CC BY
18
УДК 675.664.0621.869
Универсальный смеситель непрерывного действия
В. А. Бакулин, канд. техн. наук, Н.С. Лукина, Е.Н. Малеева, Ю.Н. Жаркова
ВНИИ крахмалопродуктов
Еще совсем недавно перед предприятиями крахмалопаточной отрасли остро стояла задача утилизации побочных продуктов производства (мезги, экстракта и т. д.). Особенно это относилось к кукурузокрахмаль-ному производству, для которого утилизация побочных продуктов, помимо решения экологических проблем, может приносить, в отличие от картофелекрахмального производства, значительный экономический эффект. Эти продукты реализовыва-лись многочисленным близлежащим потребителям для использования в приготовлении кормов животным в сыром (мезга) или жидком (глюте-новая суспензия) виде.
С ростом производственной мощности предприятий количество побочных продуктов стало резко увеличиваться, а количество потребителей сырого корма на местах значительно сократилось, так что решение проблем утилизации побочных продуктов весьма актуально. При отсутствии потребителей сырого корма предприятия не только терпели убытки производства, но и подвергались штрафам за нанесение экологического вреда окружающей среде [1].
За рубежом вопрос утилизации отходов производства при переработке кукурузы давно решен и достигается выработкой из них сухого кормового продукта, который может храниться длительный период и используется не только по месту его выпуска, но и транспортируется в другие отдаленные районы.
В настоящее время ряд кукурузо-крахмальных предприятий, расположенных на территории РФ, уже работает с полной утилизацией побочных продуктов, обеспечивая выпуск сухого кормового продукта. При этом используются как отечественные, так и зарубежные технологии и оборудование [2].
Производство сухого кормового продукта включает в себя следующие основные технологические операции, осуществляемые в непрерывном режиме:
механическое обезвоживание мезги до влажности не более 45%;
очистка жидкого экстракта (замочной воды) от примесей и уваривание (выпаривание) его до содержания сухих веществ 35 - 42%;
смешивание обезвоженной мезги с уваренным экстрактом, другими отходами производства крахмалопродуктов, а также в некоторых случаях с определенным количеством уже высушенного кормового продукта, возвращаемого на рециркуляцию;
высушивание кормового продукта; охлаждение и складирование готового кормового продукта.
Одним из наиболее важных процессов производства кукурузного корма является смешивание исходных компонентов сырого кормового продукта перед сушилкой с получением однородного сыпучего материала влажностью не более 60%.
Дело в том, что основные компоненты кукурузного кормового продукта - обезвоженная мезга и уваренный экстракт, поступающие на сушку. Несмотря на примерно одинаковое содержание сухих веществ, значительно отличаются друг от друга своими физико-реологическими свойствами. Мезга - это сыпучая масса, состоящая из частиц различной формы и размеров. Уваренный экстракт - густая вязкая жидкость, обладающая свойствами налипания на стенки и рабочие органы оборудования, затрудняющая процесс смешивания этих компонентов друг с другом. Для получения удовлетворительных результатов смешивания необходимо подвергнуть исходный материал интенсивному продолжительному воздействию рабочих
органов специального непрерывно действующего смесителя [3].
Наиболее часто в промышленности применяются смесители периодического действия с одним лопастным валом.
В крахмальном производстве с непрерывным режимом работы оборудования для использования в линии получения кормового продукта необходим смеситель непрерывного действия.
Производительность одновалково-го смесителя непрерывного действия с вращающимися лопастями может быть определена по следующей формуле:
■) мь..;}'— >....', кг / ч,
где ф - коэффициент подачи, зависящий от конструкции лопастей и их расположения на валу; у - объемный вес смеси сыпучих продуктов в кг /дм3; D - наружный диаметр лопасти в дм; б - шаг лопасти в дм;
п - число оборотов лопасти в минуту.
Чтобы в данном смесителе обеспечить необходимое качество смешивания сыпучих продуктов, необходимо установить определенное оптимальное время смешивания, определяемое экспериментальным путем. Это время смешивания должно соответствовать времени продвижения смеси по смесителю от места загрузки к месту выгрузки и может изменяться за счет изменения числа оборотов вала с лопастями и угла поворота лопасти относительно этого вала.
Из этого следует, что показатель ф может быть определен только экспериментальным путем для каждого типа смесителя и для каждой смеси компонентов.
Зарубежная практика показала, что использование смесителей с одним лопастным валом не позволяет получить положительный результат при смешивании указанных выше исходных продуктов.
При смешивании исходных компонентов или при изменении их пропорций значение ф может меняться. Когда работа одновалкового смесителя становится неэффективной, используются двухвалковые смесители с внутренней циркуляцией смеси, благодаря чему увеличивается время смешивания и достигаются необходимые результаты. При смешивании компонентов повышенной влажности для получения необходимой конечной влажности в смеситель дополнительно могут добавлять сухие компоненты или обеспечивать рециркуляцию высушенного продукта.
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Рассмотрим динамику процесса смешивания в двухвалковом смесителе. Частицы смеси поступают к разгрузочному валку, который перемещает смесь к месту выгрузки. Движение частиц осуществляется лопатками, установленными под некоторым углом к оси валка. Частицы или отдельные конгломераты за счёт лопастей совершают прерывистое движение вдоль валка, испытывая периодическое воздействие лопастей как разгрузочного валка, так и лопастей валка рециркуляции, которые одновременно перемещают часть смеси в противоположную (к месту загрузки) сторону.
Отечественных смесителей, отвечающих предъявляемым к ним требованиям для использования при производстве кукурузного кормового продукта, в России не производят. На действующих предприятиях для этих целей используются смесители зарубежных производителей (Турция, Китай, США).
В формуле производительности смесителя наружный диаметр лопасти D и шаг лопастей б принимаются из конструктивных соображений, исходя из рекомендаций по разработке винтовых конвейеров, объемная масса у определяется экспериментально, и эти величины являются постоянными.
Коэффициент подачи ф, обеспечивающий необходимое качество смеси, должен определяться экспериментально и может изменяться путем изменения частоты вращения лопастных валков и угла наклона лопастей относительно оси валка.
Поэтому в конструкциях смесителей должна предусматриваться возможность такой регулировки процесса смешивания.
На рисунке представлен внешний вид и поперечный разрез универсального смесителя непрерывного действия Ш5-ПСГ-2.000, разработанного во ВНИИ крахмалопродуктов для использования на крахмалопа-точных заводах.
Смеситель представляет собой корытообразный корпус 1, к торцовым фланцам которого прикреплены опорные плиты 2 и 3. С их помощью смеситель крепится к фундаменту.
Внутри корпуса вращаются два вала 4 и 5, установленные на выносных подшипниках качения, корпуса которых 6 закреплены на кронштейнах опорных плит. Валы вращаются в противоположные стороны: если смотрят со стороны привода, левый вал вращается против часовой стрелки, правый - по часовой. Каждый приводится во вращение от ин-
дивидуального мотор-редуктора 7 [4].
Каждый вал состоит из двух полуосей, одна из которых - приводная - присоединяется через муфту к мотор-редуктору, вторая - активатор с закрепленными на нем лопастями. Лопасти активатора съемные и могут быть установлены в любом положении относительно оси активатора [5].
Активаторы валков отличаются друг от друга расположением лопастей, их количеством, а также углом установки лопастей относительно оси валов.
Активаторы соединяются с полуосями посредством фланцевого соединения.
Корпус смесителя сверху закрыт тремя съемными крышками, одна из которых имеет патрубок для подачи исходного сырья в смеситель 8, а вторая - смотровой люк 9, расположенный в месте выгрузки смеси из корпуса. Входной патрубок располагается над левым (приемным) валом. Выходной патрубок корпуса 10 располагается под правым (транспортирующим) валом в противоположной части от места загрузки. Для лучшего перемешивания компонентов смеси днище корпуса снабжено расположенным между валами двухсторонним пандусом.
Принцип работы двухвалкового смесителя основан на том, что за время пребывания в корпусе смесителя исходные компоненты смеси подвергаются интенсивному и многократному механическому воздействию со стороны лопастей рабочих валов, движущихся со средней окружной скоростью около 3 м/с. При вращении вала лопасти не только рыхлят материал, но и транспортируют его вдоль корпуса в направлении выгрузки.
Конструкция крепления лопастей на рабочих валах позволяет путем изменения положения лопаток относительно оси валов регулировать процесс перемешивания и устанавливать требуемую производительность смесителя.
Вращение рабочих валов в указанном направлении позволяет создавать в центральной части корпуса как бы кипящий слой материала, способствуя его разрыхлению и перемешиванию.
Смеситель устанавливается в помещении цеха сушки кормового продукта непосредственно перед сушилкой или над дополнительным транспортирующим устройством для подачи кормовой смеси в сушильную установку.
Транспортирующие устройства для подачи исходного материала и отвода смеси должны иметь производительность, соответствующую производительности смесителя.
Технические данные смесителя
объем корпуса, м3:
полный 3,15
полезный 2,0 частота вращения валов, об /мин 140
установленная мощность, кВт 30 (2х15) габаритные размеры, мм:
длина 4340
ширина 1270
высота 412
масса, кг 1960
Основной конструкционный материал деталей, соприкасающихся с обрабатываемым материалом - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632 - 82.
Смеситель данной конструкции может использоваться и в других отраслях промышленности для аналогичных процессов.
При определенном угле поворота лопастей одного из валов его можно использовать в качестве смесителя периодического действия.
Смеситель данной конструкции установлен на ОАО «Хоботовское предприятие «Крахмалопродукт», показал хорошие результаты, производительность его составила 6 т/ч смеси кормового продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лукин, Н.Д. Кормовые продукты при переработке крахмалсодержащего сырья на крахмал/Н.Д. Лукин, А.А. Ми-хайленко // Труды международной научно-технической конференции «Глубокая переработка зерна для производства крахмала, его модификаций и сахаристых продуктов. Тенденции раз-
вития производства и потребления». -М., 2013. - С. 200 - 205.
2. Бакулин, В.А. Аппаратурное оснащение крахмалопаточных предприя-тий/В.А. Бакулин // Труды международной научно-технической конференции «Глубокая переработка зерна для производства крахмала, его модификаций и сахаристых продуктов. Тенденции развития производства и потребления». -М., 2013. - С. 33 - 41.
3. Коваленок, В. А. К выбору конструктивных параметров шнековых экструдеров, предназначенных для переработки крахмалсодержащего сы-рья/В.А. Коваленок, В.Г. Карпов // Труды международной научно-технической
конференции «Глубокая переработка зерна для производства крахмала, его модификаций и сахаристых продуктов. Тенденции развития производства и потребления». - М., 2013. - С. 110 - 116.
4. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машинострои -теля/ В. И. Анурьев. М.: Издательство машиностроение-1. - 2006. - Т. 3. -С. 122 - 129. - С. 601 - 610. -С. 843 - 850.
5. Хольшев, Н.В. Обоснование объема бункера шнеколопастного/ Н. В. Хольшев, М.А. Гарина, С.М. Ведищев, В.В. Сорокин // Инновации в сельском хозяйстве. - М.: ФГБНУ ВИЭСХ. - 2015. - № 3. -С. 134 - 137.
Универсальный смеситель непрерывного действия Ключевые слова
кормовой продукт; кукурузный экстракт; мезга; смеситель; смешивание; утилизация отходов
Реферат
Проблема утилизации побочных продуктов современных ку-курузокрахмальных предприятий Российской Федерации стоит очень остро. Побочными продуктами кукурузоперерабатываюших предприятий являются обезвоженная мезга и уваренный экстракт, содержащие большое количество органических соединений, сброс которых оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду и экологическую ситуацию. Основа глубокой переработки зерна кукурузы на крахмал - это и утилизация побочных продуктов, и организация производства сухого кормового продукта. Работа проводилась сотрудниками ВНИИ крахмалопродуктов. Мезга - это сыпучая масса, состоящая из кусочков оболочки зерна и обрывков клетчатки, различной формы и размеров. Уваренный экстракт - густая вязкая жидкость, обладающая свойствами налипания на стенки и рабочие органы оборудования, затрудняющая процесс смешивания компонентов кормового продукта друг с другом. Перед подачей этих продуктов в сушилку их необходимо тщательно смешивать. Для интенсивного смешивания двухфазных побочных продуктов: мезги и уваренного кукурузного экстракта разработан смеситель непрерывного действия. Смешивание осуществляется лопатками, закрепленными на двух горизонтальных валах, при этом угол их наклона относительно оси может изменяться при регулировании времени смешивания и производительности устройства. Валы погружены в корытообразный кожух и приводятся во вращение навстречу друг другу двумя независимыми приводами - электродвигателями. Отечественные смесители, отвечающие технологическим и техническим требованиям процесса смешивания, не производятся. На действующих предприятиях для этих целей используются смесители зарубежных производителей. В статье представлено описание устройства смесителя, технические данные, принцип работы смесителя. Разработанный смеситель может использоваться и в других отраслях промышленности для аналогичных процессов.
Авторы
Бакулин Василий Алексеевич, канд. техн. наук, Лукина Нина Сергеевна, Малеева Елена Николаевна, Жаркова Юлия Николаевна,
ВНИИ крахмалопродуктов, 140051, Московская обл., п. Красково, ул. Некрасова, д. 11, vniik@arrisp.ru
Universal Continuous Mixer Key words
food product; corn steep liquor; pulp; mixer; mixing; recycling Abstracts
The problem of disposal of by-products of modern Corn-starch Russian companies is very serious. By-products Corn-processing plants are dehydrated and boiled pulp extract, containing a large number of organic compounds, the discharge of which has a negative impact on the environment and the environmental situation. The basis of deep processing of corn starch - a recycling and by-products, and organization of a dry food. The work was conducted by Institute of starch products.Pulp - is a granular material consisting of grain shell pieces and scraps of cellulose, of various shapes and sizes. Boiled extract - a thick, viscous liquid with the properties of sticking to the walls of the working bodies and equipment, complicates the process of mixing the feedstuff components with each other. Before applying these products to the drier they must be carefully mixed. For intensive mixing of the two-phase side products: pulp and boiled corn extract developed continuous mixer. Mixing is carried out blades fixed to two horizontal shafts, the angle of inclination relative to the axis can be changed when adjusting the mixing time and the performance of the device. Shafts are immersed in the trough-shaped casing and are rotated in opposite directions by two independent drives - motors. Domestic mixers that meet the technological and technical requirements of the mixing process is not carried out. In existing plants for these purposes, mixers foreign manufacturers. The article describes the mixer device, technical data, the principle of operation of the mixer. Designed mixer can be used in other industries for similar processes.
Authors
Bakulin Vasiliy Alexeevich, Candidate of Technical Science, Lukina Nina Sergeevna, Maleeva Elena Nikolaevna, Zharkova Yuliya Nikolaevna,
Research Institute of Starch Products, 11, Nekrasova St., Moscow Region, 140051, vniik@arrisp.ru
