Наукові основи ресурсозберігаючого розподілу овочефруктової суспензії на перфорованій поверхні

Товщину шару рідкого продукту на кутовій відстані  від робочої крайки била можна розрахувати як

h () = Hрід , (21)

де Hрід – найбільша товщина шару рідкого продукту

рід – кутова ширина перерізу рідкого продукту.

Площа поперечного перерізу визначається як

Sрід = 2R Hрід рід / 3 = 2 р  Н3рід / (3 сf  R), (22)

де сf – коефіцієнт гідравлічного опору при русі продукту по поверхні барабана.

Характер обертального руху пластичного продукту залежить від його граничної напруги зсуву , перерізу та інтенсивності сил інерції.

Якщо розміри поперечного перерізу наближаються до характерних величин

ho = 2 / (  2  R  (1- h / 2R)), o = ho / (f  R), (23)

то пластичний продукт ковзає як єдине ціле, а його форма може варіюватися в широких межах.

Якщо розміри поперечного перерізу у багато разів перевершують ho, o, то продукт переміщується по поверхні барабана з безперервним деформуванням. З точністю до ho і o вільна поверхня описується рівнянням

h =  , (24)

де пл – кутова ширина перерізу пластичного продукту (рис. 6 а).

Геометричні параметрі поперечного перерізу можна оцінити по найбільшій товщині Нпл шару продукту в перетині

пл = Н2пл / (ho  R)  Sпл = 2Н3пл / 3 ho h =  . (25)

На стадії ковзання відходів властивості продукт описано моделлю сипкого ґрунту. Гранична напруга зсуву відповідно до відомого закону Ш. Кулона прямо пропорційна напрузі тиску

 = fвн  ,

де fвн – коефіцієнт внутрішнього тертя продукту.

Незалежно від розмірів перерізу продукт ковзає по поверхні барабана в “отверділому” стані. Форма його вільної поверхні має вигляд спіралі Архімеда

h = R  fвн  (гр  ), (26)

параметри поперечного перерізу можна розрахувати за найбільшою товщиною шару продукту Нгр (рис. 6б)

гр = Нгр / (fвн  R)  Sгр = Н2гр / 2fвн h =Нвн    R  fвн. (27)

Аксіальний рух рідкого продукту описано системою рівнянь потоку з вільною поверхнею та змінними витратами по шляху пересування

 ,

 , (28)

де    комплекс безрозмірних коефіцієнтів,  

vб  швидкість рівномірного аксіального руху суспензії

у – координата, спрямована вздовж осі барабана.

Аналогічну систему диференційних рівнянь одержано для пластичного продукту.

Потужність, що споживається на відповідній стадії процесу розподілу суспензії при секційному обертальному русі представлено в узагальненому вигляді Ni = kNi    v3  Vбар / R, (29)

де kNi – безрозмірний коефіцієнт, що залежить від реологічного стану продукту та відносної товщини шару продукту

Vбар – об’єм перфорованого барабана.

У розділі 4 викладено результати теоретичного аналізу процесу розподілу суспензії у масштабі протиральної машини. Характер та показники процесу суттєво залежать від структури потоку.

Повне перемішування суспензії (рис. 7) приводить до того, що властивості суспензії однакові у всій робочій зоні машини, концентрація часток баластових тканин у відходах дорівнює їх змісту в робочій зоні і становить

 , (30)

де свих – концентрація часток у вихідній суспензії

Q*  відносне завантаження перфорованої поверхні, що визначається як

 , (31)

де S – площа перфорованої поверхні машини

   товщина шару напівфабрикату, що відокремлюється при проходженні над отвором била, коли всю поверхню барабана вкриває вихідна суспензія.

Витрати напівфабрикату становлять

В =  . (32)

Розподіл з ідеальним витискуванням суспензії виходить із припущення, що суспензія під час процесу переміщується вздовж перфорованої поверхні від перерізу, через який відбувається завантаження сировини до перерізу вивантаження відходів, при цьому повздовжнього перемішування суспензії не відбувається. Аналіз процесу розподілу овочефруктової суспензії у цьому випадку дозволяє виділити стадії відокремлення основних компонентів (рис. 8).

Якщо виконується умова

сз + сб + сн  скр, (33)

то спостерігається відокремлення дисперсійного середовища,

де сз сб сн  об’ємна концентрація часток тканин, що запасають поживні речовини, баластових опуклих та ниткоподібних часток

скр – критична концентрація, при досягненні якої частки контактують між собою й утворюють структуру.

Коли сумарна концентрація часток досягає критичного рівня, тобто

сз + сб + сн  скр, (34)

починається стадія переважного відокремлення тканин, що запасають поживні речовини. Ця стадія продовжується, доки зміст твердих часток баластових тканин та ниткоподібних часток не досягне критичного рівня, тобто сб + сн  скр. Після цього відокремлення напівфабрикату уповільнюється й наступає стадія ковзання відходів, коли розподіл продукту практично припиняється.

У залежності від конструктивних параметрів машини в течії суспензії можна виділити одну, дві або три зони довжиною L1, L2, Lвідх, що відповідають стадіям відокремлення дисперсійного середовища, тканин, що запасають, та ковзання відходів, відповідно (рис. 8). Довжину перелічених зон можна розрахувати як

 , L2 =