Контрольная задача № 4

Расчёт сепаратора-сливкоотделителя

Задание. Определить объёмную производительность сепаратора-сливкоотделителя V_д, м³/с, предельно минимальные диаметры жирового шарика для первой d_min, м, и второй , м, стадий движения его в межтарелочном пространстве, оптимальное расстояние между тарелками _опт, м; фактор разделения Fr, объемное количество получаемых сливок V_с, м³/с, и обезжиренного молока V_об, м³/с; мощность на привод барабана сепаратора N, кВт.

Исходные данные: частота вращения барабана n, мин^-1; число тарелок в барабане z; угол подъёма образующей тарелки , град; максимальный расчётный радиус тарелки R_б, м; минимальный расчётный радиус тарелки R_м, м; высота тарелки h, м; массовая доля жира в обезжиренном молоке Ж_об = 0,04 %; температура молока t, °C; расстояние между тарелками по нормали , м; расстояние от оси барабана до отверстия, через которое обезжиренное молоко покидает барабаны R₀, м; наружный диаметр барабана D_б, м; высота цилиндрической части барабана Н, м; вместимость шламового пространства , м³; r_н, м, r_вн, м, – соответственно наружный радиус напорного диска и внутренний радиус кольца жидкости, м; конструктивное исполнение сепаратора.

Методика расчета

1. Технологический расчет барабана сепаратора

Угловая скорость вращения барабана , рад/с,

.

Объемная производительность сепаратора V, м³/с, [6]

,

где  – технологический КПД сепаратора (табл. 6); z – число тарелок по заданию;  – угол подъёма образующей по заданию; R_б, R_м – максимальный и минимальный расчётные радиусы тарелок; _с, _ч – плотность дисперсной среды (плазмы молока) и диспергированной фазы (жира), кг/м³; _с – динамическая вязкость плазмы молока, Пас; d – расчетный диаметр жировой частицы, м.

При расчёте производительности примите  = 0,45. По полученному значению V по табл. 6 определяется расчётное значение _д и рассчитывается действительная производительность , м³/с, которую необходимо использовать при дальнейших расчётах.

Таблица 6

Значения технологического кпд сепаратора

Производительность сепаратора Vд, м3/с	2,7810-4	5,5610-4	8,3310-4	1,3910-3	2,7810-3
Технологический кпд д	0,44	0,46	0,48	0,5	0,55

,

где t – температура молока по заданию, °С.

Диаметр жировых частиц в молоке находятся в интервале от 0,310^-6до 1010^-6 м. Средний диаметр жировых частиц от 2,210^-6 до 3,510^-6 м и зависит от скота, корма и лактационного периода. Расчётный диаметр d, м, определяется по формуле:

.

Предельно минимальный размер , м, выделяемых сепаратором жировых частиц (первая стадия движения):

.

Разделительный фактор сепаратора F:

,

где h – высота тарелки cепаратора, м.

Время непрерывной работы , с, сепаратора между разгрузками:

,

где V_ш – объем шламового пространства, м³; – объем отложений в шламовом пространстве при сепарировании молока = 0,03 %.

Примите объем шламового пространства из расчета один литр на 1000 литров в час производительности сепаратора.

2. Расчёт мощности на привод барабана сепаратора

Мощность электродвигателя сепаратора N_с, кВт, работающего в установившемся режиме:

,

где N_б – сумма всех сопротивлений барабана, кВт;  – механический КПД привода барабана;   0,89...0,92.

Для сепараторов открытого типа:

,

где N₁, кВт, и N₂, кВт – мощности на придание выводимым фракциям молока кинетической энергии и преодоление трения барабана о воздух.

Для полугерметичных сепараторов:

,

где N₃ – мощность трения фракций о напорные диски, кВт.

Для герметичных сепараторов:

,

где N₄ – мощность, затрачиваемая на сообщение выводимым фракциям молока избыточного давления, кВт. N₅ – мощность на преодоление трения об уплотнительные манжеты, кВт. , где z – число манжет, шт. z = 2 шт.

,

где  – экспериментальный коэффициент ( = 1,1...1,2); Для полугерметичных сепараторов м.

,

где – коэффициент сопротивления. = (14…18)·10^–4; _в – плотность воздуха, кг/м³; _в = 1,23 кг/м³; Н – высота цилиндрической части барабана по заданию, м; _к – угол наклона образующей конуса крышки барабана,...°; _к = 53 °.

,

где K – коэффициент, учитывающий геометрические размеры напорных дисков; K1,4.

,

где P – давление жидкости на выходе, Па; P  (2,0...2,5)10⁵ Па; _д – КПД напорного диска. _д = 0,05 – 0,1.

Контрольные вопросы к задаче

1. Назначение сепараторов. Движущая сила процесса сепарирования. Фактор разделения.

2. Классификация сепараторов. Схема движения частицы продукта в межтарелочном пространстве сепараторов - разделителей и сепараторов - очистителей.

3. От каких параметров зависит производительность сепараторов?

4. Схема барабана заданного по варианту сепаратора.

5. Как рассчитывается продолжительность непрерывной работы сепаратора между разгрузками осадка и как она осуществляется?

Т аблица 7