Методические указания к лабораторно-практическому занятию “Расчет электроплазмолизатора растительного сырья”

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрификации и автоматизации сельского хозяйства

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторно-практическому занятию

“Расчет электроплазмолизатора растительного сырья”

для студентов специальности

311400 - электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Новосибирск 2002

1. Электроплазмолиз растительного сырья

Плазмолиз - отслоение протоплазмы клетки от ее оболочки, сопровождающейся сжатием протоплазмы, гибелью клетки и выходом в межклеточник ее жидкости. Плазмолиз может быть достигнут механическими, термическими, электрическими и другими методами. Электроплазмолиз применяют в пищевой промышленности для увеличения выхода сока при прессовании растительного сырья (плодов, ягод и др.), для ускорения сушки растений. Например, при заготовке сена способом естественной сушки в поле теряется 25...50 % питательных веществ и время сушки на 30 % больше, чем после обработки плазмолизаторами.

Электроплазмолиз относится к процессам электроконтактной обработки растительного сырья. Процесс может осуществляется как на переменном , так и на постоянном и импульсивном токе. При прохождении электрического тока через влажную растительную массу выделяется теплота, что приводит к состоянию плазмолиза - отход от оболочки протоплазмы и это ведет к повышению клеточной проницаемости и, следовательно, к увеличению сокоотдачи плодов, овощей, ускорению обезвоживания травяной массы. Применение постоянного тока для электроплазмолиза ограничено из-за возможности разложения продукта.

Для электроплазмолиза растительного сырья служат специальные устройства - электроплазмолизаторы. Разработаны различные конструкции электроплазмолизаторов - с продольной и поперечной камерами электроплазмолиза, барабанные, валковые и с точечными электродами. Конструкция плазмолизатора определяется в основном  удельным сопротивлением r растительного сырья. При r <1 Ом×м используют электроплазмолизатор с точечными электродами; при 8>r>1 Ом×м - электроплазмолизатор с продольной камерой электроплазмолиза, а при r>8 Ом×м - барабанный (рис. 1) или валковый электроплазмолизатор.

                                                          1          

                                                        2

Рис 1. Конструктивная схема барабанного электроплазмолизатора:

1 - заземленный барабан с диэлектрическими бортами; 2 - фазные электроды; 3 - подача сырья; 4 - выход сырья после обработки.

Электроплазмолизатор валкового типа представляет собой два установленных с некоторым зазором между собой металлических валка - электрода, которые смонтированы горизонтально на станине и вращаются в подшипниках навстречу друг  другу. Подшипники и станина изолированы от валков. Электрический ток  к валкам подводится через коллекторные кольца, укрепленные на них. Растительное сырье непрерывно проходит между валками и замыкает электрическую цепь. Электроплазмолизатор барабанного типа “Импульс М“ (рис. 1) на трехфазном токе промышленной частоты и производительностью 6...9 т/ч предназначен для обработки дробленой ткани плодов и овощей.

2. Методика расчета барабанного электроплазмолизатора

1. Определяются с исходными данными:

U_ф - фазное напряжение питания электродной системы, В;

Q_m - подача технологической линии, кг/ч;

r    - удельное электрическое сопротивление растительного сырья, подвергаемое электроплазмолизму, Ом×м;

О    - температура обрабатываемого растительного сырья, ^оС;

l      - растояние между барабаном - электродам и днищем электроплазмолизатора, где в диэлектрической ванне находятся электроды - пластины, м;

h   - ширина рабочего канала барабана (длина барабана), м;

D  - диаметр барабана - электрода.

2. Рассчитывают напряженность электрического поля между электродами плазмолизатора, В/м

   ,

где  Е_доп - допустимое значение напряженности поля, В/м;

       j_доп £ 6 × 10³ А/м² - допустимое значение плотности электрического тока, А/м² .

3. Продолжительность процесса электроплазмолиза

,

где К_о - коэффициент токоустойчивости, показывающий, как клетки противостоят действию электрического тока, разрушающему оболочку. ( Для яблок К_о=1; для груш К_о=1,25; для слив К_о=0,75; для сахарной свеклы - 10; для винограда - 0,9...9 в зависимости от сорта).

4. Скорость перемещения растительного сырья в плазмолизаторе, м/с

,

где S=h×l - площадь живого сечения потока сырья, м²; d - плотность измельченной растительной массы, кг/м³ (для свеклы d= 700 кг/м³).

5. Длина зоны электрообработки, м

.

6. Частота вращения электроплазмолизатора, об/мин

.

7. Площадь одного фазного электрода электроплазмолизатора, м²

  ,

где х - расстояние между фазными электродами, м.

8. Сила тока электроплазмоилзатора в одной фазе

,

где К_к - конструктивный коэффициент, учитывающий влияние наличия сокомезговой или сокостружечной смеси за электродным пространством электродных камер (для барабанного электроплазмолизатора К_к=1,1).

9. Общая мощность трехфазного электроплазмолизатора

.

10. Расход электроэнергии на электроплазмолиз, Вт×ч/кг

.

11. Выход сока из растительного сырья:

для яблок и груш 

;

для сахарной и столовой свеклы

;

для винограда  ,

где d - средний размер частиц при измельчении, м.

Контрольные вопросы

1. Что такое плазмолиз?

2. Как с помощью электрического тока можно ускорить сушку травы?

3. Объясните физические процессы обработки сырья в барабанном электроплазмолизаторе.

Литература

1. Справочник инженера-электрика сельскохозяйственного производства/Учебное пособие. – М.: Информагротех, 1999. – 536 с.

2. Электротехнология/А.М. Басов, В.Г. Быков, А.В. Лаптев, В.Б. Файн. - М.: Агропромиздат, 1985. - 256 с.

3. Электротехнология/В.А. Карасенко,  Е. М. Заяц, А.Н. Баран, В.С. Корко.- М.: Колос, 1992.-304 с

4. Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. - М.: Агропромиздат, 1989.-175 с.

Задачи. 1. Рассчитать параметры электроплазмолизатора технологической линии подачи 8000 кг/ч для обработки стружки сахарной свеклы. Удельное сопротивление сокостружечной массы r = 9 Ом×м, рабочая температура массы О = 40 ^оС, расстояние между фазным электрода и заземленным барабаном l = 0,03м, а ширина канала h = 0,5 м, диаметр барабана D = 0,7 м, расстояние между фазными электродами  х = 0,01 м. Напряжение сети 380/220 В. Размер частиц стружки свеклы d = 0,01м.

2. Как изменится соковыделение при условиях предыдущей задачи, если средний размер частиц будет увеличен в 2 раза.