автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обеспечение разработки аппаратов с вращающимся барабаном для процессов пищевой технологии

доктора технических наук
Валуйский, Владимир Яковлевич
город
Воронеж
год
2002
специальность ВАК РФ
05.18.12
цена
450 рублей
Диссертация по технологии продовольственных продуктов на тему «Научное обеспечение разработки аппаратов с вращающимся барабаном для процессов пищевой технологии»

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Валуйский, Владимир Яковлевич

Введение.У

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИН И АППАРАТОВ С

ВРАЩЮЩИМСЯ БАРАБАНОМ, А ТАКЖЕ НЕКОТОРЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НИХ

1.1. Классификация машин и аппаратов барабанного типа.

1.2. Движение сыпучей массы с проскальзыванием по внутренней поверхности барабана.

1.3. Движение сыпучей массы с параболическим падением.

1.4. О критической скорости вращения барабана.

1.5. Движение сыпучей массы с перемешиванием и продвижением в осевом направлении.

1.6. Исследование сыпучих продуктов как объектов переработки.

1.7. Постановка теоретических и экспериментальных задач и методы их решения.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ С ПОДЪЕМНО-ЛОПАСТНОЙ СИСТЕМОЙ.

2.1. Определение оптимальных размеров и профиля лопаток барабанной сушилки.

2.2. Движение сыпучего продукта в барабане с подъемно-лопастной системой.

2.2.1 Перемещение продукта в горизонтальном барабане.

2.2.2. Движение продукта в барабане с положительным углом наклона

2.2.3. Движение продукта в барабане с отрицательным углом наклона

2.3. Определение мощности внешних движущих сил.

2.4. Исследование нагрузки на опорные ролики вращающегося барабана.

2.5. Анализ силовых схем фрикционного привода барабана.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТОВ БАРАБАННОГО ТИПА С ДВИЖЕНИЕМ ГАЗА ЧЕРЕЗ ПЛОТНЫЙ ПЕРЕМЕШИВАЕМЫЙ

СЛОЙ ПРОДУКТА.

3.1. Кинематика потока сыпучего продукта во вращающемся барабане

3.2. Изменение угла естественного откоса и объемной массы продукта в процессе его обработки во вращающемся барабане.

3.3. Методика расчета толщины слоя продукта в барабане.

3.4. Определение количества продукта и времени пребывания его в барабане.

3.5. Гидродинамика и тепломассообмен в барабане с перекрестным движением газа и продукта.

ГЛАВА 4. О НЕРАВНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ СЫПУЧЕГО

ПРОДУКТА ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ БАРАБАНЕ.

4.1. Вывод зависимости скорости осевого перемещения частицы от ее плотности.

4.2. Определение времени пребывания частицы в барабане в зависимости от ее размера.

4.3. Влияние способа загрузки, формы частиц и характера движения сыпучего продукта в сползающем слое на неравномерность продвижения частиц.

4.4. Неравномерность движения частиц сыпучего продукта через барабан с различными внутренними устройствами.

4.4.1. Движение сыпучих продуктов через вращающийся барабан с плоским ситом.

4.4.2. Движение сыпучих продуктов через вращающийся барабан с центральной трубой.

4.4.3. Движение сыпучих продуктов через вращающийся барабан, имеющий внутри спираль.

ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ОСЕВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ПРЕБЫВАНИЯ В БАРАБАНЕ ПОТОКА ДИСПЕРСНОГО СЫПУЧЕГО ПРОДУКТА

5.1. Анализ скоростей осевого перемещения дисперсного сыпучего продукта с двумя фракциями.

5.2. Методика деления дисперсного сыпучего продукта на фракции

5.3. Расчет времени пребывания в барабане различных фракций дисперсного сыпучего продукта.

5.4. Влияние коэффициента внешнего трения на характер движения продукта в барабане.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИЙ, МОМЕНТОВ, МОЩНОСТИ И СПОСОБОВ ИХ УМЕНЬШЕНИЯ В МАШИНАХ И АППАРАТАХ БАРАБАННОГО ТИПА.

6.1. Расчет крутящего момента для привода барабана во вращение

6.1.1. Определение моментаМ! при постоянном слое продукта в сечении барабана.

6.1.2. Определение момента Mi при переменном слое продукта в сечении барабана.

6.2. Расчет мощности внешних движущих сил вращающегося барабана.

6.3. Основные направления для снижения мощности привода вращающегося барабана.

ГЛАВА 7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В УСОВЕРШЕНСТВОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АППАРАТОВ С ВРАЩАЮЩИМСЯ БАРАБАНОМ.

7.1. Механизмы регулирования толщины слоя продукта во вращающемся барабане.

7.2. Технические решения, направленные на уменьшение адгезии внутри вращающегося барабана.

7.3. Конструкции газораспределительного устройства.

7.4. Автоматизация процесса сушки в барабанной сушилке с канальной насадкой и снижение удельных энергозатрат.

7.5. Расчет и конструкция солодорастительного барабана непрерывного действия.

7.5.1. Сравнительная оценка рабочих показателей солодорастильных барабанов.

7.5.2. Об изменении физических характеристик солода в процессе его ращения.

7.5.3. Расчет профиля солодорастильного барабана непрерывного действия.

7.5.5. Принципиальная схема солодорастильного барабана непрерывного действия.

7.6. Эффективность использования результатов исследования.

Выводы.

Введение 2002 год, диссертация по технологии продовольственных продуктов, Валуйский, Владимир Яковлевич

Машины и аппараты, в которых основной деталью является вращающийся барабан, получили широкое распространение в промышленности и сельском хозяйстве для обработки дисперсных сыпучих материалов: измельчения, смешивания, разделения на фракции, гранулирования, дозирования [80, 91, 132, 150, 172].

Многие процессы требуют перемешивания сыпучего материала при его обработке. Вращающийся барабан обеспечивает непрерывное перемешивание продукта, поэтому машины и аппараты этого типа используются для проведения очень многих процессов: обжига, сушки, охлаждения, химических реакций и биологических превращений, мойки, шлифовки и полировки деталей и многих других [74, 88, 89, 176, 180].

Машины и аппараты барабанного типа серийно изготавливаются многими отечественными и зарубежными машиностроительными предприятиями в широком диапазоне их внутренних объемов от нескольких кубических дециметров до нескольких тысяч кубометров [162].

Устойчивая работа в течение многих десятилетий машин и аппаратов с вращающимся барабаном практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства связана, прежде всего, с их большой надежностью, которая определяется простым и самым устойчивым характером движения рабочего органа - равномерным медленным вращением. В условиях, когда производство представляет длинную цепочку взаимосвязанных машин и аппаратов, надежность в работе является одним из определяющих факторов в выборе типа технологического оборудования.

Включение установок с вращающимися барабанами в самые разнообразные линии производства пищевых продуктов, промышленных товаров, строительных материалов, переработки полезных ископаемых связано с особым характером перемешивания сыпучего продукта [108, 110, 127, 133].

Во вращающемся барабане можно организовать перемешивание сыпучей массы с минимальным повреждением частиц. Любые другие перемешивающие устройства, например, шнеки, лопатки, ковши и тому подобные повреждают частицы сыпучего материала в значительно большей степени.

Несмотря на многолетний опыт эксплуатации машин и аппаратов барабанного типа возможности по их усовершенствованию, конструированию новых высокоэффективных моделей далеко не исчерпаны.

В диссертации вскрыты эти возможности, рассмотрены пути реализации этих возможностей.

Предложенные усовершенствования машин и аппаратов барабанного типа основаны на аналитических расчетах, экспериментах с лабораторными и промышленными установками.

Результаты данного исследования приемлемы для любого процесса, проводимого во вращающемся барабане, так как эти результаты направлены на повышение технико-экономических показателей.

Одним из основных направлений диссертационной работы - глубокие и всесторонние исследования проблем повышения производительности машин и аппаратов с вращающимся барабаном в процессе сушки сыпучих пищевых продуктов. В этом направлении основной проблемой является увеличение объема продукта, находящегося в постоянном контакте с сушильным агентом, так как это непосредственно связано с увеличением производительности.

Многие установки барабанного типа в настоящее время работают в периодическом режиме. Исследование возможностей перевода этих установок в непрерывный режим работы является вторым основным направлением диссертации.

Во вращающихся барабанах непрерывного действия имеет место неравномерность продвижения частиц сыпучего материала, в результате чего время их пребывания в барабане неодинаково. Разница в длительности технологической обработки частиц сыпучего продукта, проходящего через барабан, отражается на качестве выпускаемой продукции. Исследование факторов, влияющих на неравномерность движения частиц, а также определение условий, при которых неравномерность минимальна, позволили бы эффективнее использовать барабанные установки. Последнее также входит в основные задачи, поставленные в настоящей работе.

Уменьшению удельных энергетических затрат посвящена значительная часть диссертации. Решение задачи по определению мощности привода барабана позволило отыскать рациональные силовые схемы, обеспечивающие минимальные энергетические затраты, равномерную и постоянную нагрузку на опорные элементы вращающихся барабанов.

Изучение механизма динамики сушки в движущемся слое на цилиндрической и конической поверхностях, определение кинетических закономерностей сложного тепло- и массообмена в условиях непрерывного обезвоживания позволили предложить схемы аппаратов с вращающимся барабаном для конвективной сушки пищевых сыпучих материалов, обеспечивающие наиболее экономичное в энергетическом отношении ведение процесса.

В данной работе обобщены результаты исследований, выполненных автором, а также при его непосредственном участии и руководстве на кафедре машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии.

В начале диссертации даны обозначения величин, поэтому в тексте поясняются только те величины, которые отсутствуют в принятых обозначениях или же не соответствуют им.

Все величины, входящие в уравнения и графики, приведенные в первой главе диссертации, даны в тех единицах измерения, как и в первоисточниках. Остальные главы написаны в соответствии с международной системой единиц (СИ).