Расчет макаронных прессов

Производительность Q_T тестосмесителя любого макаронного пресса должна быть равна производительности Q_c пресса (матрицы) по сырым макаронным изделиям, т. е.

Производительность Q_c макаронного пресса (матрицы) по сырым изделиям рассчитывается по формуле.

где Q_r — производительность пресса по готовым (сухим) изделиям, кг/с; W_c — влажность сухих изделий, %, обычно принимают W_c = 13%; W_T — влажность теста, %.

В зависимости от ассортимента изделий, количества и качества клейковины муки руководствуются следующими примерными показателями влажности теста:

Макароны подвесной сушки…31,0—32,5%.

Макароны диаметром 6 мм (кассетная сушка)…29,5—31,5%.

Макароны диаметром более 6 мм…29,0—31,0%.

Вермишель и лапша…29,0—31,0%.

Фигурные изделия, рожки (прессованные)…29,5—31,5%.

Вместимость V месильных корыт тестосмесителя.

где т — продолжительность замеса, ч; р_н — насыпная плотность теста, кг/м³, для макаронного теста влажностью 29,0—31,0%; ф — коэффициент заполнения камеры тестом, ф = 0,50—0,75.

Общая длина I месильных камер

где S_n — площадь поперечного сечения камеры, м².

Исходя из конструкции месильных камер (рис. 13.11) можно в общем виде определить площадь S_n их поперечного сечения по формуле.

где R — радиус днища камеры смесителя, м; h — высота призматической части смесителя, м.

Потребная мощность N_T на замес теста ориентировочно равна.

где Я_л — максимальный радиус месильной лопасти, м; w — угловая скорость вращения месильной лопасти, рад/с.

Шнек является важным рабочим органом экструдера, производительность и устойчивость работы которого зависят от конструкции и размеров.

Основной определяющей характеристикой шнека (рис. 13.16) является внешний диаметр винтовой нарезки D, который выбирается в зависимости от вида и свойств перерабатываемого продукта, типа получаемого изделия и требуемой производительности экструдера.

Другой важной характеристикой шнека является отношение его длины L к диаметру D. Для экструдеров, используемых в пищевых производствах, это отношение находится в пределах 6—13.

Рис. 13.16. Геометрические параметры шнекового нагнетателя

Рекомендуемые границы, в которых обычно выбираются остальные размеры шнека:

• • шаг винтовой нарезки t = (0,7—1,2)D;
• • диаметр вала шнека d = (0,44—0,57)D, но при этом должно выполняться следующее условие:

где |/ — угол трения продукта по шнеку.

Угол наклона винтовой линии (3 различен по высоте канала шнека, и обычно при расчетах используют соотношение (4.6).

Отсюда видно, что шаг винтовой навивки нельзя принимать произвольно, даже в рекомендуемых границах, поскольку он определяет угол (3. Значение (3 зависит от коэффициента трения продукта по шнеку и по этому условию рекомендуется принимать величину угла от 17 до 22°.

При расчете нагнетателей шнековых прессов шнек в совокупности с массой уплотненного полуфабриката рассматривают как винтовую пару. Вращение шнека преобразуется во вращательно-поступательное движение «гайки» — уплотненного теста. Тесто, находясь под давлением прессования, может перемещаться к матрице по поверхности витка в том случае, если будет выполнено условие.

где/_с — коэффициент трения скольжения,/_с = 0,4—0,6.

Этот угол характеризует отношение шага шнека к его диаметру. Надежная работа пресса и стабильное качество изделий обеспечивается при отношении шага шнека к его диаметру от 0,5 до 1,0. Шнеки с отношением шага к диаметру менее 0,5 не могут быть рекомендованы к применению в связи с недостаточной подачей теста к матрице вследствие малого угла подъема лопасти шнека, а с отношением более 1,0 — как не обеспечивающие нормального качества изделий: значительная подача теста к матрице за один оборот шнека вызовет чрезмерное противодавление, интенсивное перетирание теста и разрушение клейковины.

В указанных пределах большее значение отношения шага шнека к его диаметру целесообразно применять для шнеков с диаметром до 100 мм, а меньшее — свыше 100 мм.

Пропускная способность матрицы (при наличии возвратного потока) будет соответствовать фактической подаче теста шнеком — результирующему потоку поступательного и возвратного потоков с применением коэффициента К_с, который определяет фактическую производительность макаронного пресса.

Фактическая производительность С2ф прессующего шнека.

где Qt — теоретическая производительность нагнетающего шнека, не учитывающая факторы, уменьшающие подачу теста шнеком, кг/ч; К_н — коэффициент заполнения межвиткового пространства тестом, характеризующий работу шнека в приемной зоне шнековой камеры, учитывает зависимость производительности шнека от степени заполнения винтовой полости приемных витков, определяется по номограмме (рис. 13.17), при достаточном питании шнека тестом, небольших частотах вращения шнека и правильном подборе его параметров величина К_н = 1 ;К_п — коэффициент прессования теста, характеризующий работу шнека в зоне уплотнения теста, учитывает степень уменьшения объема при переходе теста из крошкообразного, сыпучего состояния в прессованную вязкопластичную массу, при давлении прессования р = 5—6 МПа значение К_п = 0,51—0,56, при давлении около 10 МПа — 0,50—0,54; К_с — коэффициент, учитывающий степень уменьшения подачи спрессованного теста в зависимости от свойств теста, параметров нагнетающего шнека, величины зазора между лопастью шнека и внутренней поверхностью шнековой камеры, пропускной способности матрицы, для шнеков с отношением шага к диаметру меньше единицы и величине зазора не более 0,5 мм рекомендуется принимать К_с = 0,9—1,0; п — максимальная частота вращения шнека, об/мин; т — число заходов шнека, в макаронных прессах малой производительности обычно т = 1; Ъ_г, Ъ₂ — ширина винтовой лопасти в ее нормальном сечении по наружному и внутреннему радиусам шнека, м; р — плотность спрессованного теста при выходе из отверстий матрицы, кг/м³.

Коэффициент прессования К_и также можно рассчитать по формуле.

где р_н — плотность насыпного теста, г/см³; р — плотность спрессованного теста, г/см³.

Мощность N привода шнека.

Для матрицы производят технологический расчет, который заключается либо в определении производительности существующей матрицы, либо в определении необходимого диаметра матрицы при заданной ее производительности.

Рис. 13.17. Номограмма для определения коэффициента заполнения шнека

Геометрия матрицы характеризуется показателем, который называется коэффициентом живого сечения Kf (для круглых матриц Kf = = 0,035—0,140):

здесь/— площадь живого сечения матрицы, м²; F — рабочая площадь матрицы, м².

Производительность Q_c матрицы по сырым изделиям.

здесь v — средняя скорость выпрессовывания (течения теста по формующим каналам), м/с.

Скорость выпрессовывания может приниматься в следующих пределах: при давлении прессования р = 6—7 МПа — v = 0,015—0,025 м/с; при давлении прессования р = 9—12 МПа — v = 0,03—0,04 м/с. Производительность Q_r матрицы по сухим изделиям.

Площадь/живого сечения матрицы: • для трубчатых изделий (макарон).

где D_H — диаметр формующего отверстия, м; D_B — диаметр ножки вкладыша, м; п — число формующих отверстий, шт.;

• для вермишели.

где D₀ — диаметр формующего отверстия, м; • для лапши.

где b — длина формующей щели, м; а — ширина формующей щели, м.

Скорость выпрессовывания v в зависимости от формы сечения каналов определяют по следующим формулам:

• для макарон.

где v₀ — скорость скольжения, м/с, рекомендуется принимать v₀ = = 0; ц — динамическая вязкость, зависящая от влажности макаронного теста, Па-с, ц = 0,4−10⁴—0,3−10⁶ Па-с; dp/dz — перепад давления по длине формующего канала, Па/м, представляют в виде Ap/l; R_H — наружный радиус трубки макарон, м (рис. 13.18); R_B — внутренний радиус отверстия макарон, м; г — радиус от оси кольцевого канала, м;

Ар — перепад давления прессования, Па, Ар = (2—6)^[1] 10⁶ Па; I — длина канала, м, I = (3—7) ПО³ м;

Рис. 13.18. Схема течения продукта по кольцевому каналу матрицы

• радиус от оси кольцевого канала.

• для вермишели.

где R₀ — радиус сечения формующего отверстия, м; г = R₀/2, м;

где D — средний диаметр кольцевого отверстия, м, D = 2R — h; h — ширина кольцевого зазора, м, h = R — г; L — длина канала, м;

Рис. 13.19. Матрица с отверстием:

а — кольцевым; б — коническим.

• для конического отверстия (рис. 13.19, б).

где R, г — радиусы крайних сечений, м;

• для суживающегося или расширяющегося мелкого (щелевого) канала.

где b — ширина канала, м; у — угол наклона стенки к осевой плоскости, град; h_b h₂ — высота крайних сечений, м;

• для канала произвольного, постоянного по длине сечения.

где F — площадь сечения, м²; Р — периметр сечения, м;

• для канала одного из приведенных на рис. 13.20 видов сечения.

где В — максимальный размер сечения, м; Н — минимальный размер сечения, м;/— характеристика потока, зависящая от формы и размеров сечения.

Расходно-напорная зависимость шнека должна учитывать противоток полуфабриката Q_H, уменьшающий подачу теста, который рассчитывается по формуле

где К_г — коэффициент, зависящий от геометрии шнека, м³; п — частота вращения шнека, об/с; К₂ — коэффициент нагнетания, м³.

Рис. 13.20. Графики для определения геометрического коэффициента К_м

Коэффициенты и К₂ рассчитываются по формулам.

где Ъ — ширина формующего канала, м; h — высота формующего канала, м; D — наружный диаметр шнека, м; а — угол подъема винтовой линии шнека, град; 1_к — длина шнекового канала, м.

Приведенные выше зависимости для Q_M и Q_H в координатах «производительность — давление» имеют вид прямых линий (рис. 13.21). Точка их пересечения позволяет определить производительность макаронного пресса Q₃ при рабочем давлении Др_э в его предматричной зоне.

Рис. 13.21. Расходно-напорные характеристики шнекового пресса

Длину 1_п получаемых изделий рассчитывают по формуле.

где п_н — частота вращения ножа, об/с; z_H — число ножей, шт.

В макаронных прессах, применяемых на предприятиях общественного питания, резка макаронных изделий производится по матрице. Технологическая мощность N механизма резки в этом случае рассчитывается по формуле.

где Р — сопротивление резанию, Н; F — сила трения ножа по матрице, Н; v_H — скорость ножа, м/с.

Сопротивление резанию Р рассчитывается по формуле.

где q_p — удельное усилие резания, Н/м, q_p = 100—150 Н/м; L_H — длина режущей кромки ножа, м.

Усилие трения F ножа по матрице.

где/— коэффициент трения ножа по диску матрицы, / = 0,2; Р_п — усилие сжатия пружины, Н, Р_п = 100—120 Н.

• [1] для лапши Более точные результаты можно получить при рассмотрениисовместной работы двух основных элементов пресса — прессующегошнека и матрицы, каждый из которых характеризуется своей зависимостью производительности QM от перепада давлений (расходнонапорной характеристикой). Указанная зависимость для формующихканалов матрицы имеет вид где Км — коэффициент, учитывающий геометрию каналов матрицы, м3; ц — реологическая характеристика макаронного пресса (динамическая вязкость продукта), Па-с. Коэффициент Км рассчитывается по формуле: • для кольцевого отверстия (рис. 13.19, а) ббб