ЛЕКЦИЯ № 16 ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ
МОДУЛЬ № 3
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ЛЕКЦИЯ № 16 ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ
1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил. План лекции: 1. Общие сведения.ВОПРОС № 1 Общие сведения
Измельчение, классификация и прессование материалов относятся к механическим процессам, в результате которых изменяется только форма материала, а не его физико-химические характеристики.
Измельчение— процесс деления материалов на части путем их раздавливания, раскалывания, истирания, удара, резания и распиливания. При этом преодолеваются силы молекулярного притяжения в измельчаемом материале и образуются новые поверхности. Схемы способов измельчения приведены на рис.1.
Процессы измельчения разделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое), резание, распиливание и т. д.
При раздавливании материал помещают между нажимной и опорной плитами. На нажимную плиту действует сила F, под действием которой внутреннее напряжение в материале постепенно возрастает. Когда внутреннее напряжение превысит предел прочности сжатия материала, он разрушается. При разрушении образуются куски различных размера и формы. Этот процесс происходит в валковых дробилках, бегунах (см. рис.1, а).
Раскалывание возникает в результате контакта материала с клинообразным рабочим органом, когда на материал воздействует концентрированная сила F(cm. рис.1, б).
Разламывание осуществляется путем воздействия на материал, находящийся между двумя опорами, изгибочных сил F (см. рис.1, в).
Для резания (см. рис.1, г) применяют ножи различной конструкции.
Для распиливания туш используют пилы и фрезы. Распиливание осуществляется вследствие нажима пилы в плоскости измельчения F (см. рис. 1, д).
Истирание предназначено для тонкого помола материала. При перемещении опорной и нажимной плит в противоположных направлениях возникает сила F, воздействующая на измельчаемый материал (см. рис.1, е).
Рис.1. Способы измельчения
Измельчение материала ударом осуществляют в дробилках или ударным инструментом, например топором (рис.1, ж). Различают свободный удар твердым ударным инструментом и стесненный удар — при взаимодействии измельчающего материала с поверхностью опорной плиты, как это происходит в молотковых дробилках, дезинтеграторах.
Для измельчения сырья, полуфабрикатов и готовой продукции используют дробилки, мясорубки, терки, ножи, фрезы, пилы и протирочные машины.
Классификация — процесс разделения однородного материала по величине, форме и качеству. По технологическим требованиям части требуется использовать классификацию при переработке материалов, размеры, форма и качество которых должна находиться в строго определенных пределах. Например, при инспекции и консервировании фруктов и овощей их классифицируют по перечисленным признакам.
Вопрос 2. Способы измельчения и их физические основы.
Процесс проводят в дробилках и мельницах, начиная с измельчения глыб и кончая коллоидным измельчением. Размер частиц после коллоидного измельчения… (1)Измельчение резанием
На практике применяют следующие основные способы резания: пуансоном, резцом, ножом и фрезой. Наиболее распространенный способ — резание ножом и… Ножи бывают односторонние и двухсторонние (рис.2). Грань 1 одностороннего ножа… Применяют ножи разнообразных форм: серповидные в куттерах, дисковые в слайсерах для резки хлеба, овощей, а также при…Рис.2. Виды ножей
а — односторонний нож: 1 — режущая кромка; б—двухсторонний нож: 2—рабочая режущая грань
Резание можно разделить на собственно резание и рубку. При рубке резец перемещается только в перпендикулярном направлении к материалу, а при резании он движется как в перпендикулярном, так и в параллельном направлении к кромке материала. При рубке резец или клин проникает в толщу, например, мяса и уплотняет его верхний слой. При рубке поверхность получается не гладкой, не имеющей определенной формы. Рубку применяют, когда к поверхности среза не предъявляют специальных требований.
Для резания пластических материалов применяют струну. Полная работа, затрачиваемая на резание, Дж,
(8)
Резание можно рассматривать как процесс, состоящий из двух последовательных стадий: сначала лезвие ножа сжимает материал, а затем перерезает его, образуя ровную поверхность среза.
Работа, затрачиваемая на сжатие, выражается уравнением, предложенным акад. В. Л. Горячкиным,
(9)
|
(10)
Обычно пользуются понятием «удельное усилие резания», которое характеризует усилие резания, отнесенное к 1 м длины лезвия ножа. Так, удельное усилие резания моркови составляет 1400... 1600 Н/м, а картофеля - 600...700 Н/м.
Условный модуль сжатия материала лезвием ножа определяют экспериментальным путем. Его величина зависит от свойств материала, вида ножа, состояния лезвия, усилия резания и других факторов. Лезвие режущего инструмента характеризуется режущей способностью, которая в процессе эксплуатации уменьшается. Из-за перечисленных причин полную работу резания определить расчетным путем достаточно трудно.
Технологическим свойством материала при резании является его податливость резанию. Величина, обратная податливости, определяет способность материала сопротивляться резанию.
Коэффициент полезной работы лезвия представляет собой отношение полезной работы к полной:
(11)
Способность лезвия разделять материал на части является его режущей способностью, которая зависит от усилия резания: чем усилие резания меньше, тем режущая способность лезвия больше. Однако режущая способность лезвия уменьшается по мере его износа. Важным технологическим параметром лезвия является скорость резания, под которой понимают скорость перемещения лезвия в направлении резания. С увеличением скорости резания усилие резания уменьшается. Естественно, что при резании мягких продуктов уменьшается усилие резания, увеличиваются скорость резания и срок эксплуатации лезвия.
В пищевой промышленности применяют режущие инструменты разнообразных форм: прямоугольные, дисковые, ленточные, серповидные и др. Режущие инструменты могут совершать вращательное, возвратно-поступательное, колебательное движение, но могут быть и неподвижными, в то время как изрезаемый материал находится в движении в машине.