+7-988-570-61-11 
info@farsal.ru Определение производительности диффузионных аппаратов непрерывного действия
Производительность диффузионных аппаратов непрерывного действия зависит от конструкции транспортирующих устройств для перемещения свекловичной стружки, полезного объема аппарата, количества свекловичной стружки в единице объема аппарата и продолжительности процесса.
Полезным считается объем между местом ввода экстрагента и местом отбора диффузионного сока из аппарата.
Различают производительность колонных диффузионных аппаратов, двухшнековы наклонных аппаратов и ротационных аппаратов.
Производительность колонных диффузионных аппаратов
Производительность аппаратов по свекле (т/сут):
G = (24 * 60 * 60 * Vnq) / 1000т (6.1)
где Vn – полезная вместимость аппарата, м2; q – масса стружки в единице полезного объема, кг/м3, для колонных аппаратов q = 600…700 кг/м3; т время активного диффундирования, с (обычно равно 4200с).
Производительность двухколонных аппаратов тира ДАГ также определяют по формуле (6.1), продолжительность активного диффундирования принимают равным 3600 с. Расчеты привода для перемещения сокостружечной массы в аппарате с поршневым и вакуумным приводами различаются (рис. 6.25).
Рис. 6.25. Схема приводов аппаратов с поршневым и вакуумным перемещением материала:
а – с поршневым приводом; 1, 7 – колонны; 2 – ситовой пояс; 3 – поршневой привод; 4 – лопасти; 5 – задерживающие решетки; 6 – поршень; б – с вакуумным приводом; 1, 7 – колонны; 2 – ситовой пояс; 3 – вакуумная камера; 4 – шнек; 5 – насадка; 6 – задерживающая решетка
Сила инерции ускоренно движущейся массы при ее перемещении в аппарате определяется вторым законом Ньютона:
F2 = Qα
где Q – масса жидкости и твердой массы, кг; α – ускорение массы в аппарате при подключении приводов (поршневого или вакуумного), м/с2.
Усилие, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений при перемещении массы в аппарате, (Н):
F1 = (Δp1 + Δp2 )S (6.5)
где Δp1 – потери давления вследствие трения материала и жидкости о стенки аппарата, Па; Δp2 – потери давления вследствие трения материала в соединительно колене аппарата, Па.
Потери давления вследствие трения сокостружечной смеси о стенки аппарата определяется согласно выражению Дарси (Па):
Δp1 = λ * (LpV2ср / D * 2) (6.6)
где λ – коэффициент сопротивления Дарси; L – длина аппарата, м; p – плотность смеси, кг/м2; vср – средняя скорость движения продукта, м/с; D – диаметр аппарата, м.
Потери давления в соединительном колене определяют по формуле Вейсбаха (Па):
Δp2 = ε (LpV2ср / 2) (6.7)
где ε – коэффициент местного сопротивления Вейсбаха
Полное усилие, прикладываемое к приводу аппарата при перемещении его содержимого, определяется при применении поршневого устройства (см. рис. 6.25. а) абсолютным давлением под поршнем p и перемещением массы, находящейся над поршнем (ее высота h2). При применении вакуумного привода оно определяется абсолютным давлением p и массой материала высотой h2 (см. рис. 6.25. б), т.е. условие в обоих случаях одинаково.
Исследованиями установлено, что для аппаратов данного типа при применении поршневых и вакуумных приводов абсолютное давление в плоскости А – А (см. рис. 6.25. а и 6.25. б) составляет 0,02…0,03 МПа.
Отметим, что усилие для перемещения массы в аппарате создается перепад давлений между атмосферным в первой колонне p и абсолютным pʹ, а также обеспечивает подъем массы, находящейся над линией А – А.
Тогда расчет значительно упрощается и усилие для перемещения массы в аппаратах обоих типов (Н):
F1 = (pм * gh2φm + pж * gh2φж) * S + (p + p') (6.8)
Производительность вакуум-насосов для создания необходимого разрежения в вакуум-сборнике определяют исходя из объема воздушной камеры аппарата.
Объем воздуха, отбираемого из воздушной камеры диффузионного аппарата, (м3):
V = Vв In * (p1 / p2) (6.9)
где Vв – вместимость воздушной камеры аппарата, м2; p1 – начальное давление в воздушной камере аппарата, МПа (обычно равно атмосферному); p2 – конечное давление в воздушной камере аппарата, принимают равным 0,02…0,03 МПа.
Зная объем отбираемого воздуха, производительность вакуум-насоса (м3/мин):
Vn = V / t = Vв / t (2,3 * lg(p1 / p2) (6.10)
где t – время, необходимое для достижения требуемого вакуума в сборнике, мин.
Время t зависит от числа подключений воздушной камеры аппарата к вакуум-сборнику в час и расстояния, на которое перемещается масса в аппарате за одно подключение, т.е. от производительности аппарата.
Конечное давление в воздушной камере аппарата не должно превышать 0,02…0,03 МПа. Тогда обеспечивается равномерное перемещение сокостружечной смеси в аппарате, а скорость перемещения составляет 0,3…0,4 м/с.
Производительность шнековых наклонных диффузионных аппаратов
В этих аппаратах свекловичная стружка транспортируется шнеками с витками различной конструкции, поэтому производительность их по свекле (т/сут):
G = 1,13 (D2ш - d2) * Ψηsqφmnε* Kp (6.11)
где D2ш – наружный диаметр шнека, м; d – диаметр вала, м; Ψ – коэффициент перекрытия витков шнека; η – коэффициент, учитывающий увеличение сечения стружки в аппарате; s – шаг витков шнека, м; q – масса стружки в единице полезного объема аппарата, кг/м2; φ – коэффициент наполнения аппарата стружкой; n – частота вращения шнека, мин-1; m – число одновременно работающих шнеков; ε – эксплуатационный коэффициент; Kp – коэффициент подачи свекловичной стружки.
Для определения производительности аппаратов необходимо установить значения величин Ψ, η, q, φ, Kp входящих в расчетную формулу (6.11).
Из представленного на рисунке 6.26, а поперечного сечения аппарата С-17 видно, что витки шнеков перекрываются, следовательно, в уравнение для определения производительности вводится коэффициент , учитывающий взаимное перекрытие витков.
Рис. 6.26. К определению производительности аппарата С-17:
а – поперечное сечение аппарата; б – зависимость времени пребывания свекловичной стружки в аппарате от частоты вращения шнеков
Для однозаходного шнека:
Ψ = 1 - (F / 0,785 (D2ш - d2)) (6.12)
где F – площадь сегмента, м2.
При транспортировании свекловичной стружки шнеками вдоль аппарата она заполняет зазор между корпусом и кромкой витков шнека на протяжении дуги АВС, т.е. сечение потока свекловичной стружки больше сечения шнеков. Для учета этого явления вводят коэффициент:
η = 0,5 (1 - (D2k / D2ш)) (6.13)
где Dk – диаметр корпуса аппарата, м; Dш – диаметр шнека, м
Во время установившейся работы аппарата стружка в нем распределяется равномерно по всей длине и ширине. Для нормальной работы стружка должна находиться немного выше верхней кромки витков шнеков. При таких условиях достигается высокая производительность аппарата и хорошие технологические показатели. При принятых условиях коэффициент наполнения аппарата стружкой принимают равным 1.
Коэффициент подачи стружки:
Kп = (60L / snt) (6.14)
где L- длина пути активного диффундирования стружки в аппарате, м; s – шаг витка, м; n – частота вращения шнека, мин-1; t – продолжительность диффундирования, с.
Продолжительность диффундирования для аппаратов данного типа при длине стружки 10…12 мм в 100 г и нормальном качестве свеклы принимают равной 6000 с. При изменении качества свеклы и длины стружки время диффундирования определяет лаборатория завода. Затем по графику (рис. 6.26.б) находят необходимую частоту вращения шнеков. Подставляя величины t и n в формулу (6.14), находят коэффициент Kп.
В зависимости от качества свеклы и свекловичной стружки масса последней в единице полезного объема аппарата может изменяться от 580 до 600 кг/м3.
Производительность ротационных диффузионных аппаратов
Различают производительность однопоточных и двухпоточных диффузионных аппаратов.
Общая формула для определения производительности аппарата по свекле (т/сут) имеет вид:
G = (24 * 60 * 60πD2Lφq ) / 4 * 1000т (6.15)
где D – внутренний диаметр корпуса, м; L – длина корпуса, м; φ – коэффициент наполнения аппарата стружкой; q – масса стружки на единицу полезного объема, кг/м2; для ротационных аппаратов q = 400 кг/м2; t – продолжительность диффундирования, с; для ротационных аппаратов принимают t = 4000…4200с.
Коэффициент наполнения аппарата:
φ = (F1 / F) (6.16)
где F1 – площадь заполнения аппарата свекловичной стружкой, м2; F – площадь сечения корпуса аппарата, м2
При определении площади сегмента высоту hˈ необходимо принимать на 50 мм меньше высоты h – расстояния от внутренней поверхности корпуса аппарата до края выреза в перегородках (рис. 6.27). Такое уменьшение необходимо во избежание перелива сока через края перегородок отдельных камер.
Массу стружки, приходящуюся на единицу полезного объема аппарата, находят следующим образом. Если компоненты смеси стружки и сока, содержащиеся в 1 м3 аппарата, обозначить: 0,5q1 – масса стружки, αq – масса сока, отбираемого из аппарата, и g0,5q – возврат в камеры сока, смачивающего поверхность свекловичной стружки, то для однопоточного аппарата:
(0,5q1 + αq1 + 0,5gq1) / pсм = 1,0 м3 (6.17)
где q1 – масса стружки, кг на 1 м3 полезного объема; α – отношение количества отбираемого из аппарата сока к количеству свекловичной стружки; g – отношение количества оставшегося на поверхности свекловичной стружки сока к количеству свекловичной стружки; g = 0,25%; pсм – плотность смеси свекловичной стружки и диффузионного сока; pсм = 1070кг/м3.
Отсюда:
q1 = 2pсм / (2α + 1,0 + g) (6.18)
Для двухпоточного аппарата:
(0,5q2 + αq2 + 0,5gq2) / pсм = 1,0 м3 (6.19)
q2 = 2pсм / (α + 1,0 + g) (6.20)
Подставляя значения и в формулу (6.15), получим выражение для определения производительности однопоточных и двухпоточных ротационных аппаратов.
Производительность однопоточных аппаратов по свекле (т/сут):
G = (24 * 60 * 60 * πD2 Lφpсм) / 1000 * 2 (2α + 1,0 + g) (6.21)
Производительность двухпоточных аппаратов по свекле (т/сут):
G = (24 * 60 * 60 * πD2 Lφpсм) / 1000 * 2 (α + 1,0 + g) (6.22)
