Экструдер с отрезным устройством для линии производства хлебцев

 Выпрессованная полужидкая  масса за счет перепада давления  при выходе из отверстия формующей  матрицы взрывается с диаметра 3 мм до диаметра 8... 12 мм.

Таблица 2.

Техническая характеристика экструдеров

 

Показатель	А1-КХП	Б8-КХ-ЗП
Производительность, кг/ч	75	90
Мощность, кВт:
Привода	21	18,5
Электронагревателя	3,84	2,8
Число шнеков	1	1
Частота вращения шнеков, мин"1	71	79,3
Диаметр шнеков, мм	155	74
Максимальная температура в зоне нагрева, "С	145	160...180
Максимально допустимое давление экструзии, МПа	10	12
Габаритные размеры, мм	1750x890x1635	1200x1200x1900
Масса, кг	1300	950

Экструдер МФБ-1 (рис.6) состоит из плиты 15, станины 1 с кронштейном 12, электродвигателя 14, червячного редуктора 13, корпуса 4 со шнеком 3 и формующей матрицей 2, головки 7 с парой конических шестерен 8 и загрузочной воронки 5 со спиралью 11.

Рис. 6 Экструдер МФБ-1:

1 − станина; 2 − формующая матрица; 3 − шнек; 4 − корпус; 5 − загрузочная воронка; 6 − вертикальный вал; 7 − головки; 8 − конические шестерены;

9 − горизонтальный вал; 10 − приводная звездочка; 11 − спираль;

12 − кронштейн;  13 − червячный  редуктор; 14 − электродвигатель.

Внутри головки 7 находятся горизонтальный вал 9 с конической шестерней и приводной звездочкой 10, вертикальный вал 6 с конической шестерней и спиралью. Спираль 11 подает конфетную массу в корпус 4 и непрерывно перемешивает ее в загрузочной воронке 5. Шнек 3 выпрессовывает массу через формующие каналы матрицы 2 в виде пяти бесконечных жгутов, которые после предварительного охлаждения разрезаются на конфеты.

3. ИНЖЕНЕРНЫЕ  РАСЧЕТЫ

3.1. Расчет коэффициента  геометрической формы головки

Рассчитать коэффициент геометрической формы головки и производительности  двухшнекового экструдера ШФК для производства хлебцев . Диаметр шнека - 63 мм, температура расплава - 180 0С.

Дано:

1 Фильтрующая сетка

1.1 Площадь фильтрованного элемента F = 700 см2

1.2 Число сеток n = 7

1.3 Диаметр отверстий d = 0,007 см

1.4 Толщина фильтрующих элементов  д = 7 см

2 Решетка:

2.1 Число отверстий Z = 7

2.2 Диаметр отверстий d = 0,21 см

Толщина фильтрующих элементов д = 0,525 см

3 Цилиндрический канал:

3.1 Диаметр канала d7 = 1,54 см

3.2 Длина канала L7 = 11,9 см

4 Конический кольцевой канал:

4.1 Средние радиусы окружности  конического кольцевого зазора  на входе и выходе: r11 = 0,77 см, r12 = 4,095 см

4.2 Толщина зазора на входе  и выходе: h11 = 0,49 см, h12 = 0,42 см

4.3 Длина канала L1 = 6,44 см

5 Цилиндрический кольцевой канал:

5.1 Средний диаметр d4ср = 7,98 см

5.2 Ширина кольцевого зазора b4 = 0,56 см

5.3 Наружный и внутренний радиус  цилиндрического канала: r4н = 4,27 см, r4вн = 3,71 см

5.4 Длина канала L4 = 4,55 cм

6 Конический кольцевой канал:

6.1 Средние радиусы окружности  кольцевого зазора на входе  и выходе: r12 = 4,06, r21 = 8,4 cм

6.2 Толщина зазора на входе  и выходе: h21 = 0,42 см, h22 = 0,84 см

Длина канала L3 = 7,35 см Цилиндрический кольцевой канал:

Средний диаметр канала d5ср = 16,8 см

7.2 Ширина кольцевого зазора b5 = 0,77 см

7.3 Наружный и внутренний радиусы  цилиндрического канала: r5н = 8,785 см, r5вн = 8,015 см

7.4 Длина канала L4 = 1,26 см

8 Конический кольцевой канал:

8.1 Средние радиусы окружности  конического кольцевого зазора  на входе и выходе: r31 = 8,4 см, r32 = 10,5 cм

8.2 Толщина зазора на входе  и выходе: h31 = 0,56 см, h32 = 0,77 см

8.3 Длина канала: L3 = 2,1 см

9 Цилиндрический кольцевой канал:

9.1 Средний диаметр канала d6ср = 21 см

9.2 Ширина кольцевого зазора b6 = 0,56 cм

9.3 Наружный и внутренний радиусы  цилиндрического канала r6н = 10,78 см, r6вн = 10,22 см

9.4 Длина канала L6 = 1,26 см

10 Объемный расход расплава Vp = 10 cм3/с

Решение:

Коэффициент геометрической формы головки зависит от профиля и геометрических размеров формующих сечений головки (К1) экструдера, фильтрующей сетки (если она установлена) (Кф.с) и решетки (Кр):

                   (1)

Определим К соответствующего элементарного участка и скорость сдвига гi, что позволит рассчитать перепад давления на том же участке.

1 Фильтрующая сетка:

Кф.с = (n · F · d2) / (32 · д),                                                                                   (2)

Кф.с = (7 · 700 · 0,0072) / (32 · 7) = 0,2401/224 = 0,00107см3 = 1,07·10-3 см3

                                                                            (3)

Кр = (3,14 · 7 · 0,214) / (128 · 0,525) = 0,0427/67,2 = 0,000636см3 = 0,636· 10-3 см3

        (4)

К' = 1 / (1/0,016 + 1/0,0082 + 1/0,414 + 1/0,0824 + 1/1,616 + 1/0,772 + 1/0,0116) = 3,48 · 10-3 см3,

К = К' + Кф.с. + Кр,

К = 3,48 · 10-3 + 1,07 · 10-3 + 0,636 · 10-3 = 5,186 · 10-3 см3.

Коэффициент геометрической формы  головки экструдера ШФК равна    5,186 · 10-3 см3.

3.3. Расчет производительности экструдера

 

Шнек экструдера имеет постоянный шаг и переменную глубину нарезки спирального канала.

1.Исходные данные:

- диаметр шнека D = 63 мм;

- число заходов нарезки шнека  л = 1;

- коэффициент геометрической формы  головки, К = 5,186·10-3 см3.

Решение:

2. Принимаем степень сжатья шнека из соотношения I = 16.

 Из двух стандартных соотношений L/D = 20/25 выбираем L/D = 25.

Тогда длина шнека:

L = 25D,

L = 25 · 6,3 = 157,5 cм.

3 Определяем геометрические параметры  шнека:

1) глубину спирального канала  в начале зоны загрузки (под  загрузочной воронкой):

         (1)

h1 = 0,14 · 6,3 = 0,882 cм.

2) глубину спирального канала  в зоне дозирования:

3   (2)

h3 = 0,5 · [6,3 - v6,32 - (((4·0,882)/2,3))(6,3 - 0,882))] = 0,35 см.

3) глубину спирального канала  в начале зоны сжатия определяем:

h2 = h1 - ((h1 - h3) / L) · L0,   (3);

h2 = 0,882 - ((0,882 - 0,35) / 157,5) · 78,75 = 0,616 см,

где L - длина шнека, см;

L0 - длина шнека до зоны сжатия:

L0 = L - Lн,

L0 = 157,5 - 78,75 = 78,75

где Lн - длина напорной части шнека, см.

4) среднюю глубину нарезки в  напорной зоне шнека:

hср = (h1 + h3) / 2,

hср = (0,882 + 0,35) / 2 = 0,616 см.

5) рассчитываем длину зоны дозирования Lд и зоны сжатия Lсж. Для определения этого по выберем число витков в зонах дозирования равное 9 и сжатия - 1.

Тогда

Lд = 9 · D,

Lд = 9 · 63 = 567 мм,

Lсж = 1 · D,

Lсж = 1 · 63 = 63 мм.

6) шаг нарезки t принимаем из  соотношения t = (0,8 - 1,2) D

t = D = 63 мм.

7) находим рабочую скорость вращения  шнека:

n = (г · h3) / (р · D),           (4)

n = (60 · 0,35) / (3,14 · 6,3) = 1,06 об/с,

где г - средний градиентскорости (г = 50 ∙110 с-1), принимаем г = 60 с-1.

8) ширину гребня витка находим из соотношения: е = (0,06 ∙ 0,1) D

е = 0,08 · D,

е = 0,08 · 6,3 = 0,504 см.

9) радиальный зазор между гребне  шнека и внутренней стенкой  цилиндра:

д = (1 · 10-3 ∙ 3 · 10-3) · D = 2 · 10-3 · D,                                    (5)

д = 2 · 10-3 · 6,3 = 0,0126 см;

10) диаметр сердечника шнека  у загрузочной воронки:

d1 = D - 2h1,   (6);

d1 = 6, 3 - 2 · 0,882 = 4,536 см.

11) диаметр сердечника шнека  в зоне дозирования:

d3 = D - 2h3          (7)

d3 = 6,3 - 2 · 0,35 = 5,6 см.

12) угол подъема винтовой линии  нарезки шнека:

 

4 Коэффициент геометрических параметров  шнека:

у = 1 - ((6,9D) / (2(h2 - h3))) · lg(h2 / h3) + D2 / (2h2h3),  (8);

у = 1 - (6,9· 6,3 / (2(0,616 - 0,35))) · lg(0,616 / 0,35) + 6,32 / (2·0,616·0,35) = 73,025.

Вычисляем коэффициенты а и b:

а = (рІ / h2h3) · [(D(h2 - h3)) / (2h∙2h3)) - 1],                             (9)

a = (3,142 / 0,616 · 0,35) · [(6,3(0,616 - 0,35)) / (2 · 0,616 · 0,35)) - 1] = 132 см-2.

b = (2,3 / (h2 - h3)D3) · lg(h2(D + d3) / h3(D + d1)) + (2h2h3 + (h2 + h3)D) / (2D2h22h32),

b = (2,3 / (0,616 - 0,35) · 6,33) · lg(0,616(6,3 + 5,6) / 0,35(0,63 + 4,536)) + (2·0,616·0,35 +

+ (0,016 + 0,35)6,3) / (2·6,32·0,6162·0,352) = 1,761 см-4.

5 Определяем постоянные потоков:

- прямого:

A1 = (р3(t - лe)у) / (a + t2b),            (10)

A1 = (3,143(6,3 - 1 · 0,504) · 73,025) / (132 + 6,32 · 1,761) = 64,9 см3,

где л - число заходов нарезки шнека (л = 1).

- обратного:

В1 = (р3(t - лe)) / (12Lн(a + t2b)),                             (11)

                                           

В1 = (3,143(6,3 - 1 · 0,504)) / (12·78,75(132 + 6,32 · 1,761)) = 7,63 · 10-3 см3.

Потоком утечки С1 пренебрегаем, так как он еще меньше, чем обратный и практически не оказывает влияния на производительность экструдера.

7 Вычисляем производительность  экструдера, которую может обеспечить  выбранный шнек:

Qэ  = (A1 · K · n) / (K + B1 + C1),                                     (12)

= (64,9 · 5,186 · 103 · 2,675) / (5,186 · 103 + 7,63 · 103) = 310 кг/ч. 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В работе рассмотрена общая технология производства хлебцев. Также в проекте проведен анализ производства хлебцев  и проанализирована  поэтапно линия производства хлебцев, еще подробно рассмотрен процесс экструзии.

Проведены инженерные расчеты экструдера ШФК для производства хлебцев с производительностью 310 кг/ч,  поэтому целесообразнее выбрать именно этот экструдер, поскольку он обеспечит своевременное выполнение выпуска необходимого количества продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Труфанова Н.М. Плавление полимеров в экструдерах [Электронный ресурс]/ Труфанова Н.М., Щербинин А.Г., Янков В.И.— Электрон. текстовые данные.— Москва, Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, Ижевский институт компьютерных исследований, 2009.— 336 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16593.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
2. Алексеев Г.В. Процессы и аппараты пищевых производств [Электронный ресурс]: краткий курс и лабораторные работы/ Алексеев Г.В.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Вузовское образование, 2013.— 73 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16902.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
3. Остриков А.Н. Процессы и аппараты пищевых производств [Электронный ресурс]: учебник/ Остриков А.Н., Абрамов О.В., Логинов А.В.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: ГИОРД, 2012.— 616 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/15944.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
4. Ерёмина Н.В. Методы прогнозирования технологической и технической эффективности процессов и аппаратов пищевых производств [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Ерёмина Н.В.— Электрон. текстовые данные.— Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2006.— 100 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/14375.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
5. Дубровин И.А. Экономика и организация пищевых производств [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Дубровин И.А., Есина А.Р., Стуканова И.П.— Электрон. текстовые данные.— М.: Дашков и К, 2010.— 228 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/4471.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
6. Рудик Ф.Я. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования перерабатывающих предприятий [Электронный ресурс]: учебник/ Рудик Ф.Я., Буйлов В.Н., Юдаев Н.В.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Гиорд, 2008.—  c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/744.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
7. Верболоз Е.И. Технологическое оборудование [Электронный ресурс]: учебное пособие для бакалавров и магистров направления 151000 - Технологические машины и оборудование/ Верболоз Е.И., Корниенко Ю.И., Пальчиков А.Н.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Вузовское образование, 2014.— 205 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/19282.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
8. Компьютерные технологии при проектировании и эксплуатации технологического оборудования [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Г.В. Алексеев [и др.].— Электрон. текстовые данные.— СПб.: ГИОРД, 2012.— 256 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/15940.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
9. Алексеев Г.В. Возможности интерактивного проектирования технологического оборудования [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Алексеев Г.В.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Вузовское образование, 2013.— 263 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/16896.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
10. Буянов О.Н. Тепло- и хладоснабжение предприятий пищевой промышленности [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Буянов О.Н.— Электрон. текстовые данные.— Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2006.— 282 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/14392.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
11. Маюрникова Л.А. Основы научных исследований в научно-технической сфере [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие/ Маюрникова Л.А., Новосёлов С.В.— Электрон. текстовые данные.— Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2009.— 123 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/14381.— ЭБС «IPRbooks», по паролю