Инженерная реология: методические указания к лабораторно-практической работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Кафедра машин и аппаратов химических и пищевых производств

Р.Ф. САГИТОВ

ИНЖЕНЕРНАЯ РЕОЛОГИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2005

УДК 681.5:664(07) ББК 36.81-5я7 С89

Рецензент доктор технических наук, профессор В.Ю. Полищук

С89

Сагитов Р.Ф. Инженерная реология [Текст]: методические указания к лабораторно-практической работе / Р.Ф. Сагитов – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. – 11 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторно-практической работы «Расчет трубопроводной установки для транспортирования пластично-вязкого продукта» по дисциплине «Инженерная реология» для студентов специальностей 270900 Технология мяса и мясных продуктов и 271100 Технология молока и молочных продуктов очной формы обучения. Работа включает методику расчета фаршепровода.

К __________ ББК 36.81-5я7 © Сагитов Р.Ф. 2005 © ГОУ ОГУ, 2005 2

1 Лабораторно-практическая работа № 5 Расчет трубопроводной установки для транспортирования пластично-вязкого продукта Цель работы: Определение диаметра трубы или среднеобъемную скорость продукта, потерь давления при транспортировании, мощности, сообщаемой продукту, мощности насоса. 1.1 Методика расчета фаршепровода 1.1.1 Исходные параметры: Вид продукта, производительность, масса одной загрузки, загрузок за смену, длительность перекачки, общая длинна трубопровода (см. приложение А, таблица 1). Производительность трубопровода (кг/с) Mc =

M cм 3600 ⋅ фр

(1)

где Мсм ~ выработка в смену, кг/смену; 3600 - переводной коэффициент, с/ч; τρ - эффективное время работы в смену, ч/смену.

фс =

Длительность перекачки ⋅ кол − во загрузок 3600

(2)

1.1.2 Выбираемые параметры

Скорость движения продукта по трубопроводу - ω0, м/с. Ее оптимальное значение лежит в пределах 0,1÷0,5 м/с (чем «гуще» фарш, тем меньше скорость). 1.1.3 Расчетные параметры Секундный расход (м³/с) трубопровода

Vc =

Mc , с

(3)

где ρ - плотность продукта, кг/м³. Плотность фарша: 3

р = 1037 - (290·φ +10,5·U) + 22·lgρт, или yc = 1037 - (290· φ +10,5· ω) ⁄ (1 - ω)+ 22·lgρт, где φ - жирность продукта, кг жира на 1 кг продукта; V - влагосодержание продукта, кг влаги на 1 кг сухого остатка; ω - влажность продукта, кг влаги на 1 кг продукта; рт - давление в трубопроводе, равное половине давления на выходе из насоса, Па. При организации транспортирования колбасного фарша следует руководствоваться следующим. Плотность жирных видов фарша находится в диапазоне 960÷980 кг/м³, плотность для маложирных видов -1030÷1040 кг/м³. Значения жирности, влагосодержания и влажности фарша выбирают по таблице 2. Диаметр трубопровода определяют по формуле объемного расхода, по ГОСТу выбирают ближайшую величину d. (по таблице 3)

Vc = щ ⋅ F = щ ⋅ р ⋅ d 2 4 = щ ⋅ р ⋅ R 2

,

(4)

где F - площадь живого сечения потока, м² (равна площади сечения продукта, которая нормальна вектору средней скорости); ω - средняя скорость продукта, м/с; d - внутренний диаметр, м; R - внутренний радиус трубопровода, м. Действительную среднюю скорость движения продукта вычисляют по той же формуле объемного расхода. Консистентную переменную («градиент скорости») (1/с) вычисляют по формуле:

ис =

4⋅щ 8⋅щ 4 ⋅ Vc 32 ⋅ Vc , = = = з ⋅ с з ⋅ d з ⋅ (р ⋅ R 3 ) з ⋅ (р ⋅ d 3 ) •

ϕ* =

32 ⋅ Vc 8⋅щ , = 3 з ⋅ (р ⋅ d ) d

Консистентную переменную («напряжение сдвига») (Па) определяют по формулам:

4

(5)

(6)

n

   3n +1   8 ⋅ щ  * , ис = B0 ⋅ ϕ1 ⋅   ⋅ •  4 ⋅ р   ϕ ⋅ d  1 n

•

(7)

или •

ис = A1 ⋅ ϕ*n ,

(8)

где А1 - напряжение сдвига на стенке трубы при единичном значении относительного градиента скорости, Па; •

ϕ*n - относительный градиент скорости на стенке (консистентная переменная); n - индекс течения; если в логарифмических шкалах экспериментальная кривая линия спрямляется, то он равен отношению логарифмов (находят по таблице 4). Потери давления или давление в продукте на выходе из насоса определяют по найденному значению консистентной переменной по формуле: n

  p⋅d = A1 8 ⋅ щ •  , 4⋅l  г 1 ⋅ d  p⋅d = A1 ⋅ ϕ*n = и , 4⋅l p=

4⋅l⋅и , d

(9)

(10)

(11)

Мощность, сообщаемая продукту (кВт):

N = p ⋅ Vc ⋅ 10 −3 ,

(12)

1.1.4 Выбор оборудования Насос выбирают по требуемой подаче трубопровода Мс или МчАС=3600 Мс, принимая во внимание, что объемный КПД составляет 0,5÷0,6, и руководствуясь данными таблицы 5. Мощность электродвигателя (кВт):

N эд =

а Kn

 N N ⋅  +  ,  Kн Ki 

(13) 5

где а - коэффициент запаса мощности (для коротких трубопроводов до 5 м - а=2; для длинных а=1,5); КП,КН,КШ - КПД механических передач от электродвигателя соответственно к насосу, от насоса и шнеков (питателей); N1,NШ - полезная мощность, развиваемая насосом и шнеком, кВт. Электродвигатель выбирают по соответствующему каталогу с округлением мощности в сторону увеличения.

6

Список использованных источников 1. Виноградов Я.И. Гидравлика и гидравлические машины для пластичновязких мясных и молочных продуктов. [Текст] / Я.И. Виноградов, В.И. Горбатов и др.: - М., 1991. – 265 с. 2. Мачихин Ю.А. Инженерная реология пищевых материалов [Текст] / Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин : - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 216 с.

7

Приложение А (обязательное) Исходные данные Таблица А1 - Исходные данные по вариантам

№ варианта

Вид продукта

1

2 Говядина куттерованная Свинина полужирная, куттерованная Фарш колбасный, колбасы ливерной при 30ºС Фарш сосисок свиных Фарш колбасный любительский Фарш колбасный колбасы докторской

1 2

3

4 5

6

8

Производительность, кг.

Масса одной загрузки, кг.

Загрузок за смену

3

4

5

Длительность перекачки одной загрузки, сек. 6

3500

250

14

400

7

4200

280

15

360

6,5

2600

200

13

340

8

3400

200

17

420

6,8

5000

250

20

500

7,4

4800

240

20

330

6,6

Общая длинна трубопровода, м. 7

Продолжение таблицы А1 1 2 Фарш 7 котлетный Фарш колбасный 8 колбасы ливерной при 60ºС Фарш 9 колбасный колбасы чайной Фарш 10 котлетный Говядина 11 куттерованная 12 13

14

Фарш колбасный любительский Фарш сосисок свиных Фарш колбасный колбасы ливерной при 60ºС

3

4

5

6

7

3700

185

20

390

7,6

2800

140

20

430

7,9

3200

160

20

450

6,9

3900

195

20

460

6,

4000

200

20

470

6,2

4100

205

20

490

6,3

3100

215

20

520

6,8

3100

155

20

510

7,7

9

Продолжение таблицы А1 1 2 Фарш колбасный 15 колбасы докторской Свинина 16 полужирная. куттерованная Фарш колбасный 17 колбасы ливерной Фарш 18 колбасный колбасы чайной

10

3

4

5

6

7

3550

355

10

340

7,3

3650

146

25

280

7,2

2860

143

20

300

7,8

2980

149

20

290

7,4

Таблица А2 – Химический состав различных видов фарша Сырой фарш Жирность, кг/кг Колбас: докторской 0,25-0,19 (0,221) диетической 0,09-0,06 (0,070) чесноковой 0,03-0,02 (0,029) сосисок: свинных 0,35-0,22 (0,276) русских 0,19-0,17 (0,182) молочных 0,26-0,23 (0,249) Сарделек говяжьих 0,13-0,11 (0,125)

Влажность, кг/кг

Влагосодержание, кг/кг

0,60-0,66 (0,634) 0,69-0,76 (0,33) 0,74-0,79 (0,765)

1,50-1,95 (1,73) 2,26-3,26 (2,74) 2,85-3,76 (3,26)

0,55-0,65 (0,608) 0,65-0,69 (0,674) 0,60-0,64 (0,621) 0,72-0,75 (0,735)

1,22-1,90 (1,55) 1,86-2,25 (2,07) 1,50-1,80 (1,64) 2,57-3,00 (2,78)

Таблица А3 – Диаметры труб из коррозиестойкой стали в соответствии с ГОСТ 9941-81* Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм. Внутренний диаметр, мм. Толщина стенки, мм. 20 0,5; 0,1; 1,5; 55 0,5; 25 1,0; 1,5; 60 1,5; 30 1,0; 2,0; 66 1,5; 2,5; 35 0,5; 1,5; 70** 1,5; 2,5; 3,0**; 38** 1,0; 74 3,0; 40 1,0; 2,5; 79 3,0; 45 1,5; 84 3,0; 48** 1,5; 89 3,0; 50 0,5; 1,5; 96 3,0; * Для упрощения пользования данными приведены внутренние диаметры труб и толщина их стенок; ГОСТ дает наружных диаметров труб. ** Наиболее желательные размеры. 11

Таблица А4 – Значения коэффициентов для расчетов трубопроводов для различных видов фарша. Для трубопроводов Продукт К уравнению p⋅d

1 Говядина, куттерованная с водой Свинина полужирная, куттерованная с водой Фарш колбасный: любительский колбасы докторской колбасы чайной Колбасы ливерной: 30ºС 60ºС сосисок свинных котлетный

12

  = A 1 8 ⋅ щ •  4⋅l  г 1 ⋅ d 

n

А1 2 600 650

n 3 0,27 0,25

700 470 490

0,21 0,25 0,21

890 445 375 410

0,20 0,20 0,23 0,24

Таблица А5 – Оптимальные характеристики фаршевых насосов Оптимальные параметры Максимальное давление Наибольший Насос Давление, р= 10 −5 , (приближенно) КПД, доли Па р= 10 −5 , Па единицы Пластинчатый 15 0,15-0,17 3-5 Двухвинтовой 20 0,12-0,14 5-8 Коловратный 30 0,26-0,32 7-13 Шестеренный 20 0,14-0,16 7-9

Оптимальные подачи насосов, кг/с

Частота вращения, мин ‫־‬¹

1,0-0,7 1,6-1,3 2,5-3,5 1,9-1,6

40 800 60 20

13