАКМ (рисунок 5.2) состоит из: горизонтальных плит 1 с щелевой сеткой 3; фильтровальной ткани 2; поддона 4 с отводящим устройством для фильтрата; резиновой уплотнительной трубки 5; скребков 6 и 7; камеры для промывания и регенерации ленты 8.
Рисунок 5.2. Схема автоматизированного фильтр-пресса ФПАКМ:
Принцип действия. В камеру под давлением 0,7 МПа подается суспензия по специальному каналу в плите. После окончания фильтрации рамы автоматически раздвигаются, образуя зазор для выхода фильтрованной ткани. Система роликов приводится в движение, причем осадок срезается с ленты с помощью скребков и поступает в специальные сборники. Фильтрующая ткань проходит через камеру регенерации, где с нее дополнительно счищается осадок и сама ткань промывается. Регенерированная ткань, продолжая двигаться, занимает свое место в аппарате, после чего цикл повторяется. Продолжительность отдельных операций задается в зависимости от требований техники. Фильтры ФПАКМ в каждой камере под осадком имеют резиновую диафрагму. После окончания подачи фильтруемой суспензии над диафрагмой с помощью сжатого воздуха создается повышенное давление, и осадок под воздействием диафрагмы дополнительно отжимается.
5.1.2. Оборудование для сушки кормов
Влажность кормов после сушки не должна превышать 12%. Высушивание кукурузного корма осуществляют на барабанных или пневматических сушильных установках (типа ППМ или ПСГ).
Пневматическая сушильная установка ПСГ-50А (производительность по товарному корму 50 т/сут, по испаренной влаге 4200 кг/ч) (рисунок 5.3) предназначена для высушивания сырого кукурузного корма влажности 70% до 10 ÷ 12% с помощью топочных газов.
|
Рисунок 5.3. Схема пневматической сушилки для кормов |
Сушильная установка ПСГ-50А состоит из: питателя 1; ротора-разрыхлителя 2; трубы-сушилки 3; шести циклонов 4; двух бункеров 5 со шлюзовыми затворами; вентилятора-дымососа 6 и привода ротора. Принцип действия. Сухой кукурузный корм через питатель поступает в ротор-разрыхлитель, куда непрерывно подаются дымовые газы температурой 400 0С. Затем сухой корм отделяется от газа в циклонах, отработанный газ с помощью вентилятора-дымососа отводится в атмосферу, а сухой корм поступает в два |
бункера, каждый из которых расположен под тремя циклонами. Из одного бункера сухой корм направляют на просеивание, а из другого возвращают в смеситель сушилки на рециркуляцию. Температура отходящих газов – 150 ÷ 180 0С.
5.1.3. Оборудование для измельчения и просеивания корма
При сушке кукурузного корма на барабанных сушилках необходимо измельчение кормов недосушенного продукта, сходящего со второй сушилки, что осуществляется с помощью дробилок ударного действия.
Для отделения от корма недосушенных крупных комков (более 5 мм) применяются призматические или центробежные бураты (см. п. 4.3.1).
Молотковая дробилка (рисунок 5.4) состоит из: корпуса 1; вала 2 с диском 4; вращающихся молотков 5; загрузочной воронки; решетки 6; рифленых размолочных плит 4 и привода.
|
Рисунок 5.4. Молотковая дробилка |
Принцип действия. Корм через загрузочную воронку поступает в корпус дробилки и, проходя между вращающимися полотнами и рифленой поверхностью, измельчается. Измельчение корма происходит в результате удара молотков по частицам и удара частиц, приобретающих скорость под действием центробежной силы, о размолочные плиты. Частицы, имеющие размер менее 5 мм, проходят через отверстия решетки и направляются на просеивание. |
5.1.4. Оборудование для отделения металлических примесей и транспортирования сухих кормов
В кормовые продукты возможно попадание металлических примесей, которые могут повредить молотковые дробилки и ухудшить качество корма, поэтому перед измельчением и отправкой корма потребителю эти примеси из него удаляются с помощью электромагнитных сепараторов различной конструкции.
Электромагнитный сепаратор ДЛ1-С (производительность по корму 6 т/ч) (рисунок 5.5) состоит из: металлической станины 1; приемного бункера 2; ленточного транспортера 3; заслонки 4; двух бортиков 5 для предотвращения рассыпания корма; электромагнитного барабана, состоящего из сердечника 7 и катушек намагничивания 8; немагнитной обечайки 6; двух щеток 10; аспирационного отверстия 9; бункера для очищенного корма 11; бункера для металопримесей 12 и привода.
Рисунок 5.5. Магнитный сепаратор марки ДЛ1-С
Принцип действия. Примеси извлекаются из сырья во время прохождения транспортерной ленты по приводному барабану. На этом участке барабан попадает в зону действия электромагнитного поля и металломагнитные примеси притягиваются к ленте. Продукт, имея первоначальную скорость, равную скорости движения ленты, ссыпается с барабана по касательной, а примеси, удерживаемые поперечными планками, укрепленными на ленте, падают вниз.
В пределах крахмального завода транспортирование кормов производится ленточными или скребковыми транспортерами, шнеками и нориями.
Подача корма в помещения и склады за пределы завода осуществляется нагнетательным или всасывающим пневмотранспортом.
Всасывающий пневматический транспорт для сухих кормов (производительность до 10 т/ч) (рисунок 5.6) состоит из: воздухопровода 1; циклона 2; силоса 5; вентилятора 3 и пылевой камеры 4.
|
Рисунок 5.6. Всасывающий пневматический транспорт для сухих кормов |
Принцип действия. При применении всасывающего пневмотранспорта сухой корм непосредственно из бурата по приемной воронке засасывается в воздухопровод, затем воздушно-кормовая смесь попадает в циклон, установленный над складом, из циклона корм поступает в силос на хранение. Пыль и воздух вентилятором направляются в пылевую камеру для задержания пыли. |
5.2. Оборудование для получения нерафинированного кукурузного масла.
Получение нерафинированного кукурузного масла осуществляют по следующим технологическим операциям: сушка зародыша (барабанные или ленточные сушилки); очистка и измельчение зародыша (сотрясательные сита, призматические бураты, зерновые сепараторы, вальцовые станки); тепловая обработка масличной мятки и форпрессового жмыха (паровые жаровни); извлечение масла (форпрессы для предварительного отжима и экспеллера для окончательного прессования масла); отделение осыпи (вибрационные сита, призматические бураты) и взвешенных веществ (осадительные шнековые центрифуги; фильтрационная очистка масла (фильтр-прессы).
5.2.1. Оборудование для сушки зародыша
Зародыш, поступающий из производства сырого кукурузного крахмала, сначала отцеживают на дуговых ситах, после чего механически обезвоживают на шнек-прессах (влажность отпрессованного зародыша – 54 ÷ 55%), а затем направляют на сушку, которую осуществляют в газовых барабанных, паровых ленточных (СПК-45, СПК-90), паровых трубчатых вращающихся сушилках, работающих в непрерывном режиме.
Паровая трубчатая сушилка (производительность по перерабатываемому зерну 250 т/сут) (рисунок 5.7) предназначена для высушивания сырого зародыша перед измельчением до влажности 6%.
Рисунок 5.7. Паровая сушилка для сушки зародыша
Паровая сушилка состоит из: приемного бункера 1; корпуса сушилки; пучка паровых труб 2; вращающихся наклонных лопастей 3; привода шнека.
Принцип действия. Сырой зародыш поступает в загрузочный бункер, откуда его шнеком подают в сушилку, где непрерывно вращается пучок паровых труб, в которые подводят пар (давление на первой ступени – 0,3 ÷ 0,7 МПа). При высушивании зародыш перемещают вдоль оси сушилки с помощью наклонных лопастей, вращающихся вместе с паровыми трубами. Площадь поверхности нагрева - 350 м2.
5.2.2. Оборудование для очистки и измельчения зародыша
Перед прессованием от зародыша удаляют основную часть пелевы и оболочек, оставшихся после высушивания с помощью сотрясательных сит и призматических буратов и зерновых сепараторов.
Для измельчения зародыша и жмыха применяют вальцовые станки ЗМ, ЗС и ВМП или шестивальцовую солододробилку.
Двухпарный вальцовый станок марки ЗМ (производительность по сухому зародышу 35 т/сут) (рисунок 5.8) состоит из: корпуса; питательной трубы 4; пар вальцов 2; питающего механизма, состоящего из валков 3 и заслонок 5; двух бункеров 1 для сбора измельченного продукта.
|
Рисунок 5.8. Двухпарный вальцовый станок марки ЗМ |
Принцип действия. Очищенный зародыш поступает в питательную трубу и рифлеными питательными валиками равномерно подается по фартуку в промежуток между вальцами, вращающимися навстречу друг другу с частотой вращения n = 150 мин-1. Измельченный продукт собирается в бункерах, расположенных под вальцами. |
5.2.3. Оборудование для подготовки масличной мятки и форпрессового жмыха.
Тепловую обработку слегка увлажненной масличной мятки и измельченного форпрессового жмыха с целью улучшения условий для прессования продукта и выделения масла осуществляют в паровых жаровнях, устанавливаемых над шнековыми прессами.
Шестичанная паровая жаровня к прессам марки ЕТР20 (рисунок 5.9) состоит из: шести чанов 1; пропарочного шнека 2; вала 3 с ножами-мешалками 4; течки 5 и привода мешалки.
|
Рисунок 5.9. Шестичанная паровая жаровня к прессам марки ЕТР20 |
Принцип действия. Мятку и жмых вначале подают в пропарочный шнек, где происходит их увлажнение горячим конденсатом перед тепловой обработкой с целью размягчения стенок клеток зародыша и облегчения отжима масла. Затем увлажненный продукт поступает в жаровню, где осуществляют его нагрев с помощью пара, подаваемого в рубашки на днище и боковых стенках чанов, при одновременном перемешивании продукта мешалками (n = 26 мин-1). Расход пара под давлением 0,6 МПа - 180÷350 кг/ч. При тепловой обработке стремятся не допускать контакта продукта с воздухом для исключения окисления масла. |
Обработанную мятку (жмых) выводят из нижнего чана жаровни через течку. Выпаренную влагу удаляют из чанов с помощью аспирации. Увлажнение мятки производят до 7÷8%, температура ее составляет 60÷65 0С; влажность готовой к прессованию мятки 4÷4,5%, а ее температура 90÷110 0С.
5.2.4. Оборудование для извлечения масла
За рубежом широко применяется экстракционный метод извлечения кукурузного масла из зародыша, а также используется метод однократного прессования с последующим выделением остатков масла из жмыха экстракцией.
В отечественном производстве масло из кукурузного зародыша и жмыха выделяют в основном по схеме двукратного прессования: на первом прессовании (выделяется около 75% всего масла) используют прессы (форпрессы) марок ЕТР-20, ФП и МП-68, на втором – прессы (экспеллеры) марок ЕТР-20 и ЕР. Вышеуказанные маслоотжимные прессы непрерывного действия работают по одинаковому принципу и отличаются друг от друга производительностью, устройством привода, частотой вращения шнекового вала, конструкцией вала и зеерного цилиндра.
Пресс марки ЕТР-20 (производительность по зародышу до 21 т/сут) (рисунок 5.10) состоит из: шнека-подпрессовывателя 1; зеерного цилиндра, состоящего из двух половин 3 и 7, выполненных в виде вертикальных плит 2; шнека 8; механизма переключения 4 и конуса 5, регулирующих размер кольцевой щели для выхода жмыха; приемника масла 6.
Рисунок 5.10. Шнековый вал и зеерный цилиндр пресса марки ЕТР-20
Принцип действия. При прессовании мятку из нижнего чана жаровни шнеком-подпрессовывателем подают в зеерный цилиндр, где ее захватывают витки шнека (n = 8,3 мин-1) и перемещают вдоль цилиндра. Благодаря уменьшению по ходу движения продукта свободного пространства между шнеком и цилиндром и шага между витками шнека давление прессования продукта возрастает. Отпрессованное масло проходит через зазоры зеерного цилиндра и собирается в приемнике. Жмых выходит из цилиндра через кольцевую щель (толщина жмыха 6 мм), размер которой регулируют с помощью механизма переключения и конуса. Масличность жмыха - 7÷10% в зависимости от метода прессования.
Производительность экспеллера определяется аналогично производительности шнекового пресса для обезвоживания мезги
(см. формулу 5.1).
5.3. Методика расчета оборудования
Производительность шнекового пресса по исходному продукту:
, кг/ч (5.1)
где Д0 – диаметр зеерного цилиндра в месте подачи продукта, м;
S0 – шаг витка шнека в месте подачи продукта, м;
n – частота вращения шнека, мин-1;
φ – коэффициент использования объема зеерного цилиндра, учитывающий объем, занятый шнеком;
ρ – плотность продукта, кг/м3.
Производительность фильтр-пресса по влажному продукту:
, кг/ч (5.2)
где V – полезный объем рам пресса, м3;
ρ – плотность продукта, кг/м3;
τ – полный рабочий оборот пресса, мин.
Расчет сушильной установки для корма аналогичен расчету сушилок для крахмала (см. п. 4.2).
Объем ротора-разрыхлителя:
, м3 (5.3)
где dр – диаметр бичей ротора, м;
lр – длина ротора – разрыхлителя, м.
Производительность молотковой дробилки.
, кг/час (5.4)
где L – длина ротора,м;
Д – диаметр ротора,м;
ρ – плотность продукта, кг/м3;
n – частота вращения, мин-1;
k1 – эмпирический коэффициент, зависящий от размера частиц продукта;
φ – коэффициент заполнения.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
1. Какие шнек-прессы применяются для выделения кукурузного масла из зародыша?
2. Какое оборудование применяется для обезвоживания крупной кукурузной мезги?
3. Какое оборудование применяется для обезвоживания мелкой кукурузной мезги?
4. Какое оборудование применяется для обезвоживания глютена?
5. Какое оборудование применяется для сушки кукурузных кормов?
6. Какое оборудование применяется для очистки и измельчения кукурузного зародыша?
Тесты
1. Для механического обезвоживания мезги применяют:
1) центробежные сита; 2) вакуум-фильтры; 3) дисковые фильтры; 4) шнековые прессы.
2. Производительность шнекового пресса зависит от:
1) диаметра шнека; 2) диаметра зеерного цилиндра; 3) объема камеры прессования; 4) скорости движения продукта в камере прессования.
3. Давление в фильтр-прессе, МПа:
1) 0,5; 2) 0,6; 3) 0,7; 4) 0,8.
4. В пневматической сушильной установке кукурузный корм высушивается до, %:
1)8; 2) 10; 3) 12; 4) 14.
5. В молотковых дробилках осуществляется:
1) измельчение зародыша; 2) измельчение кукурузного зерна; 3) измельчение мезги; 4) измельчение недосушенного корма.
6. Влажность отпрессованного на шнек-прессах зародыша, %:
1) 50; 2) 53; 3) 55; 4) 60.
7. Второе прессование кукурузного масла осуществляют на:
1) экспеллерах; 2) форпрессах; 3) шнековых прессах; 4) вальцовых станках.
Глава 6. Оборудование для производства крахмальной патоки и кристаллической глюкозы
Патока и кристаллическая глюкоза представляют собой продукты гидролического расщепления картофельного или зернового крахмала, поэтому процесс гидролиза (осахаривания) занимает ведущее место в технологии данных производств.
Под гидролизом понимают реакцию взаимодействия вещества с водой, при которой молекулы вещества расщепляются с одновременным присоединением по месту разрыва связей молекулы воды.
6.1. Оборудование для производства патоки
Производство крахмальной патоки осуществляют по следующим важнейшим стадиям: подготовка крахмала к переработке (вакуум-фильтры, сита для отделения мезги, гидроциклоны, мерники крахмального молока); кислотный, ферментативный или кислотно-ферментативный гидролиз крахмала (заварные чаны, конверторы, осахариватели непрерывно-действующие); нейтрализация кислоты или инактивация ферментов (нейтрализаторы); механическая очистка полученных гидролизатов (жироотделители, сепараторы-жироотделители, вакуум-фильтры, фильтр-прессы, дисковые и патронные фильтры); осветление сиропов активным углем (ионитовый реактор); уваривание очищенных сиропов до необходимой плотности и охлаждение готового продукта (выпарные установки, вакуум-аппараты, холодильники для патоки); слив, хранение и транспортирование патоки (хранилища для патоки, цистерны для перевозки патоки).
6.1.1. Аппараты для гидролиза крахмала
Гидролиз крахмала в промышленных условиях производится в присутствии органических или неорганических кислот в аппаратах при атмосферном или некотором избыточном давлении и подогреве до температур, необходимых для ускорения гидролиза.
Аппараты для гидролиза подразделяются на аппараты периодического действия (конверторы) и непрерывного (непрерывно действующие осахариватели фирмы «Кройер», фирмы «Континенталь инжиниринг», марок НОК).
Конвертор периодического действия (производительность по патоке из крахмала: кукурузного – 60, 96 и 270 т/сут, картофельного – 71, 80 и 230 т/сут) (рисунок 6.1) состоит из: корпуса 1; ловушки предохранительного клапана 2; манометра 3; линий подачи крахмального молока 4 и подкисленной воды 5; штурвала подачи пара в барботер 6; барботера 10; пробного краника 7;продувочной паровой линии 8; линии подачи пара в барботер 9; спускной линии 11; выдувной линии 12 с штурвалом к вентилю 13; атмосферной линии 14.
Рисунок 6.1. Конвертор вместимостью 10 м3 из нержавеющей стали:
Принцип действия. Перед началом работы производится контрольный осмотр конвектора, после чего закрывают выдувной вентиль и открывают вентиль на трубе, соединяющий конвектор с ловушкой. Отмеренную порцию подкисленной промывной жидкости, к которой добавлено 2/3 общего количества НСl, спускают в конвектор и закрывают вентиль на трубе этого продукта. Промывную жидкость доводят до интенсивного кипения подачей пара через барботер, и избыточное давление повышают до 0,02÷0,03 МПа, одновременно открыв вентиль подачи пара в пространство под барботером. При кипении промывной жидкости медленно сливают оставшуюся часть подкисленной суспензии крахмала из мерника в конвектор.
Подачу пара в процессе разжижения крахмала регулируют таким образом, чтобы избыточное давление в конверторе поддерживалось на уровне 0,02÷0,03 МПа. По окончании разжижения крахмала трубу подачи суспензии промывают небольшим количеством воды и расположенный на ней вентиль закрывают, одновременно закрывают вентиль на трубе, соединяющей конвертор с ловушкой. Давление в конверторе повышают до 0,28÷0,32 МПа и через 1÷2 мин после достижения этого давления начинается отбор сиропа для определения йодной пробы, если проба соответствует эталону, содержимое выдувают в нейтрализатор. Гидролиз проводят при температуре 140÷143 0С.
Осахариватель непрерывного действия фирмы «Кройер» (производительность по патоке 100 т/сут) (рисунок 6.2) состоит из: сборника для подкисленного молока 1; предварительного подогревателя молока 2; сборника с водой 3; мембранного насоса 4; пяти теплообменников 5 зоны нагрева молока до температуры гидролиза; трубной зоны гидролиза 6; предварительного нейтрализатора 7; демпферной трубы 8; дроссель-клапана 9; испарителя 10; насоса 11; сборника окончательной нейтрализации 12; сборника готового сиропа 13; брызгоуловителя 14; термокомпрессора 15.
Рисунок 6.2. Схема осахаривателя фирмы «Кройер»:
Принцип действия. Крахмальное молоко и кислота смешиваются в сборнике. В предварительном теплообменнике молоко подогревается вторичным паром из испарителя до температуры немного ниже температуры начала клейстеризации. Затем подогретое молоко мембранным насосом последовательно прокачивается через пять поверхностных теплообменников и поступает в трубную зону осахаривателя. На выходе из зоны осахаривания сироп предварительно нейтрализуется в непрерывно действующем нейтрализаторе, причем сода непрерывно подается второй малой диафрагмой насоса. В испарителе поддерживается давление ниже атмосферного отбором вторичного пара на предварительный подогреватель и на инжектор (термокомпрессор), где вторичный пар смешивается со свежим. Из испарителя сироп откачивается насосом в сборник, куда добавляется раствор соды для окончательной нейтрализации. Готовый сироп спускается в сборник. Поверхность нагрева подогревателей – 38 м2; давление, развиваемое насосом – до 3 МПа, греющего пара после редуцирующего клапана – 0,5 МПа, сиропа перед испарителем – 1,6 МПа; температура крахмального молока перед подогревателями – 50 0С, продукта после подогревателя – 150 0С и перед испарителем – 146 0С.
6.1.2. Аппараты для нейтрализации.
По достижении необходимой степени гидролиза процесс должен быть прекращён, и вся свободная кислота удалена, для чего сироп спускают в нейтрализатор.
Нейтрализатор периодического действия (общая ёмкость 50 м3) (рисунок 6.3) предназначен для удаления из сиропа свободной кислоты двууглекислым натрием (содой).
Рисунок 6.3. Нейтрализатор периодического действия
Нейтрализатор состоит из: корпуса; трубы для удаления пара 1; трубы для подвода воздуха 2; брызгоуловителя 3; конуса 5; трубы для подачи соды 6; трубы для подачи сиропа 7; спускной трубы 8; барботёра 9; крана для отбора проб 10; мерника соды 11; расходного сборника соды 12.
Принцип действия: Сироп, подлежащий нейтрализации, попадает из конвертора в нейтрализатор по трубе, нижний конец который направлен на конус, предохраняющий днище нейтрализатора от удара струи сиропа, поступающего под высоким давлением. Для уменьшения потерь сиропа на трубе, для удаления пара нейтрализатора установлен брызгоуловитель. Раствор соды приготовляется в отдельном сборнике, из которого он подается в верхний расходный сборник, откуда самотёком подаётся в мерник соды. Из мерника раствор соды направляется в трубу с отверстиями для более равномерного распределения по массе сиропа. Перемешивание сиропа с раствором соды производится воздухом через барботёр (давление воздуха не ниже 0,05 МПа). Для нейтрализации используют раствор соды концентрации 16 – 18%. Готовый сироп удаляют из аппарата по спускной трубе. Температура сиропа, поступающего в нейтрализатор, снижается с 138 ÷ 140 до 100 ÷ 102°С, при этом происходит значительное самоиспарение Нейтрализация сиропов осуществляется при температуре 95 ÷ 96°С, до которой охлаждается сироп за счёт подачи раствора соды и продувание сиропа с парами и углекислотой в атмосферу. Нейтрализатор заполняют кислым сиропом только на 15%, а сечение вытяжной трубы определяют из расчёта скорости пара- 3м/с, расход воздуха на перемешивание-1м3/мин на 1м2 поверхности жидкости, показатель рН нейтрализованного сиропа- 4,6 ÷ 4,8.
6.1.3. Оборудование для механической очистки нейтрализованных сиропов.
При отстаивании нейтрализованного сиропа на поверхность выплывает смесь жира и белка, называемая жиробелковой взвесью. Перед фильтрацией из сиропа выделяется эта взвесь на специальных аппаратах, простейшим из которых является жироотделитель (скиммер).
Жироотделитель-скиммер открытого типа (общая ёмкость 2,88;8,14 и 13,6 м3) (рисунок 6.4) состоит из: стального прямоугольного резервуара 4; приёмной секции 1; перегородок 2; трубы 5 для отвода сиропа в трубе 3; патрубков для спуска сиропа 6; желобов 7 и 8; патрубка 9 для спуска осадка.
Рисунок 6.4. Жироотделитель-скиммер открытого типа
Принцип действия. Сироп поочерёдно заполняет все отделения скиммера до уровня второй и четвёртой перегородок, дальнейшее наполнение всех отделений происходит одновременно и непрерывно. В трубе 3 сироп будет находиться на том же уровне, что и в скиммере. Когда уровень сиропа достигнет верхней кромки сливной трубы, он будет переливаться, благодаря чему уровень его в скиммере остаётся постоянным. Таким образом, прежде чем попасть в сливную трубу, сироп последовательно проходит через все отделения скиммера, в результате чего, а также в связи с меньшей плотностью жиробелковых частиц они всплывают, а очищенный сироп покидает аппарат через трубу в нижней части последнего отделения. Жирная грязь собирается в желобах, расположенных по всей длине скиммера. Когда толщина слоя жиробелковой взвеси достигает 150 мм, её периодически вручную счищают. Перед тем как удалить жиробелковый слой, закрывают спускной вентиль сиропа, уровень которого при этом повышается, поднимая и жиробелковую смесь. Скорость движения сиропа в скиммере должна быть небольшой, объём аппарата - 30% объёма нейтрализатора. Эффект очистки сиропа составляет: от жира- 30 ÷ 40%; белка 40 ÷ 60%. В выделенном осадке содержится 45 ÷ 50% влаги, 41 ÷ 43% углеводов и около 13,5% протеина, жира, золы.
Для фильтрования паточных сиропов применяются дисковые (ФД-180, ФД-100 и ФД-150) и паточные (ФАП, ПФД) фильтры, вакуум-фильтры и фильтр-пресса.
Дисковый фильтр ФД-100 (площадь поверхности фильтрации 100м2) (рисунок 6.5) состоит из: рамы 14; корпуса 5; патрубка связи с атмосферой 1; вала 2 с дисками 13; коллектора 3; трубопровода для подвода сжатого воздуха 4; пробок 7; шнека 11 для вывода осадка; желоба для осадка 12; приёмника сиропа 16;привода вала (электродвигатель, червячная передача 8 и редуктор 9) и привода шнека 10.
Рисунок 6.5. Дисковый фильтр ФД-100
Принцип действия. Сироп поступает через вентиль внутрь корпуса с помощью насоса (давление до 0,4 мПа) при частоте вращения дискового вала 0,5 мин-1. В начале процесса нанесения слоя осадка фильтрующего материала на элементах дисков, остаток суспензии спускается в сборник и начинается подача сиропа. Сироп фильтруется через слой порошка внутрь секторов, через штуцер поступает в отводные трубки и чистый продукт стекает в приёмник. После завершения цикла работы подачу сиропа прекращают, его остаток спускают в сборник с помощью сжатого воздуха, увеличивают частоту вращения вала с дисками до 1,5 мин-1, включают привод шнека для удаления осадка и подают воду или сироп на сопловое устройство для гидравлического удаления осадка. Затем цикл повторяется.
Патронный фильтр с принудительным выводом осадка Р3-ПФД-8 (площадь поверхности фильтрации 8м2) (рисунок 6.6) состоит из: горизонтального цилиндра 2 ; двух вертикальных цилиндров 1; двух крышек 19 с противовесами 16; двадцати патронов 8; трубы-гребёнки 11; отборных патрубков 12; входящих в коллектор 13 для фильтрованного сиропа; лопастной мешалки 3; выгрузочного патрубка для осадка 15 с задвижкой; рамы 6; предохранительного клапана на патрубке 17; манометра; патрубка для подачи сиропа 7; патрубка отвода сиропа 14; привода мешалки (электродвигатель 4, редуктор 5)
Рисунок 6.6. Патронный фильтр Р3-ПФД-8
Принцип действия. Сироп с активным углём подается насосом через патрубок в корпус фильтра под давлением 0,45 МПа. Фильтрат, пока не пойдёт чистый, возвращается в исходный сборник, для чего предусматривают специальный трубопровод. После того, как фильтр заработается, что определяют по манометру, сироп сбрасывается через патрубок в исходный сборник. Противотоком в патроны подаётся сжатый воздух или фильтрованный сироп, при этом осадок сползает в лопастную мешалку. Через несколько таких циклов включается мешалка (частота вращения 72 мин-1), осадок разбалтывается и выгружается из корпуса.
6.1.4. Оборудование для обесцвечивания паточных глюкозных сиропов.
Паточные сиропы после механического фильтрования представляют собой прозрачные жидкости, окрашенные в жёлтый цвет. Окончательная очистка сиропов предусматривает удаление красящих веществ, зольных элементов, белковых веществ, понижение кислотности и снятие запаха. Данную очистку осуществляют активным углём (установка с двумя адсорберами) или ионообменными смолами (ионитовый реактор).
Ионитовый реактор (рисунок 6.7) состоит из: цилиндрического корпуса 1; сферических крышки и днища; металлической плиты 2; слоя кварцевого песка 3; ионообменной смолы 4; воронки для отбора проб 5; лап для крепления реактора 6 и 11; распределительного коллектора 7; распределительного устройства 8; смотровых стёкол 9 и 10; приёмника сиропа 12; выходного штуцера 13.
|
Рисунок 6.7. Ионитовый реактор |
Принцип действия. Сироп в реактор поступает самотёком из сборника. Через распределительное устройство продукт попадает на ионит, проходит через него с удельной массовой нагрузкой 1÷2 л/л угля, а затем сквозь два слоя кварцевого песка. Очищенный сироп собирается в приёмнике и выходит из реактора через штуцер. Пробы отбирают через воронку. Паточные сиропы обычно очищают по схеме катионит-анионит-катионий-анионит. По окончании работы сироп спускают до уровня смолы и направляют в сборник обесцвеченного сиропа. Реактор работает до тех пор, пока эффект обесцвечивания не достигнет величины 50%, после чего смола подвергается регенерации. Промывают смолу конденсатом до содержания сухих веществ в промывных водах 0,2÷0,3%. Промывные воды направляют в специальный сборник. Для восполнения сорбента ввиду разрушения части гранул, которые вымываются при рыхлении, в реактор периодически добавляют свежую смолу. |
6.1.5. Оборудование для выпаривания, уваривания и охлаждения сиропов.
В крахмало-паточном производстве объектами выпаривания являются: паточные и глюкозные сиропы; замочная вода; мальтозные сиропы; сироп концентрата квасного сусла; растворы, образовавшиеся в результате осахаривания и коагуляции отходов картофелекрахмального производства (мезги, клеточного сока). С целью получения продуктов более высокого качества применяется выпаривание под разряжением с температурой кипения всего около 60оС. Выпаривание (удаление лишней влаги из продукта) производят на одном выпарном или нескольких аппаратах, соединённых в так называемую многокорпусную выпарную установку (число корпусов 2 до 5).
Аппараты для выпаривания сиропов классифицируются следующим образом:
1) аппараты с естественно организованной циркуляцией (с внутренней вертикальной поверхностью нагрева типа ВВ, аппарат Гипросахпрома, с основной поверхностью нагрева и зоной кипения);
2) аппараты с принудительной циркуляцией (с горизонтальной поверхностью нагрева; с вертикальной поверхностью нагрева);
3) прямоточные (плёночные) аппараты (с нисходящим потоком продукта типа «Виганд»; с восходящим потоком типа «Свенсон» ).
Для сгущения сиропов с концентрации 35÷40% СВ до 55÷57% СВ применяют многокорпусные выпарные установки, укомплектованные одинаковыми аппаратами типа ВВ или аппаратами с выносной поверхностью нагрева.
Рисунок 6.8. Схема трёхкорпусной выпарной установки
Схема работы трёхкорпусной выпарной установки (рисунок 6.8) следующая:
Жидкий сироп из производственной цепи непрерывно поступает в I корпус выпарной установки, а густой сироп отводится из III корпуса установки. Перед I корпусом сироп подогревается в теплообменниках 1 и 2 сначала до температуры 86оС, а затем – 97оС. Обогрев теплообменника 1 производят частью вторичного пара с I корпуса выпарной установки, теплообменника 2- ретурным паром температурой 114,6оС. Нагретый сироп поступает в I корпус выпарной установки, обогреваемый этим же паром. В I корпусе поддерживается давление 93 кПа, что обеспечивает температуру кипения 100оС и вторичного пара 97,7оС, который используется для обогрева II корпуса установки. Во II корпусе давление составляет 49 кПа, температура кипения сиропа 86оС, температура вторичного пара 80,9оС, который направляется в греющую камеру III корпуса. Температура кипения и вторичного пара в III корпусе соответственно равны 67,7 и 59,7оС, остаточное давление 19,6 кПа. Вторичный пар из III корпуса поступает в конденсатор 4, в котором смешивается с холодной водой. Затем по барометрической трубе нагретая вода, температурой 40оС поступает в сборник 9. Отделение мелких капель воды осуществляется в ловушке 2, газовоздушную смесь из которой откачивают ваккум-насосом, обеспечивающим поддержание во всей выпарной установке заданного разрешения. На трубопроводе вторичного пара после каждого аппарата устанавливают ловушки 3 для отделения от пара мелких частиц сиропа, которые возвращаются в аппарат. Барометрическую воду насосом подают в подогреватели 6 и 7, работающие на втором паре первого и второго корпусов установки. Подогретая вода используется на производственные нужды, чистый конденсат из теплообменника 2 и I корпуса собирают в сборнике 12 и используют для питания котлов, конденсаты вторичного пара со II и III корпусов собирают в сборники 8,11 и используют в производстве. Густой сироп из III корпуса выпарной установки концентрацией 55÷57% СВ откачивают центробежным насосом 10 в подогреватель 6, из которого направляют в контактные сборники густого сиропа. Для предотвращения потерь продукта с вторичным паром, кроме встроенных брызгоотделителей, каждый корпус выпарной установки комплектуют наружной ловушкой.
Выпарной аппарат типа ВВ (поверхность нагрева 25,50, 100 и 150м2) (рисунок 6.9) предназначен для работы под атмосферным давлением или разрежением.
|
Рисунок 6.9. Выпарный аппарат типа ВВ |
Аппарат типа ВВ состоит из: вертикального цилиндрического корпуса; греющей камеры 10 с двумя трубными решётками 6, в которые завальцованы стальные кипятильные трубки 9; циркуляционной трубы 8; брызгоотделителя 4; надсокового пространства 5; патрубков для отвода жидкого сиропа 2 и греющего пара 1; патрубков для отвода неконденсирующихся газов 7; конденсата 11; густого сиропа 12 и сокового пара 3. Принцип действия. Сироп поступает в аппарат через патрубок, покрывает трубную решётку и циркулирует в кипятильных трубках. Греющий пар поступает в греющую камеру в межтрубное пространство. При нормальных температурах поступающего сиропа и обогревающего пара продукт в трубах закипает немедленно. При этом смесь пара и сиропа поднимается, и над трубной решёткой пузырьки пара лопаются. Вторичный или соковый, пар удаляется из аппарата через верхний патрубок, а освобождённый от пара сироп спускается по центральной циркуляционной трубе и снова попадает внизу в кипятильные трубки. |
Упаривание сиропа происходит при многократной циркуляции его благодаря разнице в плотностях сиропа в циркуляционной трубе и смеси пара и сиропа в кипятильных трубках. Сироп и конденсат выводятся из нижней части аппарата через соответствующие патрубки.
Вакуум-аппараты.
Уваренный в выпарке до концентрации 57%СВ паточный сироп после подогрева на решофере и фильтрации поступает в вакуум-аппарат, где он уваривается до концентрации 78÷80% СВ. Для уваривания применяются однокорпусные аппараты типа ВВ; вакуум-аппарат Гипросахпрома с подвесной греющей камерой; вакуум-аппарат типа ПТ-122; непрерывно-действующие вакуум-аппараты с тремя зонами подогрева и общим испарителем фирмы «Герман» (ФРГ) и голландский горизонтальный аппарат.
Принцип действия вакуум-аппарата ВВ. Уваривание густых сиропов до концентрации 78÷80% СВ на большинстве отечественных паточных заводах производят в вакуум-аппаратах типа ВВ, под вакуумом при остаточном давлении более 21 МПа, обеспечивающим низкую температуру кипения (не выше 60оС). Для этого используют пар, имеющий избыточное давление 0,7÷0,8 мПа. В процессе уваривания сироп должен покрывать поверхность нагрева, иначе часть сиропа, попадающая на обнажённую поверхность, может перегреться, что приведёт к потемнению патоки. В процессе варки периодически проверяют концентрацию патоки, при концентрации СВ 75-76% для более точного определения пользуются температурными поправками. По достижении концентрации, на 0,5% ниже требуемой, прекращают подачу пара на поверхность нагрева, закрывают задвижку на трубе, соединяющей аппарат с конденсатором, и открывают воздушный кран. Когда давление в аппарате становится почти равным атмосферному, открывают спускную задвижку аппарата и патоку выпускают. Продолжительность уваривания сиропа до получения патоки – 45÷60 мин. Спуск готовой патоки- не более 10 мин.
Холодильники для патоки.
Готовая патока из вакуум-аппарата, имеющая температуру 60÷70оС, самотёком или насосом передаётся в холодильник для патоки.
Холодильник для патоки (рисунок 6.10) предназначен для быстрого охлаждения патоки (уваренного глюкозного сиропа) до температуры 40÷45оС (50оС) в течение 40÷80 мин.
Рисунок 6.10. Холодильник патоки
Холодильник состоит из: цилиндрического резервуара 4; конического днища 6; верхней крышки 3; воронок 2 для подвода холодной воды; воронки 1 для отвода отработанной воды; змеевиков 5; трубы 7 для охлаждения холодной патоки; пропеллерной мешалки 8; термометра 9; циркуляционной трубы 10; привода мешалки.
Принцип действия: горячая патока поступает в холодильник по трубе, на конце которой закрепляют мешок из капроновой сетки для улавливания посторонних примесей. Цикл работы холодильника включает три рабочие операции-заполнение аппарата горячей патокой, охлаждение её и выпуск из холодильника, причём цикл работы не должен превышать продолжительности полного оборота вакуум-аппарата. После того как уровень патоки достигнет верхнего борта циркуляционной трубы, включают в работу мешалку (150÷180 мин-1) и пускают в змеевики холодную воду. Лопасти мешалки направляют патоку вверх по циркуляционной трубе, она переливается через борт трубы и опускается, проходя между трубами змеевиков. Патока циркулирует до тех пор, пока температура её не снизится до 40÷45оС. По окончании охлаждения из холодильника по спускной трубе патока поступает в железнодорожные цистерны или баки-хранилища.
Конденсаторы.
Вакуум в выпарных установках создаётся путем конденсации паров в поверхностных конденсаторах или в конденсаторах смешения (барометрических).
Барометрический конденсатор смешения (рисунок 6.11) состоит из: цилиндрического корпуса 1; полок 2; бачка 5; штуцеров для подвода пара 3 и отвода конденсата 4; ловушки 6.
Рисунок 6.11. Барометрический конденсатор
Принцип действия конденсатора заключается в непосредственном контакте пара с водой, охлаждении и его конденсации.
6.2. Оборудование для производства кристаллической глюкозы.
Кристаллическую гидратную глюкозу получают глубоким гидролизом крахмала кислотой или ферментным препаратом с последующим сгущением сиропа, кристаллизацией, центрифугированием утфеля и сушкой. Для производства кристаллической глюкозы применяется то же самое оборудование, что и для производства патоки из кукурузного крахмала по солянокислому методу: осахариватель, нейтрализатор, фильтр-прессы, выпарная установка, вакуум-аппарат и холодильник, но добавляется оборудование для кристаллизации сиропа, выделения и отбелки кристаллов, сушки и рассева глюкозы.
6.2.1. . Оборудование для кристаллизации
Для кристаллизации глюкозы применяются горизонтальные цилиндрические кристаллизаторы с поверхностями охлаждения, образованными водяными рубашками и полыми дисками, надетыми на вал.
Кристаллизатор с дисками (вместимость 39 м3) (рисунок 6.12) предназначен для завершения процесса образования кристаллов глюкозы в утфеле.
Рисунок 6.12. Кристаллизатор вместимостью 39 м3:
Кристаллизатор состоит из: горизонтального корпуса 1; вала 3; полых дисков 2; шибера 4; привода вала 5.
Принцип действия. Утфель загружается в корпус кристаллизатора с температурой 48÷50оС, где от предыдущего цикла оставлено 30% утфеля для затравки, после чего осуществляется его перемешивание и перемещение специальными дисками (частота вращения 0,655; 0,872; 131 мин-1), имеющими вырезы в виде секторов. Эти вырезы у соседних дисков расположены под углом 180о, чем обеспечивается постепенное продвижение утфеля к месту выгрузки. Рубашка кристаллизатора разделена на несколько секций внутренними стенками. В каждую секцию рубашки и полые диски охлаждающую воду подают и отводят по отдельной линии, с целью равномерного охлаждения. При кристаллизации I продукта перемешивание сиропа с затравочными кристаллами осуществляется в течение 12÷16 ч., для II продукта- 24ч, при этом температура поддерживается на уровне 43оС. Затем начинается медленное охлаждение строго по соответствующему температурному графику, с целью поддержания постоянного коэффициента перенасыщения: для I продукта – 1,15÷1,20, для II продукта – 1,25÷1,40. Температуру утфеля в кристаллизаторе регулируют подачей воды на охлаждение из двух сборников: в одном температура воды 30оС, а в другом около 20оС. Для подогрева воды в каждом сборнике установлен паровой барботёр. Залитые утфелем кристаллизаторы охлаждают водой температурой 20оС. Полный оборот кристаллизатора I продукта- 6 суток; II продукта- 11,5 суток. Выгрузку утфеля осуществляют через люк с шиберной заслонкой.
6.2.2. Оборудование для разделения утфелей.
Для разделения утфелей первого и последующих продуктов при производстве кристаллической глюкозы применяются центрифуги периодического действия: подвесные типа ПН, ФПН и осушающие типа ФГН.
Центрифуга ФПН- 1251 Л (максимальная загрузка 750 кг.) (рисунок 6.13) состоит из: пятискоростного электродвигателя 1 (n=1500,1000,750,230 и 115 мин-1); рамы 9; подвески 2; ротора 7; кожуха 8; регулятора загрузки 5; устройства для пробелки и пропарки; устройства для выгрузки осадка из ротора; запорного устройства 10; сегрегатора 11; вала ротора 6.
Рисунок 6.13. Центрифуга ФПН-1251Л-03
Принцип действия. Нажимается кнопка «Пуск», центрифуга начинает работать по следующей программе: включается электродвигатель и ротор разгоняется до 230 мин-1; по достижении данной частоты вращения открывается шибер, и ротор заполняется утфелем; по достижении заданной толщины слоя глюкозы, что устанавливается специальным датчиком, шибер закрывается и начинается разгон ротора до 1000, а затем и до 1500 мин-1. По истечении определённого времени работы на полных оборотах включается подача воды на промывание глюкозы и начинается электрическое торможение центрифуги, причём электроэнергия возвращается в сеть (рекуперативное торможение). После остановки ротора начинается разгон в обратную сторону до 115 мин-1, а затем включается механизм срезания осадка, открывается запорный конус, глюкоза выгружается, и цикл центрифугирования повторяется. При центрифугировании отходят 2 оттёка: зелёная и белая патоки. Длительность полного цикла работы центрифуги- 40÷48 мин, влажность центрифугированной глюкозы 14÷15%.
6.2.3. Оборудование для сушки глюкозы.
Для сушки гидратной глюкозы в основном применяют одно или двух барабанные сушилки, а так же пневматические сушильные установки.
Однобарабанная сушилка (производительность 10 т/сутки) (рисунок 6.14) предназначена для высушивания кристаллической глюкозы до влажности 9%.
Рисунок 6.14. Барабанная сушилка для глюкозы.
Однобарабанная сушилка состоит из: вращающегося барабана 1; опорных роликов 2; загрузочной камеры 3; разгрузочной камеры 4; течки 5; привода 6; фильтра 7; калорифера 8.
Принцип действия. Влажные кристаллы глюкозы поступают во вращающийся барабан (n= 3,2÷6 мин-1) через течку и по мере перемещения вдоль него высушиваются, после чего попадают в разгрузочную камеру температурой не выше 40оС, из которой, пройдя магнитный сепаратор для улавливания случайно попавших кусочков металла, глюкоза шнеком и норией направляется на просеивание для отделения крупки. Воздух протягивается вентилятором через матерчатый фильтр и паровой калорифер, где он нагревается до 50÷55оС, а затем проходит через барабан с глюкозой, после чего выбрасывается через мокрый пылеуловитель (скруббер) в атмосферу. Процесс сушки осуществляется в параллельном потоке воздуха, так как в этих условиях обеспечиваются лучшие теплотехнические показатели и сухая глюкоза получается при более низкой температуре, чем при противотоке.
Расчёт однобарабанной сушилки производится по методике, рассмотренной в п. 4.2 данного пособия.
6.3. Методика расчета оборудования
Производительность конвертора:
, т/сут (6.1)
где V – полная вместимость конвертора, м3;
φ – коэффициент заполнения конвертора;
a – содержание абсолютно сухого крахмала в крахмальном молоке, поступающем на гидролиз, %;
k – выход товарного продукта (патоки или глюкозы) из абсолютно сухого крахмала, поступающего в производство, %;
n – число циклов работы конвектора в сутки.
Тепловой расчет конвектора:
Составляется уравнение теплового баланса на 1 т готового продукта:
(6.2)
где q0, q1 – количество теплоты в продукте соответственно до и после заварки, кДж/кг;
qк1 – расход теплоты на клейстеризацию после заварки, кДж/кг;
qг1 – расход теплоты на гидролиз, кДж/кг;
d1 – расход греющего пара, кг/т;
i1˝ - энтальпия греющего пара, кДж/кг.
Проведя преобразования уравнения 6.2, получим выражение с учетом потерь теплоты для определения расхода греющего пара:
, кг/т (6.3)
где g0 – количество продукта до заварки, кг;
с0, с1 – удельная теплоемкость продукта до и после заварки, кДж/(кг ∙ К);
t0, t1 – температура продукта до и после заварки, 0С;
А – расход абсолютно сухого крахмала, кг/т;
К1 – степень клейстеризации после заварки, %;
Г1 – степень гидролиза после заварки, %;
η – к.п.д. конвертора.
Тепловой расчет осахаривателей непрерывного действия:
Составляется уравнение теплового баланса на 1 т готового продукта без учета потерь теплоты:
(6.4)
где d1 – расход греющего пара на предварительный подогрев продукта, кг/т;
d2 – расход пара на подогрев продукта до температуры гидролиза, кг/т;
dвт – расход вторичного пара, кг/т;
i1˝ - энтальпия греющего пара на предварительный подогрев продукта, кДж/кг;
i2˝ - энтальпия греющего пара на подогрев до температуры гидролиза, кДж/кг;
iвт˝ - энтальпия вторичного пара, кДж/кг;
tк1 – температура конденсата греющего пара на предварительный подогрев продукта, 0С;
tк2 – температура конденсата греющего пара на подогрев продукта до температуры гидролиза, 0С;
qкл – количество теплоты на клейстеризацию, кДж/кг;
q2 – расход теплоты на гидролиз, кДж/кг;
q5 – расход теплоты с готовым продуктом, кДж/кг.
Проведя преобразования уравнения 6.4, получим выражение для определения расхода пара на окончательный подогрев продукта с учетом потерь:
, кг/т (6.5)
где t1, t2 – температура продукта после предварительного и окончательного подогрева, 0С;
К1, К2 – степень клейстеризации после предварительного и окончательного подогрева, %;
Г1, Г2 – степень гидролиза после предварительного и окончательного подогрева, %;
η – к.п.д. осахаривателя;
с2 – удельная теплоемкость продукта после окончательного подогрева, кДж/(кг ∙ К).
Производительность дисковых и патронных фильтров:
, м3/4 (6.6)
где ΔР- перепад давления, Па;
F- площадь поверхности фильтрации, м2;
τ- время фильтрации, с; R-сопротивление фильтрованию, Па∙с/м;
с - скорость фильтрации, м3/ (м2∙с).
Расчёт выпарного аппарата. Составляется уравнение материального баланса, из которого определяется количество воды в единицу времени:
, кг/т (6.7)
где Go- масса выпариваемого продукта (сиропа), кг/с;
ao и a1- начальная и конечная концентрации продукта, %.
Площадь поверхности нагрева аппарата:
, м2 (6.8)
где Q - расход тепла на выпаривание, кДж/с;
Δt - средняя полезная разность температур теплоносителя, оС;
k - коэффициент теплопередачи, Bm/ (с2∙К).
Расход греющего пара:
, кг/т (6.9)
где P- производительность установки по готовому продукту, кг/ч.
i- энтальпия греющего пара, кДж/кг;
tк - температура конденсата, оС.
Расчёт трёхкорпусной выпарной установки. Расчёт установки производится в следующем порядке:
1. Составляется расчётная схема установки, с нанесением известных и расчётных параметров.
2. Осуществляется продуктовый расчёт выпарной установки, определяется количество влаги (W), выпариваемой в единицу времени.
3. Выпариваемая влага распределяется по корпусам. Если выпарка предназначена для работы без отбора экстрапаров, выпариваемая влага распределяется по корпусам следующим образом:
W1 : W2 : W3 = 1:1,1:1,23 (6.10)
4. После определения Wi рассчитываются изменения концентрации раствора по корпусам (аi) и теплоёмкости (Сi).
5. Распределяется перепад давления между греющим паром и давлением в последнем корпусе (для паточных и глюкозных сиропов желательна температура кипения не выше 100оС).
6. Составляется таблица температурного режима выпаривания, куда вносятся значения давления по корпусам, температуры пара и продукта, депрессии, полезные разности температур и т.п.
7. Составляются тепловые балансы по каждому корпусу и определяется количество теплоты, необходимое для подвода к каждому корпусу:
Qi= Wi ∙ ri ∙ Gi-1 ∙ Ci-1 ∙ (νi-1 – νi), кДж (6.11)
где ri- скрытая теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;
Gi-1- количество исходного сиропа по корпусам, кДж/ (кг∙К);
νi-1 , νi – температура кипения предыдущего и последующего корпусов, оС;
Сi-1 – теплоёмкость по корпусам, кДж/(кг∙К).
8. Производится распределение полезной разности температур, исходя из минимальной или одинаковой поверхности нагрева аппаратов.
9. Определяются площади поверхности нагрева корпусов:
10. Определяются расходы пара по корпусам (см. формулу 6.9), если нужно, вводятся коэффициенты, учитывающие тепловые потери.
11. Определяются направления расходования экстрапара.
12. Подсчитывается расход пара из котельной на решоферы, общий расход пара.
Расчёт барометрического конденсатора:
Диаметр конденсатора:
dk = 0,0188, м (6.12)
где W- расход пара (количество выпариваемой влаги), кг/ч;
ρ - плотность пара, кг/м3;
v - скорость пара для сечения, не занятого полками (v = 10 м/с).
Расход холодной воды:
, кг/ч (6.13)
где i׀׀- энтальпия пара, кДж/кг;
tв׀ - начальная температура воды, оС;
tв׀׀ – конечная температура воды, оС
4,19- удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг · к).
, кг/ч (6.14)
Производительность кристаллизатора:
, т утфеля/ сут. (6.15)
где М – количество утфеля в кристаллизаторе, кг.
τ – время полного оборота кристаллизатора, сутки
Количество тепла, подлежащее отводу:
Q = M [(c1·t1 – c2·t2) + 100 ·ψ ·P], кДж (6.16)
где c1, c2 – удельные теплоёмкости в начале и конце процесса, кДж/(кг·к);
t1, t2 – начальная и конечная температуры утфеля, оС;
ψ- отношение массы свежего утфеля к общей массе утфеля в кристаллизаторе (ψ= 0,7);
P-выход кристаллов глюкозы из утфеля, %.
Необходимая активная поверхность охлаждения:
, м2 (6.17)
где Qi – количество тепла, подлежащее отводу, кДж;
∆ti - разность температур теплоносителей, оС;
Ri - коэффициент теплопередачи через стенки между утфелем и охлаждающей водой, Вт/(м2 · к).
Расход охлаждающей воды:
, м3/ч (6.18)
где t1΄, t2΄ - начальная и конечная температуры охлаждающей воды, оС;
τ- продолжительность кристаллизации, ч.
Производительность центрифуги периодического действия по фугованному продукту:
, т/ сутки (6.19)
где М- масса загружаемого в ротор утфеля, кг;
Р- выход товарной глюкозы по утфелю, %;
Z- число циклов работы центрифуги в сутки, шт.
Общая потребная мощность на привод центрифуги периодического действия определяется по формуле 4.3.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
Тесты
1) выпарных аппаратах; 2) вакуум-аппаратах; 3) нейтрализаторах; 4) конверторах.
1) выходу товарного продукта; 2) температурному режиму; 3) плотности продукта; 4) полной вместимости.
Ответы на тесты по темам
Глава 1: 1.3; 2.2; 3.1; 4.2 и 4.4; 5.4; 6.3.
Глава 2: 1.4; 2.2; 3.3 и 3.4; 4.2; 5.2; 6.4; 7.3; 8.3; 9.1 и 9.3; 10.2 и 10.3.
Глава 3: 1.2 и 1.4; 2.3; 3.1; 4.4; 5.2; 6.1; 7.2 и 7.3; 8.1 и 8.4; 9.4; 10.1; 10.2 и 10.4.
Глава 4: 1.2; 2.3; 3.1; 4.3; 5.3 и 5.4; 6.1; 7.2.
Глава 5: 1.1; 1.2 и 1.4; 2.2 и 2.3; 3.3; 4.2 и 4.3; 5.4; 6.3; 7.1.
Глава 6: 1.4; 2.1 и 2.4; 3.3; 4.1 и 4.2; 5.2; 6.3; 7.4; 8.2 и 8.3; 9.1; 10.3; 11.4.
Список рекомендуемой литературы
Основная
Дополнительная
Технологий и Управления (МГУТУ)
___________________________________________________________________________________________
производит прием студентов на факультет
кафедра «Пищевые машины»
Условия приема документов:
Поступающие в Университет лично предоставляют в приемную комиссию:
(заполняется абитуриентов в приемной комиссии)
Формы обучения: очная и заочная
Сроки обучения:
бакалавр по направлению «Технологические машины и оборудование»
специалист
ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ЭКЗАМЕНЫ
проводятся в июле.
МАТЕМАТИКА – письменно,
РУССКИЙ ЯЗЫК – изложение,
ФИЗИКА – письменно,
Заявления принимаются с 15 февраля по 25 июля.
АДРЕС УНИВЕРСИТЕТА
Москва, ул. Земляной вал, д. 73. (м. «Таганская» - кольцевая)
с условиями приема можно ознакомиться по телефонам:
ПРИЕМНОЙ КОМИССИИ - (495) 915 - 52 - 10
КАФЕДРА ПИЩЕВЫЕ МАШИНЫ - (495) 915 - 37 – 84
Адрес в Интернете:
МГУТУ: www.mgutm.ru
Кафедры «Пищевые машины»: E-mail: Pischevie- mashini @yandex.ru
Андреев Владимир Николаевич
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ОТРАСЛИ
(КРАХМАЛО-ПАТОЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ)
Учебно-практическое пособие
Подписано к печати: 28.02.2009 г.
Тираж: 50 экз.
Заказ № 6188
Изд. № 387