果蔬滲透脫水設(shè)備設(shè)計-XXXX王三郎

果蔬滲透脫水設(shè)備設(shè)計摘要滲透脫水的脫水具有能耗低，營養(yǎng)成分損失少的特點。由于它可以在較短的時間內(nèi)除去水果、蔬菜里的水分而不損壞其組織，使它們?nèi)阅鼙３衷酗L(fēng)味、色澤、營養(yǎng)和品質(zhì)，而且感觀與新鮮時幾乎一樣，因此是一種頗受看好的加工技術(shù)。生產(chǎn)中滲透脫水設(shè)備要解決幾個主要方面的問題：連續(xù)循環(huán)大量的高粘度滲透液，樣品原料飄浮現(xiàn)象（樣品原料比重小于滲透液的比重）。工業(yè)生產(chǎn)中需要考慮的幾個問題：使樣品原料浸泡在滲透液中，對樣品原料的操作要輕柔；原料樣品與滲透液的比值要盡可能的小。本次設(shè)計的設(shè)備主要結(jié)構(gòu)有振蕩槽，原料筐，循環(huán)泵，振蕩馬達(dá)，空氣壓縮機(jī)等。機(jī)械振蕩式滲透脫水設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，滲透溶液設(shè)計有回流管道，能夠有效調(diào)節(jié)滲透溶液濃度，同時設(shè)置氣壓缸的上下運動，振蕩馬達(dá)的左右方向的機(jī)械振動，加上原料框下方壓縮空氣管的擾流，和循環(huán)泵的噴淋可以強(qiáng)化滲透脫水過程的進(jìn)行，進(jìn)而最大限度的提升傳質(zhì)效率。關(guān)鍵詞：果蔬，滲透脫水，振蕩設(shè)備DesignofDewateringEquipmentforFruitsandVegetablesAbstractDewateringtechnologyhaslowenergyconsumption,lowlosscharacteristicsofnutrientsBecauseitcanberemovedinashortperiodoftimefruitsandvegetablesinwaterwithoutdamagetotheirorganization,sothattheycanmaintaintheoriginalflavor,color,nutritionandquality,andsensoryandalmostthesameaswhenfresh,itisapopularpromisingprocessingtechnology.Productionofdewateringequipmenttoaddressseveralmajorissues:acontinuouscycleofinfiltrationofalargenumberofhigh-viscosityliquid,thesamplematerialfloatinginthephenomenon(theproportionofsamplesofrawmaterialsislessthantheproportionofliquidpenetration)Industrialproductionneedstoconsiderseveralissues:thesamplesimmersedinosmoticsolutionofrawmaterials,theoperationofthesamplematerialtobegentle;rawsampleandtheratioofpermeatetobeassmallaspossible.Themainstructuresofthedeviceareoscillationtrough,rawmaterialbasket,Circulationpump,vibrationmotors,andaircompressors.Mechanicalvibration-typedewateringdeviceofsimplestructure,thedesignofosmoticsolutionreturnpipe,caneffectivelyregulateosmoticconcentration,andsettheairpressurecylindermovingupanddown,leftandrightmotordirectionofoscillationofmechanicalvibrations,coupledwiththecompressedairpipematerialinterferenceboxbelowflow,andcirculationpumpspraycanstrengthentheprocessofosmoticdehydrationcarriedout,andthenmaximizetheefficiencyofmasstransferenhancementKEYWORDS:fruitsandvegetables，osmoticdehydration，oscillationdevice目錄TOC\o"1-3"\u摘要 ③無傳感器。振蕩馬達(dá)的作用是產(chǎn)生左右方向的機(jī)械振動，這里利用中小型電機(jī)實現(xiàn)機(jī)械振蕩。直線電動機(jī)可看作是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的變形形式，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動的機(jī)械運動，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的傳動裝置，但由于直線電機(jī)氣隙較大，且初級鐵心兩端開斷，故電機(jī)的功率因數(shù)和效率較低[11]。參考夏永明等撰寫的文摘《雙定子直線振蕩電機(jī)的設(shè)計》，這里采用類似的直線電機(jī)設(shè)計方法，即綜合力特性較好的常規(guī)動磁式直線振蕩電機(jī)和存在永磁體磁阻力的動鐵式橫向磁通直線振蕩電機(jī)的優(yōu)點，設(shè)計一種新的直線振蕩電機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的主要特點是：采用反向磁通電機(jī)工作原理，鐵芯疊壓簡單；磁阻力近似為零，具有良好的力特性；零件少。組裝方便，成本低。4.1.1電機(jī)結(jié)構(gòu)和運行原理振蕩電機(jī)包含兩個由硅鋼片沿軸向疊壓而成的同心定子鐵芯，兩個定子鐵芯之間有一段間隔，用以容納定子繞組線圈，定子鐵芯通過壓板與基座固定，定子每個齒上的線圈相互串聯(lián)，當(dāng)通電時，線圈繞組在定子齒上產(chǎn)生N-S交替磁極。動子鐵芯與直線軸固定，電機(jī)兩端的直線軸承用以維持氣隙恒定，當(dāng)工作時，動子鐵芯在彈簧和電磁力的作用下與直線軸一起往復(fù)運動。1-彈簧；2-繞組；3-永磁體支架；4-內(nèi)定子鐵心；5-活塞腔；6-永磁體；7-外定子；8-活塞；9-端板10-吸收腔；11-排氣腔；12-外定子鐵心圖4-1雙定子動磁式直線壓縮機(jī)軸向剖面1-外定子鐵心；2-繞組；3-內(nèi)定子鐵心；4-永磁鐵圖4-2雙定子動磁式直線式壓縮機(jī)橫向剖面圖4.1.2電機(jī)參數(shù)計算及設(shè)計（1）推力、反電勢計算永磁體產(chǎn)生的磁力線從N級出發(fā)，經(jīng)過氣隙，定子齒、軛部、臨近的定子齒、氣隙、臨近的永磁體，最后通過動子鐵芯進(jìn)入S級形成閉合回路。永磁體軸向位置改變不影響永磁體的磁路，查閱資料可知氣隙磁密的計算公式為：（4-1）式中，Am為永磁磁極的截面面積，Ag為磁力線穿過截面的面積，Pm0為氣隙磁導(dǎo)，Pr1為漏磁導(dǎo)，Br為永磁體剩磁，Rg為氣隙磁阻。電機(jī)電磁推力（4-2）其中i為繞組電流，為永磁體與線圈交聯(lián)的磁鏈，x為動子位移；（2）共振頻率確定該振蕩電機(jī)和彈簧受迫振動系統(tǒng)系統(tǒng)等效，當(dāng)推力頻率與系統(tǒng)的機(jī)械共振頻率相等時，系統(tǒng)的振幅最大、耗能最小。機(jī)械共振頻率與彈簧彈性系數(shù)K及動子質(zhì)量m有關(guān)：（4-3）通過對電機(jī)回路的電壓進(jìn)行分析，可以得到頻率與電感、電容之間的關(guān)系：（4-4）其中為外加電壓角頻率，L為繞組自感，C為串聯(lián)電容值，實際系統(tǒng)應(yīng)同時滿足式（4-3）和式（4-4）。（3）彈簧參數(shù)計算動子質(zhì)量確定后，由式（4-3）可以確定彈簧彈性系數(shù)使電機(jī)工作在共振頻率上。當(dāng)動子靜止時，兩彈簧處于壓縮狀態(tài)，動子處于兩定子中間處，具有啟動推力；當(dāng)動子振動時，彈簧一側(cè)壓縮程度加大，另一側(cè)壓縮程度減小，在最大振幅處，壓縮程度加大的彈簧應(yīng)小于彈簧最大壓縮位移，壓縮程度較小的彈簧仍應(yīng)處于壓縮狀態(tài)，防止彈簧松動。（4）永磁體尺寸輸出力與永磁體圓周方向的長度有關(guān)，與永磁體的軸向長度無關(guān)。試驗結(jié)果表明，當(dāng)永磁體軸向長度大于單個定子厚度與定子間隔之和，小于兩倍的定子厚度與定子間隔之和時，電機(jī)在最大行程附近不會出現(xiàn)較大的永磁體磁阻力，整個行程內(nèi)的輸出力較為平滑。（5）定子尺寸確定定子疊厚，定子間隔及永磁體軸向長度共同決定最大動子振幅(4-5)4.1.3電機(jī)樣機(jī)參數(shù)雙定子直線振蕩電機(jī)的樣機(jī)參數(shù)包括電機(jī)氣隙g，即永磁體圓周方向長度，P為電機(jī)級數(shù)，A為振蕩振幅，Br為永磁體剩磁，以下是該電機(jī)的參數(shù)列表：表4-1雙定子直線振蕩電機(jī)樣機(jī)參數(shù)g/mmLc/mmPA/mmBr/T1606振蕩電機(jī)的電壓，振蕩頻率，額定轉(zhuǎn)速，額定功率的選擇電動機(jī)的形式包括結(jié)構(gòu)形式和防護(hù)形式，結(jié)構(gòu)形式按電機(jī)安裝位置的不同分為臥式和立式兩種，這里選擇立式安裝。防護(hù)形式采用封閉式，其適用于塵土多、特別潮濕、有腐蝕性氣體的環(huán)境。交流電動機(jī)的額定電壓應(yīng)與供電電網(wǎng)的電壓一致。工礦企業(yè)車間的低壓電網(wǎng)一般為380V，因此中小型異步電動機(jī)都是低壓的，額定電壓為220V/380V及380V/660V。這里采用220V/380V的額定電壓。電動機(jī)的振蕩頻率為工頻50HZ，電動機(jī)的額定功率取為15KW。電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速定為1500r/min，工作方式為周期性斷續(xù)工作。4.2離心泵的選型設(shè)計液體注滿泵殼，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，液體在離心力作用下產(chǎn)生高速度，高速液體經(jīng)過逐漸擴(kuò)大的泵殼通道，動壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力。本設(shè)備的循環(huán)泵只要達(dá)到抽出糖漿液在經(jīng)過管道送至原料筐上端后在噴下來就可以了，所以選擇最簡單的標(biāo)準(zhǔn)泵即可，所以選取離心泵其口徑為40mm電機(jī)功率為1.5kw流量為6.3m3/h型號為40CYZ-A-20圖4-3離心泵原理圖4.3關(guān)于氣缸的選型位于原料筐上面的氣缸除活塞桿作直線往復(fù)運動外，還需缸體做擺動，所以選擇耳環(huán)式安裝氣缸由于是立式安裝負(fù)載重所以選擇鎖緊氣缸行程計算原料筐的高度為460mm工作時原料筐完全浸入振動槽內(nèi)，原料筐與振蕩槽頂端距離為55mm當(dāng)浸透完成后原料筐提升至振蕩槽頂端以上170mm所以原料槽的移動距離為460+55+170=685mm選取QGSJ系列鎖緊氣缸行程選取800mm或著1000mm氣缸的載荷為原料筐的重量和原料的重量還有振蕩電機(jī)的重量原料重量40kg原料筐體重量大約為100kg，振蕩電機(jī)的重量約為40kg經(jīng)換算可知其總荷重不足200kg最后選擇QGSJ系列鎖緊氣缸直徑100mm最大行程1000mm參照機(jī)械設(shè)計單行本氣壓傳動與控制P24-744.4空氣壓縮機(jī)的選型空氣壓縮機(jī)是氣動系統(tǒng)的動力源，它把電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣壓能輸送給氣動系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機(jī)的種類很多，但按工作原理主要可分為容積式和速度式（葉片式）兩類。在容積式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于壓縮機(jī)內(nèi)部的容積被縮小，使單位體積內(nèi)的氣體分子密度增加而形成的；而在速度式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于氣體分子在高速流動時突然受阻而停滯下來，使動能轉(zhuǎn)化為壓力能而達(dá)到的。容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)不同又可分為活塞式、膜片式和螺桿式等；速度式按結(jié)構(gòu)不同可分為離心式和軸流式等；目前，使用最廣泛是活塞式壓縮機(jī)?；钊綁嚎s機(jī)是通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)使活塞作往復(fù)直線運動而實現(xiàn)吸、壓氣，并達(dá)到提高氣體壓力的目的?？諝鈮嚎s機(jī)的選型依據(jù)：工作壓力和流量；空氣壓縮機(jī)采用中壓型，活塞式結(jié)構(gòu)（1）空氣壓縮機(jī)的工作壓力查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》《氣壓傳動分冊》P19，表22-1-10[12]P為氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，此處取P=0.8Mpa，則空氣壓縮機(jī)的輸出壓力，活塞式氣缸，功率0.75~220KW，為氣動系統(tǒng)的總壓力損失，一般情況下，=（0.15~0.2）Mpa；4.5框狀空氣管的設(shè)計采用無縫鋼管，考慮到振蕩槽的尺寸和原料框底面積，這里取空氣管的總體尺寸為：長度×寬度=800×600mm2，中間為一直通管道，在管道中每隔10mm均布有一圈8個小孔。4.5.1框狀空氣管的直徑（內(nèi)徑）確定查《氣壓傳動》P86，表22-1-41，氣動系統(tǒng)管道種類及選擇[13]可知：從空氣壓縮機(jī)至空氣過濾器，從壓縮空氣站到各個氣動設(shè)備，壓縮空氣管道均需選擇硬管中的無縫鋼管作為輸送管道。常有紫銅管和常用鍍鋅管是硬管的常見形式，這里選擇無縫的常用鍍鋅管。管內(nèi)流速或最大流量決定了管道直徑的大小。管道內(nèi)徑d（4-6）式中Q—壓縮空氣在管道內(nèi)的體積流量，m3/s，這里取Q=0.18m3/min，即Q=0.003m3/s；v—壓縮空氣在管道內(nèi)的流速,m/s,一般壓縮空氣在廠區(qū)管道內(nèi)的流速為8~10m/s，用氣車間內(nèi)的流速可達(dá)10~15m/s。為避免壓力損失過大，限定壓縮空氣管內(nèi)流速在25m/s以下。這里選擇v=10m/s；∴，就近圓整為20mm。4.5.2空氣管接頭的選用常用的管接頭的連接形式有卡套式，插入式，卡箍式，快速接頭和回轉(zhuǎn)接頭。查《氣壓傳動》P420，表22-4-279壓縮空氣管接頭的分類，特點和應(yīng)用[14]卡套式管接頭一般用于工作壓力0~1Mpa的氣體管道，有色金屬管。這里選擇QJKT系列卡套式管接頭，查P424表22-4-281可知：QJKT系列卡套式管接頭適用于以壓縮空氣為工作介質(zhì)的管路系統(tǒng)中，用以連接有色金屬管和硬質(zhì)尼龍管，工作壓力0~1Mpa。密封可靠，連接方便。這里接管內(nèi)徑d取為20mm，結(jié)合框狀空氣管的結(jié)構(gòu)形式，這里需要選擇直通，三通，四通管接頭各一個，直角終端管接頭4個。下面是幾個管接頭的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)列表：表4-2框狀空氣管的管接頭具體結(jié)構(gòu)參數(shù)管接頭型號數(shù)量接管內(nèi)徑d`LSD直通管接頭QJKT-2J1-2012022703641.2三通管接頭QJKT-3J-2012022473641.6四通管接頭QJKT-4J-2012022473641.6直角管接頭QJKT-2J4-2042022473641.65輔助設(shè)備的設(shè)計5.1空氣過濾器的選型空氣中所含的雜質(zhì)和灰塵，若進(jìn)入機(jī)體和系統(tǒng)中，將加劇相對滑動件的磨損，加速潤滑油的老化，降低密封性能，使排氣溫度升高，功率損耗增加，從而使壓縮空氣的質(zhì)量大為降低。所以在空氣進(jìn)入壓縮機(jī)之前，必須經(jīng)過空氣過濾器，以濾去其中所含的灰塵和雜質(zhì)。過濾的原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將灰塵和雜質(zhì)空氣分離?？諝膺^濾器的選型依據(jù)：額定流量和過濾度（能過濾掉得最小灰塵直徑）空氣壓縮機(jī)的流量活塞式氣缸需要設(shè)置有氣罐，，其中—向氣動系統(tǒng)提供的流量，（標(biāo)態(tài)），—氣動系統(tǒng)的平均耗氣量，（標(biāo)態(tài)）。經(jīng)分析可知，此處應(yīng)該選擇除水濾灰過濾器，應(yīng)該滿足—實際處理流量，—所選用過濾器的額定流量；查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》《氣壓傳動分冊》P401，表22-4-243[14]選擇494系列過濾器表5-1主要技術(shù)參數(shù)型號通徑接管最高工作壓力過濾度494.113M5×0.81.0050494.216G1/8494.228G1/4494.3510G3/8494.3615G1/2494.4820G3/4494.4925G1表5-2外形尺寸參照表型號MaABCDEFGHJKLMN494.11M5×0.8257172526494.21G1/8/G1/4481281140173027225840240494.35G3/8/G1/27817818701750542681070373494.48G3/4/G1109274249523706635111390395尺寸圖如下：圖5-1過濾器外形尺寸其最大工作壓力為1.0Mpa，輸入壓力≤1.6Mpa，這里選擇輸入壓力P1=0.4Mpa，流量=200，，通徑為10mm。5.2溶液輸出和回流管道的設(shè)計實際生產(chǎn)中可以根據(jù)生產(chǎn)條件采用不同的方法對滲透液進(jìn)行處理，如：首先采用過濾，然后經(jīng)過滅菌、添加溶質(zhì)的方法恢復(fù)滲透液的濃度。對于使用混合溶質(zhì)的滲透液，滲透液的恢復(fù)相對比較復(fù)雜，在考慮恢復(fù)滲透液濃度的同時，還要注意滲透液中不同溶質(zhì)的比例要求?？傊瑹o論采用什么樣的滲透液和恢復(fù)方法，都必須保證滲透液的微生物安全性。當(dāng)然針對不同的食品有不同的微生物安全要求[15]。5.2.1溶液輸出和回流管道的作用溶液輸出管道經(jīng)過節(jié)流閥和溶液添加桶相連接，連接振蕩槽和滲透溶液添加桶的液壓管道，能夠及時將滲透脫水過程中通過滲透作用析出的大量水分及時排除，減小了振蕩槽的承載能力，同時能夠有效調(diào)節(jié)溶液濃度，防止了由于滲透過程的持續(xù)進(jìn)行，溶液濃度迅速下降導(dǎo)致的傳質(zhì)效率下降。原料添加桶是設(shè)備中調(diào)節(jié)滲透溶液濃度的簡易裝置，在這里可以將多余的水分排出去，同時可以通過添加高濃度的滲透液，保持溶液濃度的動態(tài)平衡?；亓鞴艿烙糜谶B接高度殺菌機(jī)和振蕩槽，聯(lián)合溶液添加桶實現(xiàn)滲透過程的高效進(jìn)行。5.2.2溶液輸出和回流管道的直徑確定溶液輸出和回流管道的流量初定為2.5m3/h，溶液的平均流速和體積流量與管道截面積的關(guān)系為：，其中u為溶液的平均流速，qv為溶液的體積流量，A為管道截面積，d為管道直徑。根據(jù)上式可得：參考江南大學(xué)等主編《食品工程全書》P11表1-1流體常用流速范圍表，選取滲透溶液的流速u=1m/s，則有：。5.2.3溶液輸出和回流管道的管件選用管道由管道組件、管道支吊架等組成，用以輸送、分配、混合、分離、排放、計量或控制流體流動。管道主要用于兩個或多個設(shè)備之間的連接。管道系統(tǒng)簡稱管系，按流體和設(shè)計條件劃分為多根管道連接成的一組管道。管道組成件是用于連接或裝配成管道的元件，包括管子、管件、法蘭、墊片、緊固件、閥門以及管道特殊件等。壓力管道是指按《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》限定的各種管道，是在生產(chǎn)、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危險性較大的特種設(shè)備。在《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》中，按壓力管道的用途將壓力管道分為工業(yè)管道，公用管道和長輸管道三類。工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用工程管道及其它輔助管道；公用管道是指城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)的用于公用事業(yè)或民用的燃?xì)夤艿篮兔裼霉艿?；長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位間的用于輸送商品介質(zhì)的管道。溶液輸出和回流管道用于振蕩槽與高度殺菌機(jī)，溶液添加桶和振蕩槽的連接，食品機(jī)械材料一般選擇不銹鋼，這里選擇鋼制管道，同樣也應(yīng)選擇相對應(yīng)的鋼制管件。在工業(yè)管道中，鋼制管件最為常用，鋼制管件包括大小頭、法蘭、法蘭盤、活接頭、短管、管箍和絲堵等。鋼制彎頭又分為無縫彎頭和沖壓焊接彎頭。①無縫彎頭無縫彎頭有彎曲半徑R=1.5DN90°和R=1DN90°及R=1.5DN45°三種，其規(guī)格尺寸可見《機(jī)械設(shè)計手冊》單行本《管道及管道附件》P11-90表11.5-18。②沖壓焊接彎頭沖壓焊接彎頭也有R=1.5DN90°、R=1DN90°和R=1.5DN45°三種，其規(guī)格尺寸可見《機(jī)械設(shè)計手冊》單行本《管道及管道附件》[16]P11-90表11.5-19。5.3消毒機(jī)殺菌是食品加工中一個十分重要的環(huán)節(jié)，在殺菌方法中，有巴氏殺菌法、高溫短時殺菌法、和超高溫瞬時殺菌法之分現(xiàn)在根據(jù)被處理物料的形態(tài)可分為以下幾種：體食品的殺菌設(shè)備、裝食品的殺菌設(shè)備、利用電流進(jìn)行殺菌的設(shè)備、利用電磁波的物理殺菌設(shè)備。本設(shè)備需要殺菌的是浸漬液，也就是蔗糖糖漿液。選擇流體食品殺菌設(shè)備：選擇管式殺菌機(jī)械設(shè)備。參考《食品加工機(jī)械與設(shè)備》P228圖9-9。6結(jié)論與建議6.1結(jié)論在這個畢業(yè)論文中，我設(shè)計的是果蔬滲透脫水設(shè)備，對于這個課題的認(rèn)知我個人認(rèn)為，最主要的是想法，要創(chuàng)新，要用所學(xué)的知識去思考解決問題。然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計設(shè)備。首先滲透脫水需要設(shè)計裝浸漬液和原料的容器，原料筐的移動我是通過氣缸的作用達(dá)到的，關(guān)于浮料的問題，我通過一個循環(huán)泵將糖漿從底部抽出，讓后從振蕩槽的頂端噴淋下去，在振蕩槽的底部通過空氣壓縮機(jī)將液體翻滾，形成擾流，使?jié)B透速度加快。而且在原料筐的上端加上一個振蕩馬達(dá)使其左右振蕩，也加快了滲透脫水的過程，關(guān)于滲透液的循環(huán)使用問題，我通過殺菌機(jī)和添液桶保持其濃度的不變性和均勻性。6.2建議這次的設(shè)備設(shè)計符合任務(wù)要求，但由于所學(xué)知識有限，難免有些方面考慮的不周到，像經(jīng)濟(jì)型問題，和一些細(xì)節(jié)問題等。還有像殺菌機(jī)一類的設(shè)備均是購買的。