Проект цеха по производству маргарина

 

Технологический расчет

Расчет цикла работы смесителя периодического действия.

 

Цикл работы аппарата называется оборотом. Время полного оборота складывается из затрат времени на продолжительность операции.

Время оборота (цикла) для вертикального цилиндрического смесителя будет складываться следующим образом. [5,с.462]

Операция                                                                                    Время, мин

1. Заполнение…………………………………………………………15

2. Перемешивание……………………………………………………15

3.Опорожнение……………………………………………………….20

Таким образом, время полного оборота для смесителя периодического действия составляет:

tц=t заг+t см +t выгр ,где

tц - время полного оборота (цикла)смесителя, мин.;

t заг,t см ,t выгр – время одной операции, соответственно, мин.

tц = 15+15+20 = 50 мин.

tц = 50 мин.

tц = 50 мин. = 0,8 ч

 

 

 

Расчет массы загружаемого сырья

Массу загружаемого сырья мы рассчитываем из формулы расчета объёма аппарата.

,

где Vапп - обьем аппарата; Vапп=1,2 м3 (по условию задания);

     ρ- плотность загружаемого сырья, (табличная величина); плотность сливочного масла ρ = 928 кг/м3 [5, с.467].

     φ - коэффициент заполнения аппарата сырьем, который определяется опытным путем. Для основной технологической аппаратуры (смесителя)

φ = 0,7-0,8. Принимаем что φ=0,8.[5, с.462]

m=V*ρ*φ = 1,2*928*0,8 = 890,88 кг.

Таким образом, масса загружаемого сырья смесителя периодического действия составляет 890,88кг.

Расчет производительности смесителя периодического действия

При продолжительности полного цикла работы аппарата τц = 0,83 ч, массе загружаемого сырья m = 890,88 кг,производительность (кг/ч) определяют по формуле:

где m – масса загружаемого сырья = 890,88 кг;

       время  загрузки в смеситель, t заг = 0,25 ч;

       время  смешивания, t см = 0,25 ч;

       время  выгрузки из смесителя, t выгр = 0,33 ч.

кг/ч

Таким образом, производительность смесителя периодического действия составляет кг/ч.

Конструктивный расчет

Под конструктивным расчетом понимается расчет основных конструктивных размеров машин и аппаратов (высоты и диаметра или ширины и высоты).

В начале конструктивного расчета определяем объем аппарата (м3) исходя из его загрузки по формуле; в нашем случае обьем аппарата дан в задании на курсовой проект Vапп = 1,2м3.

Расчет конструктивных размеров смесителя

Следующим этапом конструктивного расчета будет определение геометрического объема аппарата (м3) по формуле:

Vгеом. апп   = Vц.+ Vу. ц.

где Vц. – объем цилиндра;

      Vу. ц. – объем усеченного цилиндра.

(1)

 

где

D – диаметр аппарата, м;

hц. – высота цилиндра аппарата, м;

hу.ц. – высота усеченного цилиндра аппарата.

D

 

 

 

Приравниваем геометрический оббьем аппарата Vгеом. апп. к обьему аппарата исходя из его загрузки Vапп., т.к. они должны быть равными:

 

Подставим в равенство расчетные формулы для нахождения обьема аппарата и формулу(1), для нахождения геометрического обьема аппарата.

Получим:

(2)

где α – угол наклона днища цилиндра; α должен быть в радиусе 35◦,принимаем α=5◦

, α – угол наклона, α = 5ºC (по условию задания)

Так как в уравнении 2 содержится 3 неизвестных оно не решается. Поэтому мы выразим два неизвестных через третий. Для этого примем следующие соотношения:

hц. = 1,2D        (3)

hу.ц = 0,15D        (4)

Подставим значение в уравнение:

|×4

|×2

2,4πD3+0,15πD3=9,6

2,55πD3=9,6

2,55·3,14D3=9,6

8D3=9,6

D3=1,2

 

D=1,06

Примем D= 1,06м.

Из соотношения 3, находим высоту цилиндрической части аппрата:

hц. = 1,2D = 1,2×1,06 = 1,272 м.

Из соотношения 4, находим высоту усеченной цилиндрической части аппрата:

hу.ц = 0,15D = 0,15×1,06 = 0,159 м.

Общая высота аппарата: hц.+ hу.ц=1,272+0,159 = 1,431 м.

Расчет конструктивных размеров тепловой «рубашки» смесителя

«Рубашечная» поверхность теплопередачи

«Рубашечная» поверхность теплопередачи ) состоит из цилиндрического аппарата (1) и «рубашки» (2), охватывающая только часть цилиндрической поверхности аппарата и его днище.

 

 

 

Конструктивная схема «рубашки» аппарата

 

Вначале рассчитывается высота «рубашечной» поверхности нагрева из уравнения равенства поверхности теплообмена, найденной из теплового расчета, к геометрической поверхности «рубашечной» поверхности.

    

где     F – поверхность теплообмена, найденная из теплового расчета, м2;

          Fгеом.руб. – геометрическая поверхность «рубашки», м2.

Поскольку «рубашка» охватывает не только боковую поверхность аппарата, но и его днище, то формула примет вид:

                                                    (5)

где hр – высота «рубашки», м.

из формулы (5) выражаем высоту «рубашки»:

 

 

 

 

Тепловой расчет

Расчет расхода воды на нагрев эмульсии

 

Расчет расхода теплоносителя (воды) определяется из уравнения теплового баланса составляемого для данного теплового процесса.

    (6)

 

Приходную часть данного уравнения (6) можно записать в следующем  виде:

Qприхода= Q1продукта+ Q2воды+ Q3мет.апп.  (7)

где

Q1продукта – тепло, приходящее с продуктом, Дж;

Q2воды – тепло, приходящее с водой, Дж;

Q3мет.апп. – тепло, приходящее с металлом аппарата, Дж.

,

где

 

кДж/кг.

 

 

 

 

,

где

W-расход объема воды; кг

С1воды – теплоемкость воды при t1воды; Дж/кг∙К.

температуры воды на входе в аппарат, С.

,

где

 

 Дж/кг К.

, .

Подставим значения в уравнение и получим:

 

Расходную часть уравнения (6) можно представить в следующем виде:

Qрасхода = Q4+ Q5 + Q6    (8)

где

Q4 – тепло, уходящее с нагретой эмульсией, Дж;

Q5 – тепло, уходящее с водой, Дж;

Q6 – тепло, уходящее с нагретым металлом аппарата, Дж.

,

где

 

кДж/кг.

 

,

 где

W-расход объема воды; кг

с2воды – теплоемкость воды приt2воды;Дж/кг∙К.

температуры воды на выходе из аппарата, кг.

 

,

где

 

 Дж/кг К.

, .

Подставим значения в уравнение и получим:

 

, где

 

Полезное тепло (Дж) можно определить по следующей формуле:

 

Подставим значения

 

. 

Подставив в общем виде в уравнение теплового баланса операции нагрева растительного масла приходную и расходную части получим следующее уравнение:

.

 

 

Расчетные данные:

m пр. = 890,88 кг; (см. пункт 3.1.2.)

(принимается)

, [7, с.44];

, кДж/кг [5,с.467]

; [4, с.402];

 

t1воды  = 80°С, t2воды = 50°С;

с1воды = 4,185 кДж/кг; с2воды = 4,18 кДж/кг.

 

Принимаем: W=150,58

 

где, ч. [см. подраздел 3.1.1.]

 

Принимается: Wуд. = 602,32 кг/ч.

Определить количество полезного тепла проходящего через поверхность теплопередачи можно по формуле:

Qполезное = Q4 - Q1

Qполезное = 890,88*0,39*40-890,88*0,6*20 = 13897,728-10690,56 = 3207,168

Принимаем: Qполезное = 3207,168

 

Расчет площади поверхности нагрева тепловой «рубашки» смесителя

Поверхность нагрева или охлаждения рассчитывается из основного уравнения теплопередачи, которое записывается следующим образом:

,

где Q – количество тепла, проходящего через поверхность теплопередачи (определяется из уравнения теплового баланса без учета тепловых потерь), Дж;

F – поверхность нагрева, м2;K – коэффициент теплопередачи, Дж/м2∙град∙час; К=75 Дж/м2∙град∙час [4, с.178];

Dtср – средняя разность температур между продуктом и теплоагентом, град 0С;

  τ – время операции нагрева, τ=0,5ч. (см. пункт 3.1.1.).

Среднюю разность температур между теплоносителем и продуктом можно определить графическим способом:

 Расчетная  схема к определению 

По графику мы получили что:

∆tб=60°C; ∆tм=10°С.

 

где – большая разность температур между тепло или хладоносителем и продуктом на входе и выходе из аппарата;

      – меньшая разность температур между теплоносителем на выходе и входе из аппарата;

Найдем среднюю разность температур по формуле:

 

Подставим найденные значения в формулу:

 

 

 

Мы получили что: ∆tср =45,4°С

 

Решая уравнение относительно нагрева (м2) получим формулу для ее определения:

 

 

  Кинематический расчет

Электродвигатель с частотой вращения – 920 об/мин;

Частота вращения валов – 60 об/мин;

Мощность электродвигателя – 1,5 кВт

Расчет общего передаточного отношения привода

 

Где

 

, об/мин.

 

 

Принимаем:

 

Расчет передаточных отношений каждой передачи привода

 

Общее передаточное отношение складывается из произведения передач приводов.

 

где

 

 

; примем 

 

з передачи.

 

Выразим

 

Принимаем:=3

Расчет кинематических элементов для каждой передачи привода

Кинематическим элементом зубчатой передачи является число зубьев колеса.

Для первой передачи:

 

 

м колесе. Принимаем [9,с 143];

 

Выразим

 

Для второй передачи:

 

 

м колесе.

Принимаем [9,с.143];

 

Выразим

 

Принимаем:

 

 

 

 

 

 Расчет частоты вращения каждого вала кинематической схемы

 

Расчет частоты вращения вала первой передачи:

 

 

, об/мин.

 

Выразим

 

Расчет частоты вращения вала второй передачи:

 

 

 

, об/мин.

 

Выразим

 

Принимаем:

 

Гомогенизатор (рис. 7) предназначен для диспергирования водно-жировой эмульсии с целью раздробления жировых включений на более мелкие жировые частицы в результате интенсивного механического воздействия на продукт. Состоит из станины 1, в которой находится поршневой насос и гомогенизирующая головка 12. Насос приводится в движение от электродвигателя 14 через горизонтальный вал 15, эксцентриковый вал 2, шатун 3 и поршень (скалка) 4.

Эмульсия поступает через подающий канал 5, всасывающий клапан 6 и направляется в нагнетательный клапан 7, гомогенизирующую головку 12 и выходит через выходной патрубок 8.

Работа гомогенизирующей головки происходит следующим образом. При движении поршня 4 слева направо в цилиндре образуется разрежение. Благодаря этому из подающего канала 5 через всасывающий клапан 6 в цилиндр поступает подготовленная в смесителе грубая водно-жировая эмульсия.

При последующем движении справа налево поршень выталкивает из цилиндра эмульсию через нагнетательный клапан 7 в гомогенизирующую головку 12. Здесь эмульсия продавливается через образованный вогнутым седлом и выпуклым золотником зазор, который составляет 0,5...0,8 мм. Регулируют этот зазор при помощи штока 11 и опирающейся на него пружины 9. Проворачивая маховичок 10 в ту или другую сторону в большей или меньшей степени, прижимают золотник к седлу клапана, увеличивая \ или уменьшая зазор. С уменьшением щели давление в гомогенизаторе повышается и соответственно усиливается диспергирование эмульсии.

Рис. 7 - Гомогенизатор

 

Техническая характеристика гомогенизатора

Производительность, кг/ч  ………4000

Давление в гомогенизирующей головке, МПа  2...2,5

Давление в гомогенизаторе контролируется монометром. Если оно превышает заданное, срабатывает предохранительный клапан и избыток эмульсии выводится из головки. Из гомогенизатора эмульсия отводится через патрубок 8. Поршень и шток во избежание утечки эмульсии уплотняют при помощи сальникового устройства 13.

 

Эмулъсатор служит для получения высокодисперсной эмульсии маргарина так же, как и гомогенизатор. Состоит (рис. 8) из корпуса 7, крышки 3 с патрубками 4 для выхода эмульсии, двух подвижных дисков 2 и 8 и двух неподвижных дисков 5 и 7, гайки 5, приводного вала 9, полумуфты 10 привода электродвигателя, сальника 77 и входного патрубка 12.

Эмульсатор центробежного типа работает следующим образом. Эмульсия через патрубок 12 поступает в пространство между вращающимися 2, 8 и неподвижными 6, 7 дисками. За счет центробежных сил, возникающих при вращении дисков, эмульсия под действием создаваемого напора проходит в зазорах между дисками, где и подвергается интенсивному диспергированию.

Рис. 8 - Эмульгатор

 

Техническая характеристика эмулъсатора

Производительность, кг/ч  До 5000

Частота вращения дисков, мин-1   1450

Зазор между дисками, мкм 6... 15

Напор эмульсии, МПа 0,05

 

Переохладитель (вотатор) предназначен для охлаждения маргариновой эмульсии в тонком слое для проведения процесса кристаллизации, т.е. постепенного перевода эмульсии из жидкого состояния в твердое. Состоит (рис. 9) из станины 4, на которой установлены рабочие цилиндры 2, электродвигатель привода 3, редуктор 5 и аммиачная система 7. Рабочие цилиндры изготовлены из углеродистой стали с хромированной внутренней поверхностью. Нержавеющую сталь для изготовления цилиндров не применяют вследствие того, что ее теплопроводность меньше, чем углеродистой стали. Корпус 8 рабочего цилиндра имеет аммиачную рубашку 7 и крышку выхода эмульсии 6. Внутри цилиндра вращается полый вал 9 за счет шестерен 11 редуктора 5 привода. На валу крепятся ножи 10.

Рис. 9 – Переохладитель (вотатор)

 

Работа переохладителя протекает следующим образом. Маргариновая эмульсия температурой 35...40°С последовательно прокачивается насосом высокого давления по всем цилиндрам переохладителя.

Рабочие цилиндры переохладителя охлаждаются испаряющимся аммиаком температурой 17 °С, который подается насосом от аммиачной системы в испарительные рубашки 7 рабочих цилиндров 2, имеющих разъемы. Нижняя часть рубашки имеет корыто для жидкого аммиака, который по специальным каналам переходит в испарительные камеры, активно охлаждая рабочий цилиндр.