Экструзия семян сои на двухчервячном экструдере Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований опре-;лен комплексный критерий оптимизации, обеспе-явающий непрерывный контроль за минимумом гергозатрат при регулировании высоты слоя родукта.

2. Разработана схема автоматического управле-ия процессом сушки в многосекционных сушилах, апробирование которой в производственных словиях позволило добиться снижения энергоза-рат на 10—12%.

ЛИТЕРАТУРА

. Остриков А. Н., Кравченко В. М., Шевцов А. А., Выходцев В. В. Двухблочная су-

шилка для производства круп, не требующих варки// Технология и оборудование пищевой промышленности и пищевое машиностроение: Сб. науч. тр./ Краснодар, 1986.

2. Кравченко В. М., Остриков А. Н., Ф и р -гер П. Д., Выходцев В. В. Выбор критерия оптимизации сушки круп и овощей перегретым паром // Пищ. и перераб. пром-сть.— 1986.— № 4.— С. 32—33.

3. А. с. № 1437658 СССР. Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов / Остриков А. Н., Шевцов А. А., Добросоцкая Ю. А.— Опубл. Б. И,— 1988,— № 42.

Кафедра машин и аппаратов

пищевых производств Поступила 25.02.88

665.3.002.5

ЭКСТРУЗИЯ СЕМЯН СОИ НА ДВУХЧЕРВЯЧНОМ ЭКСТРУДЕРЕ

В. Н. ГЕРАЩЕНКО, Ю. П. КУДРИН, Ю. А. ТОЛЧИНСКИЙ, В. В. КЛЮЧКИН,

А. С. САВУС, Б. А. ХАРИТОНОВ

Харьковский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции политехнический институт им. В. И. Ленина Всесоюзный научно-исследовательский институт жиров Пологовский маслоэкстракционный завод Подотдел масложировой промышленности и моющих средств Госагропрома СССР

Экструзионная обработка маслосодержащих ма-фиалов перед экстракцией — наиболее перспек-1вный подготовительный процесс в жиродобыва-ии. Она позволяет, в принципе, совместить провесы влаготепловой обработки, измельчения, сме-[ения, фильтрации и гранулирования в одном ппарате. Для экструзионной подготовки материа-а необходимы специальные высокопроизводитель-ые экструдеры, которые в СССР отсутствуют [1]. Задача разработки таких устройств сводится построению методов их расчета на основе фи-1ческого и математического моделирования. Нами азработана математическая модель. Для опреде-гния ряда констант, входящих в модель, проверки цекватности модели объекту и отработки техно-эгических режимов на Пологовском МЭЗе созда-а экспериментальная установка и исследованы' арактеристики процесса по экструзионной подго-звке материала в экстракции.

Базовым аппаратом установки является экстру-зр [2], который содержит корпус с двумя парал-ельными червячными валами, редуктор-раздвои-;ль, вариатор и электродвигатель.

Основные элементы экструдера: разъемный, сек-ионный корпус и червячные валы, состоящие из )бственно валов, червяков, специальных органов шайб. Нарезка червяков имеет контактно-уплот-ятельный профиль, что обеспечивает принудитель-эе перемещение материала и самоочистку рабо-ах поверхностей в зоне контакта.

При проведении экспериментов изменялись сле-ующие параметры процесса: влажность маслич-ых семян (экструдировалась соя), температура чутренней поверхности корпуса, частота вращения алов. Определялись: величина бокового давления материале по длине рабочей зоны и ее темпе-атура; производительность по гранулам; потреб-яемая электродвигателем мощность; исходная асличность семян сои и экстрагируемость гра-ул, а также остаточная масличность гранул, ропущенных через заводской экстрактор. Полу-гнные данные в ходе экспериментов обрабаты-

вались специальными методами [3]. Влажность семян сои изменяли от 8 до 18%, температуру внутренней поверхности корпуса — от 115 до 140° С.

Предварительные исследования показали, что при влажности семян ниже 11% получаются очень прочные, плохо экстрагируемые гранулы, а при влажности выше 14% гранулы непрочные, рыхлые, поэтому основные исследования проведены в диапазоне влажности семян 11 —14%.

Экструзию проводили следующим образом. Очищенные от сора увлажненные семена сои подавали через загрузочное отверстие в экструдер. В нем бобы транспортировались в рабочей зоне, сжимались, частично измельчались, далее опять транспортировались, сжимались и окончательно до-измельчались. Хорошо измельченная, прогретая масса продавливалась через отверстия матрицы, закрепленной на торце экструдера. При проведении процесса контролировались перечисленные выше параметры.

На рис. 1 показана зависимость бокового давления Р |, атм, по длине, см, экструдера q от температуры корпуса Т, частоты вращения валов

2пЫ при влажности семян № = 12,2%: 1

Т = 115° С, 2лА = 2,0 с-1; 2 — Т =115° С, 2яЛ? =1,2 с-1; 3— 7 = 115° С, 2яЛ^ =1,0 с~'; 4— 7 = 135° С, 2лЫ = 1,2 с-1; 5 — Г = 144° С, 2лД = 1,2 с”1.

/ДМ

£

«г-

#п-

да

(в /, ■

Рис. 2

/►'г

В качестве примера на рис. 2 изображен ряд зависимостей производительности экструдера от частоты вращения валов при различной 7 корпуса, "С: 1 — 7 =115; 2 — Г = 125; 3—7=135.

Для практического использования результатов измерений опытные данные были обработаны. Получено следующее выражение для диапазона влажностей от 11 до 14%:

<7 =[а1(йу) (7 — 110)2 + Ь\(т) (7 — 110) + С1(ш)] X X 2яЛ^ +'[■«,(да) (7 — 1 10)2 + В,(ау) (7 - 1 10) + + Т1<»].

(1)

а=0,23 (ш — 11) —0,65, 6,(ш) = — 7,58(оу —11) + 18,2, с,(ау) =53,33(ю - И) — 12,8,

а^ю) =0,19(о) — 'I -0,47, (Яш) = 6,67(ш — 1 : 16 0,

71(до) = —44,44(и> I!) | 120,0.

кг-с;

где д — производительность экструдера, ш — влажность семян сои, %;

7 — температура внутренней поверхности корпуса, град;

2яN — частота вращения валов экструдера, с-1.

При оценке работы экспериментального образца экструдера важное значение имеют не абсолютные затраты мощности, а удельные ву/<7, которые приходятся на единицу массы гранул. На рис. 3

ш/р/а* Вг/ч

аа-

а.<2

№

дй

0#

0.5 1,0

Рис. 3

представлены полученные в опытах зависимости. Обработка их имеет следующий аналитический вид:

10-'°- Га,о(- 110)2 + 62И {Т -110) +

2(ш)] 2лЛг

[а2(т)(Т - ПО)2 + 72(®)].

|32(и)(7 — 110)-

(2)

а2(ш>) = 0,37ш — 5,1, ьЖш) = 13,81 ау - 148,01,

Со(цу) = —79,41 ау + 1824,4,

сс2(и>) =0,15 — 2,21,

РгМ = —7,12ш + 162,46,

^>2(ьу) = —37,64^ + 1071,8,

где М — мощность электродвигателя экспериментального образца, Вт.

Важнейшей физико-механической характеристикой материала является объемное деформирование, которое имеет степенной вид. Результаты измерения, обработанные в аналитическом виде, представляются таким образом:

Р/Ро =(Р./Я ю)1/Р\ 1пР 1

/^ртах/р0

(3)

(3)

где

ро — начальное значение величины плотности сои, кг/ж3; р — текущее значение величины плотности сои, кг/м3\

Ртах — максимальное значение величины плотности сои, при измерениях с фиксированными температурой и влажностью,

кг/м3-,

Рю — начальное значение величины бокового давления, Па\

Р7 тах - Текущее ЗНЭЧеНИе ВеЛИЧИНЫ 60К0В0Г0

давления, Яа;

Р1 тах — максимальное значение величины бокового давления при измерениях с фиксированными влажностью и температурой, Па\

Р1 — коэффициент интенсивности сжимаемости маслосодержащего материала из семян сои, безразмерный.

Аналитическое выражение для величины Рь в свою очередь, имеет следующий вид:

|3, =[0,2ехр ( —1,1(щ: - 11,6)) +0,02] (7 - 122)2 +

+ 7 — Зехр(— 0,38(ш - 11,6)). (4)

Связь между коэффициентом интенсивности сжимаемости, определяемых для продоЛьйого давления, и коэффициентом |3| дается таким соотношением:

Л = Р>

1пк__

[нртах/ро

(5)

где В

коэффициент интенсивности сжимаемости для продольного давления, безразмерный; к — коэффициент бокового давления, безразмерный.

Результаты измерений, в целом, удовлетвори-

тельно согласуются с выводами дискретного варианта модели гидродинамики двухчервячного экструдера, в частности, линейностью зависимости удельной мощности и производительности от числа оборотов валов, уменьшении удельных затрат мощности с ростом частоты вращения валов.

При оптимальном режиме экструдирования семян сои были отобраны и пропущены через заводской экстрактор МЭЭ-350 образцы гранул. Остаточная масличность полученного шрота составила в среднем 0,17—0,35%, что значительно ниже масличности шрота, получаемого по типовой схеме.

ВЫВОДЫ

1. Двухчервячный экструдер позволяет осуществить интенсивное тепловое и физико-механиче-ское воздействие на маслосодержащий материал, в результате чего получаются легкоэкстрагируемые гранулы.

2. Зависимость производительности и удельной

мощности от частоты вращения валов экструдера носит, как и для маслоотжимных шнековых прессов, линейный характер, причем для первой величины — возрастающий, а для второй — убывающий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Исследование процесса экструзионной подготовки маслосодержащего материала к извлечению масла методом прямой экстракции: Отчет о НИР (окончат.) / Харьков, политехи, ин-т им. В. И. Ленина.— № ГР 79063309, Инв. № 0286.0048676,—Харьков, 1986.

2. А. с. 884715 СССР. Устройство для измельчения преимущественно масличных продуктов / Харитонов Б. А., Кудрин Ю. П., Ложешник В. К., Гусев В. Н., Гноевой В. Н., Опубл. в Б. И.—1981.— № 44.

3. Свешников А. А. Основы теории ошибок.— Л.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1972.

Кафедра общей химической технологии,

процессов и аппаратов Поступила 13.06.89

635.085.002.5:621.926.2

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМОВ В МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКЕ

Е. В. СЕМЕНОВ, Л. А. ГЛЕБОВ, С. В. ЗВЕРЕВ Московский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

Нами получены формулы расчета критических значений скорости соударения частиц комбикормов с молотком или декой измельчающей машины.

Как известно, при производстве кормов в процессе измельчения зерна, мела, соли и других материалов крайне важен расчет эффективности процесса дробления частиц с целью прогнозирования его результатов на основе заданных конструктивных параметров дробилки и физико-механических свойств обрабатываемого материала. При этом одной из основных характеристик процесса измельчения является значение удельной энергии или связанного с ней значения критической скорости соударения, при которой происходит отделение фрагментов от частицы или полное разрушение ее. На практике для расчета критической скорости применяют формулу В. П. Горячкина:

ик—а\ор/Е, (1)

где а\ = л]Е/р — скорость распространения волн сжатия (расширения) в теле (скорость звука), м/с, Е — модуль упругости материала, Па\ р — плотность материала, кг/ж3; ар — предел прочности материала на растяжение, Па; или формулу

С. В. Мельникова, Ф. Г. Плохова:

Vк =[КуОс\п(а/х)/р}и2, (2)

где К^=оу/ас — коэффициент динамичности, а7, ас — соответственно пределы прочности зерна при динамической и статической нагрузках, Па\ а — размер зерна, м; х — недеформируемая часть зерна, м.

Известны и другие расчетные формулы для определения и* [1]. Однако, как видно, в форму-

ле (1) не учитываются размеры частицы, коэффициент восстановления константа материала у, характеризующая поверхностную плотность энергии на разрыв, и др. Из-за сложности определения в практических условиях значений величин ат, ас эмпирическая формула (2) для зерновых продуктов также имеет ограниченную область применения. В связи с этим обоснование формул, учитывающих влияние на расчет критической скорости основных физико-механических параметров процесса, является актуальной задачей. Ниже на основе результатов динамической теории образования трещин найдены формулы расчета значений размера трещин частицы и значений критических скоростей ее.

Не нарушая общности рассуждений, предположим, что молоток (палец) дробилки представляет собой металлический цилиндр, вращающийся вокруг вертикальной оси с большой по величине угловой скоростью ю, а частица имеет форму кубического тела со стороной а, приближенно моделирующего зерновку или частицу минерального сырья. Тогда, если А — расстояние от оси вращения ротора дробилки до точки соударения, т — масса частицы, £ — коэффициент восстановления, то ударный импульс приближенно равен [2], (рис. 1):

5=т(1+й)1/, (3)

где V = ш/г.

В зависимости от положения частицы в момент соударения ее с молотком или декой могут быть реализованы два из трех основных типов деформаций — поперечный или продольный сдвиги (или

17*