Курсовая работа - Расчет восстановителя сухого молока ВСМ - 150 - файл n1.doc

Курсовая работа - Расчет восстановителя сухого молока ВСМ - 150
скачать (889.6 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc412kb.13.12.2011 00:29скачать
n2.doc1269kb.13.12.2011 00:27скачать

n1.doc

2. Проектирование аппарата

2.1 Описание конструкции и работы проектируемого аппарата
Аппарат состоит из многослойного реактора (включая перемешивающее устройство, тэны), гомогенизатора, пульта управления. Реактор представляет собой многослойный резервуар, изготовленный из нержавеющей стали с разделенной крышкой и размещенный на трех стойках.

На верхнем кольце реактора закреплена траверса с установленными на ней электродвигателем и червячным (цилиндрическим) редуктором. Выходной вал редуктора соединен муфтой с мешалкой рамного типа.

Резервуар реактора состоит из трех герметичных емкостей - ванны внутренней, ванны наружной и облицовки. Межстенное пространство между наружной и внутренней ваннами (в дальнейшем - рубашка) наполняется водопроводной водой через вентиль и систему клапанов. Уровень воды в рубашке контролируется датчиком уровня, а излишки воды стекают по переливной трубе в канализацию.

Аналогичным образом осуществляется подача и слив ледяной воды. В нижней части реактора установлены тэны для нагрева теплоносителя и термостат для регулирования его температуры. Между облицовкой и наружной ванной размещается тепловой экран.

Крышка состоит из двух частей, одна из которых имеет возможность вращаться вокруг оси, а вторая прижимается при помощи винтовых приспособлений к верхнему кольцу реактора.

Гомогенизатор установлен горизонтально на раме, имеющей опоры. Перекачиваемая гомогенизатором среда подводится к всасывающему патрубку и отводится из напорного патрубка.

Под воздействием подпирающего давления крупнозернистые частицы смеси, подлежащие гомогенизации, попадают на крыльчатку центробежной части, затем, получив ускорение, попадают на гомогенизирующий узел.

В гомогенизирующем узле происходит их раздробление между вращающимся и стационарным колибровочными цилиндрическими ножами ротора и статора. Вращающийся и стационарный колибровочные ножи исполнены в виде колец с отверстиями.

Попадающая на гомогенизирующий узел частица (например, жировой шарик), выдавливается крыльчаткой под воздействием давления, созданного

центробежной силой и проходит через первое отверстие. Так как частота вращения крыльчатки и одного из колец 3000 об/мин, происходит постепенное срезание (раздробление) подвижной частью кольцевого ножа (каждым отверстием вращающейся части) выходящего жирового шарика по мере его продвижения. Для создания более высокого давления и лучшей гомогенизации, насосная часть изготовлена многоступенчатой.

Линия имеет пульт управления, включающий управление перемешивающим устройством реактора, управление нагревом реактора агрегата растопления жиров, управление гомогенизатором и циркуляционным насосом, включает двухканальные электронные измерители - регуляторы, предназначенные для контроля температуры в продукте реактора.
2.2 Выбор конструкционных материалов
В молочной индустрии изготовление емкостей должно быть особо качественным, и оборудование обязано соответствовать серьезным параметрам: чаще всего через такие резервуары проходит от 50 до 100 тонн в сутки, и нагрузки сказываются на аппаратах. Вот почему емкости на молочных фабриках создаются из высокопрочных металлов, не передающих свой запах продуктам и не забирающий его. Нержавеющие стали, которые чаще всего являются основным материалом, экологически чисты, но существует проблема швов резервуара: они должны быть тщательно заполированы так, чтобы разница при переходе была менее или равна 0,63 мкм – примерно той же величине соответствует шероховатость равнокатанной стали.

Материал для изготовления ёмкостного оборудования – пищевая нержавеющая сталь. Материал внутреннего корпуса - полированная нержавеющая сталь.

В качестве конструкционного материала для основных деталей установки, контактирующих с продуктом, выбираем нержавеющую сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, разрешенную Минздравом РФ для контакта с пищевыми продуктами.

Для внутреннего корпуса выбираем полированную нержавеющую сталь 8-12X18H10.
2.3 Расчетная часть

2.3.1. Расчёт объёма и геометрических размеров восстановителя сухого молока

Объём аппарата 3) определяем, исходя из его необходимой производительности:

, (2.1)

где ? – коэффициент заполнения аппарата, ? = 0,85.

Полный объем аппарата равен:


Диаметр корпуса восстановителя сухого молока равен:

, (2.2)

м

Высота выпуклой части наружной поверхности днища:

, (2.3)



Радиус кривизны в вершине днища Rдн = D = 0,67 м.
Объём днища восстановителя сухого молока:

, (2.4)



Объём цилиндрической части аппарата:

, (2.5)



Высота цилиндрической обечайки:

, (2.6)



Сопоставим полученную высоту с конструктивным требованием:



Нц незначительно отличается от Hц, значит расчёт можно считать верным.

Высота слоя сухого молока в аппарате:

(2.7)



Площадь поверхности жидкости в аппарате вычисляется по формуле:

, (2.8)



Площадь сечения вытяжной трубы вычисляется по формуле:

, (2.9)


Диаметр вытяжной трубы вычисляется по формуле:

, (2.10)


Коэффициент формы днища восстановителя сухого молока рассчитывается по формуле:

, (2.11)

где d0 – диаметр отверстия для спуска.

Примем d0 = 0,05 м, тогда



Находим толщину стенки днища по формуле:

, (2.12)

где Р – наружное избыточное давление, МПа;

[?] – допускаемое напряжение при сжатии, МПа;

? – коэффициент прочности сварного шва, ?=1;

С– прибавка к расчётной толщине, С = 0,002 м.
Обычно оптимальными для емкостных аппаратов являются рабочее давление Р = 0,25 МПа и допускаемое напряжение при сжатии для стенки, изготовленной из Ст 3 [?] = 10 МПа, тогда:

м

Проверяем условие справедливого расчёта толщины стенки днища:

; (2.13)

;

, значит, условие выполняется, и расчёт можно считать верным.

По рассчитанным размерам выбираем стандартный восстановитель сухого молока типа ВСМ-150, техническая характеристика которого представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Техническая характеристика восстановителя сухого молока ВСМ – 150.

Параметр

Значение

Ёмкость реактора, л

150

Мощность установки общая, кВт

19

Установочная площадь, м

1,2

Масса, кг

180

Внутренний диаметр, мм

670

Габариты, мм:

-длина

-ширина

-высота


1048

870

900

Высота цилиндрической части, мм

400

Толщина, мм

6

Вместимость, м

0,176


2.3.2 Расчёт перемешивающего устройства
Выбираем рамную мешалку.

Диаметр мешалки рассчитываем по формуле:

, (2.14)

м

Принимаем 0,2 м.

Ширину мешалки рассчитываем по формуле:

, (2.15)

м

Значение окружной скорости принимаем м/с.

Число оборотов мешалки рассчитываем по формуле:
, (2.16)

об/сек.
Рассчитываем критерий Рейнольдса по формуле:

, (2.17)

где - вязкость раствора.



Рассчитываем критерий мощности по формуле:

, (2.18)

где с = 6,8; m = 0,2 – вспомогательные коэффициенты.



Рассчитываем мощность, потребляемую мешалкой при

установившемся режиме по формуле:

, (2.19)

Вт.

С учётом КПД передачи и сопротивлений, возникающих в аппарате при движении молока, мощность электродвигателя считаем по формуле:

, (2.20)

где - коэффициент сопротивления гильзы для термометра;

- коэффициент сопротивления трубы;

- коэффициент, учитывающий шероховатость стенок аппарата;

- КПД передачи.

Вт

Подбираем мотор-редуктор MRD 02.

Техническая характеристика редуктора представлена в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Техническая характеристика мотор – редуктора MDR 02.

Параметр

Значение

Мощность двигателя, кВт

0,25

Скорость входного вала, об/мин

1370

Скорость выходного вала, об/мин

418


Подбираем электродвигатель 4АМ80В6. Техническая характеристика электродвигателя представлена в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Техническая характеристика электродвигателя 4АМ80В6.

Параметр

Значение

Мощность, кВт

0,25

Скольжение, %

8

КПД, %

74

Коэффициент мощности

0,74


Подбираем роторный насос ВЗ – ОРА2. Техническая характеристика насоса представлена в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Техническая характеристика роторного насоса ВЗ – ОРА2.

Параметр

Значение

Подача, м

от 0,5 до 2

Напор, м

20

Мощность, кВт

1,5

Частота вращения, об/мин

1000

Масса, кг

38

Габаритные размеры, мм

-длина

-ширина

-высота


610

210

255


2.3.3 Тепловой расчёт тэнов
Расход тепла на подогревание смеси сухого молока рассчитываем по формуле:

, (2.21)

где - масса смеси сухого молока, кг;

=1,926 кДж/кг - удельная теплоёмкость сухого молока;

и - конечная и начальная температура нагреваемого продукта, .

Массу смеси сухого молока определяем по формуле:

, (2.22)

где - объём сферической части внутренней ванны, ;

- плотность сухого молока, ;

- коэффициент заполнения сферической части, .

Объём сферической части внутренней ванны считаем по формуле:

, (2.23)

где - радиус сферической части внутренней ванны, м.



кг

кДж

Расход тепла на нагревание внутренней ванны рассчитываем по формуле:

, (2.24)

где - удельная теплоёмкость нержавеющей стали, ;

- температура пара при абсолютном давлении 0,25 МПа, .

Массу внутренней ванны определяем по формуле:

, (2.25)

где s – толщина стальной ванны, м;

- плотность нержавеющей стали, .

кг

кДж

Расход тепла на нагревание наружной ванны рассчитываем по формуле:
, (2.26)

Массу наружной ванны определяем по формуле:

, (2.27)

кг

кДж.

Количество испаряемой за время нагрева влаги рассчитываем по формуле:

, (2.28)

где - коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости движения воздуха и физических свойств жидкости, ;

F – поверхность испарения, ;

- продолжительность испарения, с;

- упругость насыщенных паров жидкости при температуре среды жидкости, Па;

- упругость насыщенных паров жидкости при температуре окружающего воздуха, Па;

- относительная влажность воздуха,

Поверхность испарения определяем по формуле:

, (2.29)



кг

Расход тепла на испарение влаги с поверхности определяем по формуле:

, (2.30)

где r – теплота парообразования при температуре 30 .


Продолжительность процесса нагревания определяем по уравнению:

, (2.31)

где F – поверхность нагрева, ;

k – коэффициент теплопередачи, .

Поверхность нагрева определяем по формуле:

, (2.32)



Среднюю разность температур определяем по формуле как среднюю логарифмическую:

, (2.33)

.



мин

Потери тепла в окружающую среду считаем по формуле:

, (2.34)

где F – поверхность аппарата, м;

- продолжительность теплоотдачи, с;

- суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, ;

средняя температура поверхности стенки, ;

средняя температура окружающего воздуха, .

кДж.

Расход тепла за один цикл рассчитываем по формуле:

, (2.35)
кДж.

Необходимая суммарная мощность вычисляется по формуле:

, (2.36)
где к = 1,2 – коэффициент учитывающий запас мощности.

кВт = 1200 Вт.

Подбираем медный Тэн прямой формы с латунным основанием марки RDT SY TW3. Техническая характеристика тэна представлена в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Техническая характеристика Тэна RDT SY TW3.

Параметр

Значение

Трубная резьба

1” 1/4

Номинальная мощность, Вт

1200

Номинальное напряжение, В

220


3. Техника безопасности
Ёмкость должна иметь заземляющий зажим и знак заземления по ГОСТ 21130. Требования к заземлению и зажимам по ГОСТ 12.1030 и ГОСТ 12.2.007.0.

Напряжение питания цепей управления и освещения ёмкости не должно превышать 42 В.

Крышки люков должны иметь блокировки, обеспечивающие при открывании крышки отключение электродвигателя перемешивающего устройства и остановку автоматической мойки.

Все электрические провода должны быть проложены в металлических трубах или гибких металлических рукавах и на концах должны иметь маркировку.

Дверцы шкафа управления и пневмошкафа должны иметь внутренние замки, открывающиеся с помощью специальных ключей.

Сопротивление изоляции электрических цепей должно быть не менее 0,5 Мом.

Сопротивление между заземляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью изделия, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом.

Устройства, закрепляющие люки, должны легко закрываться и открываться от руки. Ёмкости должны быть укомплектованы средствами для механической мойки.

Ёмкости для хранения молока должны быть оснащены автоматическими приборами контроля за температурой и уровнем молока.

Мойка ёмкостей должна быть полностью механизирована.

Площадки обслуживания емкостей и лестницы к ним должны иметь ограждения и перила высотой не менее 1 м.

Материал настила площадки обслуживания и ступеней лестницы должен быть рифленым и исключать скольжение ног обслуживающего персонала.

Ёмкости следует подвергать приёмосдаточным и периодическим испытаниям.

Ёмкости перевозят всеми видами транспорта.

Ёмкости должны вписываться в железнодорожный габарит О-Т по ГОСТ 9238.

При эксплуатации емкости необходимо руководствоваться эксплуатационным документом на неё.

Вывод




В ходе курсовой работы был произведен технологический расчет восстановителя сухого молока ВСМ - 150. Были произведены расчёт объёма и геометрических размеров аппарата, расчёт перемешивающего устройства и тепловой расчёт тэнов.

Емкостное оборудование для молочной промышленности включает в себя различную тару для хранения, приема и транспортировки молока, заквасочники, ванны для длительной пастеризации молока.

Емкостное оборудование применяется для производства кефира и всех кисломолочных напитков, сметаны, созревания смеси мороженого, в составе линий поточного производства творога, сливочного масла и других молочных продуктов.

Обязательный элемент молочного ёмкостного оборудования – перемешивающее устройство, которое позволяет равномерно распределять жир по всему объему молока, находящегося в емкости. Таким устройством может быть: мешалка (рамная или лопастная), приводимая в движение при помощи мотор - редуктора; эжекторное устройство с насосом.

Восстановитель сухого молока имеет ряд преимуществ: возможность быстрой загрузки всех сыпучих компонентов; отсутствие мертвой зоны; отсутствие эффекта "воронки" при перемешивании; гомогенизирующий и диспергирующий эффект; саморазгрузка емкости (не требуется насос для разгрузки); данная технология растворения позволяет обойтись без нагрева воды для перемешивания; компактность (небольшие габариты); простота в обслуживании и мойке (не требует применения моющих головок); очень быстрое и полное растворение за счет кавитационного эффекта.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации