Кинетика усреднения влаги в приложении к обоснованию пропускной способности смесителя-усреднителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кинетика усреднения влаги в приложении к обоснованию пропускной способности смесителя-усреднителя

Воякин С.Н., Доценко С.М., Школьников П.Н.

Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация

Рассмотрена кинетика усреднения влаги в предложенном смесителе-усреднителе влаги при смешивании мучного соевого и пастового компонентов. Теоретическим и экспериментальным путем установлены зависимости, характеризующие кинетику усреднения влаги с позиций диффузионного процесса. Определены оптимальные значения объемной и массовой подачи смесителя-усреднителя со смещенной осью вращения винта. Полученные данные использованы при создании технических средств данного назначения.

Ключевые слова: гранулирование, кондиционирование, композиции, смеситель-усреднитель, кинетика, перераспределение, объемная и массовая подача

Известно, что наиболее эффективной физической формой кормовых продуктов при использовании их в животноводстве и птицеводстве является гранулированная [1].

При этом при осуществлении процесса получения гранул применяется так называемое кондиционирование водой или паром исходных компонентов, влажность которых находится в диапазоне 12-14 %. Кондиционирование имеет своей целью равномерное распределение влаги, тепла и связующих веществ в массе смешиваемых компонентов. При этом предварительно из влажных растительных продуктов получают сечку, а затем витаминно-травяную муку, доводя их влажность с 60% до 10-12 %. Вполне очевидно, что данный способ получения гранул является энергоемким и металлоемким [2].

Существенно снизить значения данных технико-экономических показателей возможно путем использования композиций, в которых один компонент имеет высокую влажность, например, 60-70 %, а другие - на уровне 10-12 %. При осуществлении процесса смешивания исходных компонентов с указанной влажностью концентрация влаги в них усредняется [2].

Целью исследований является получение аналитических и эмпирических зависимостей, характеризующих кинетику усреднения влаги в бинарных соево-пастовых композициях при использовании смесителя-усреднителя.

Задачи исследований:

- обосновать способ и устройство для получения смесей на основе соевого мучного и влажного пастообразного компонентов;

- получить аналитические и эмпирические зависимости, характеризующие кинетику процесса усреднения влаги в бинарных композициях «соевая мука + паста»;

- на основе полученной кинетической модели усреднения обосновать объемную и массовую подачу предложенного смесителя-усреднителя путем получения расчетных формул.

Анализом существующих схем приготовления кормовых продуктов установлено, что на процесс смешивания мучных и пастообразных компонентов сухой и влажной физической формы существенное влияние оказывает способ воздействия на смешиваемые материалы [2].

Одним из таких способов, обеспечивающих повышение эффективности смешивания компонентов различной физической формы, например, муки и пасты, является способ, реализуемый с помощью устройства, схема которого приведена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема к определению параметров шнекового смесителя-усреднителя влаги со смещённой осью вращения шнека: 1 - корпус; 2 - шнек; 3 - привод; 4 - электродвигатель; 5 - приемный бункер; 6 - выгрузное окно

смеситель усреднитель влага кинетика

Данный смеситель-усреднитель влаги содержит корпус 1 с размещенным в нем под острым углом () к его продольной оси шнеком 2, соединенным посредством планетарной передачи с приводом 3.

Корпус 1 выполнен в форме усеченного конуса, угол между стенками и продольной осью которого равен углу наклона шнека 2 к продольной оси корпуса 1. Диаметр корпуса 1 в любом его сечении не меньше диаметра окружности вращения вокруг продольной оси корпуса 1 кромки винта шнека 2. Компоненты подаются в смеситель-усреднитель влаги через приемный бункер 5, а удаляются через выгрузное окно 6.

Кормовые компоненты, поступившие через приемный бункер 5 в полость конического корпуса 1, подвергаются обработке путем перемешивания их шнеком 2. За счет того, что шнек 2 установлен под острым углом к продольной оси корпуса 1, а стенки корпуса 1 образуют между собой такой же угол, исключается сводообразование, и компоненты перемешиваются во всем объеме данного корпуса. При этом шнек 2 как бы «обегает» по стенкам конического корпуса 1.

В связи с тем, что ось вращения шнека смещена на величину эксцентриситета e, композиция на основе муки и пасты получает дополнительное колебательное воздействие, обеспечивающее дополнительное перераспределение отдельных порций и частиц компонентов между собой.

Расчётная объёмная пропускная способность (подача) смесителя-усреднителя данного типа зависит от объёма кормового продукта, обрабатываемого за определённый период времени, - ; коэффициента, учитывающего фактический объём, подвергаемый обработке или механическому воздействию, - , а также продолжительности механического воздействия на кормовые компоненты - .

Анализ работы смесителя-усреднителя данного типа показал, что, в отличие от обычного горизонтального смесителя-усреднителя, параметр не является постоянной величиной.

На основе значения средней подачи смесителя-усреднителя влаги по массе для любой из бинарных композиций получили:

, (1)

где: - плотность компонентов;

- требуемая пропускная способность смесителя-усреднителя.

В данном выражении неизвестным параметром является время усреднения влаги - .

Для его определения использован следующий методологический подход.

При обосновании параметров процесса усреднения влаги в системе «необезжиренная соевая мука (НСМ) + паста» или «НСМ + травяная паста» или «НСМ + ламинариевая паста» с помощью предложенного смесителя-усреднителя непрерывного действия рассмотрели его как процесс перехода молекул воды от продукта с большей концентрацией воды - к продукту с меньшей концентрацией воды - . При этом движущей силой данного процесса является разность концентраций воды в продуктах

. (2)

Дифференциальное уравнение скорости перераспределения влаги между компонентами с различной влажностью в любой из бинарных композиций имеет вид:

, (3)

где: и - исходные концентрации влаги, соответственно, в соевом и пастовом компонентах;

- количество влаги перешедшей в соевый компонент из пастового компонента бинарной композиции к моменту времени t;

- коэффициент пропорциональности.

Если , то уравнение имеет следующий вид:

. (4)

Разделение переменных и интегрирование данного уравнения в диапазоне от 0 до t и, соответственно, от 0 до даёт:

. (5)

В случае, когда имеем, что

. (6)

В конечном итоге продолжительность процесса перехода молекул воды из пастовых компонентов в соевые определяется как

. (7)

Анализ данного выражения показывает, что оно является трансцендентным, поэтому решить его можно, используя следующий подход.

Примем, что перераспределение влаги между компонентами должно произойти за период времени, равный или меньший, чем , где - предельно допустимое значение времени усреднения влаги в смесителе-усреднителе, длина которого равна .

В этой связи значение определится как

, (8)

где - скорость движения бинарной композиции в смесителе-усреднителе.

Подставляя значение в уравнение (8), имеем, что

. (9)

Для бинарной композиции имеем, что объёмная подача равна

. (10)

Соответственно, по аналогии для массовой подачи, имеем:

. (11)

При этом затраты энергии составляют

, (12)

где - коэффициент пропорциональности, зависящий от угла () наклона смесителя-усреднителя.

Экспериментальным путем получена математическая модель оценки усреднения влаги -

, (13)

где: - массовая доля необезжиренной соевой муки, равная 28,1 - 50%;

- влажность кормовых композиций, равная 31,9 - 40,2%;

- продолжительность усреднения влаги в композициях, равная ? 4,3 мин.

При данных значениях параметров показатель составил 3,0-4,3 %.

С позиций диффузионного процесса получена кинетическая модель усреднения влаги в соево-пастовых композициях, учитывающая исходную концентрацию влаги в мучном соевом и пастовом компонентах, а также скорость ее перераспределения.

С учетом установленного аналитическим и экспериментальным путем значения времени усреднения влаги в принятых композициях, получены расчетные формулы для определения объемной и массовой подачи смесителя-усреднителя. Полученные данные необходимы при проектировании и конструировании технических средств данного назначения.

Список использованных источников

1. Крохина В.А. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ. Справочник. - М.: Агропромиздат. - 1990. - 304 с.

2. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос. - 1978. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru