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

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.

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).