Вакуумная сублимационная установка для фермерского хозяйства

Оглавление
 
Аннотация
Введение
1. Исследовательская часть
1.1 Расчет газовых нагрузок
1.2 Определение проводимости линии вакуумной откачкиустановки
1.3 Материальный баланс установки
1.4 Длительность цикла сушки
2. Конструкторская часть
2.1 Расчет на прочность камеры сублиматораи конденсатора
2.1.1 Расчет на прочность оболочки конденсатора
2.1.2 Расчет на прочность оболочки сублиматора
2.2 Расчёт основных размеров сублиматора
2.3 Тепловой баланс установки
2.4 Расчёт электрического нагревателя
2.5 Выбор типа конденсатора и его расчёт
2.5.1 Расчёт необходимой поверхности
3. Охрана труда и экология
3.1 Анализ установки с точки зрения БЖД
3.2 Освещение
3.3 Вибрация и шум
3.4 Расчет виброизолирущих опор
3.5 Электробезопасность
3.6 Пожарная безопасность
3.7 Герметичность установки
3.8 Автоматика
3.9 Охрана окружающей среды
3.10 Общий вывод
4. Организационно-экономическая часть
4.1 Определение себестоимости установки
4.1.1 Расчет затрат на материалы
4.1.2 Расчет затрат заработную плату основным рабочим
4.1.3 Расчет затрат создание установки
4.2 Определение эксплуатационныхзатрат
4.2.1 Затраты на заработную плату обслуживающего персонала
4.2.2 Затраты на электроэнергию
4.2.3 Затраты на смазочные материалы за один цикл установки
4.2.4 Амортизационные отчисления
4.2.5 Стоимость эксплуатационного цикла установки
4.3 Увеличение стоимости 1кгготового продукта
5. Технологическая часть
5.1 Анализ технологичности изделия
5.2 Контроль качества сборки
5.3 Сборка узлов
5.3.1 Сборка центральной крышки
5.3.2 Сборка правой крышки
5.3.3 Сборка ротора 1 ступени
5.3.4 Сборка ротора 2 ступени
5.3.5 Сборка электродвигателя
5.3.6 Сборка ступеней РПВН
5.3.7 Общая сборка ротационно-пластинчатого вакуумногонасоса
Заключение
Список использованной литературы
 
Аннотация
Спроектировать вакуумную сублимационнуюустановку для фермерского хозяйства, производительностью до 10кг готовой продукцииза 1 рабочий цикл (производительностью до 45кг по испаренной влаге за 1 цикл).
Данная работа содержит ____ страниц текста, 14 листов чертежейформата А1. Целью данной работы является разработка вакуумной сублимационной установкипроизводительностью 45 кг по испаренной влаге за 1 рабочий цикл установки (7-9ч).
Работа содержит конструкторскую часть, в которой спроектированроторно-пластинчатый вакуумный насос и вакуумная камера. Выполнены расчеты роторно-пластинчатоговакуумного насоса. Проведены расчеты подшипников на нагрузку и расчет необходимоймощности электродвигателя.
В исследовательской части рассмотрен процесс сублимации пищевыхпродуктов, изучены кривые сублимации и рабочая область процесса. Произведено определениепроводимости системы, времени выхода на рабочий режим и рассчитано время рабочегоцикла сублимации 1 партии продукта.
В технологической части разработана схема узловой и общей сборкироторно-пластинчатого вакуумного насоса и схема испытаний РПВН на работоспособность.
В организационно — экономической части произведен расчет затратна создание установки, эксплуатационных затрат на один час, 1 цикл и на один годработы установки.
В главе охрана труда и экология установка рассмотрена с позициивреда и опасности для жизнедеятельности человека и безаварийности для предприятия,где она будет применяться.
Вывод по работе сделан с учетом всех проведенных исследований.
Введение
Одним из наиболее прогрессивных методов консервирования скоропортящихсяпродуктов является метод сублимационного обезвоживания в вакууме. Сублимационнаявакуумная сушка соединяет достоинства двух технологий: замораживания и сушки (удалениявлаги).
Вакуумная сублимационная сушка (еще ее называют лиофилизацией,возгонкой, — процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное безжидкой фазы) не разрушает структуру продуктов, сохраняет в них до 95% питательныхвеществ, витаминов, ферментов и других биологически активных веществ, поэтому ееиспользуют в производстве продуктов питания, лекарств, биологически активных добавок.
Технология сублимационной сушки была открыта в 1929 г. советским ученым Лаппой-Старженецким. Впервые ее стали применять во время Второй мировой войны,в основном для производства антибиотиков и сухих кровезаменителей. Уже после войныэтот метод получил широкое распространение в пищевой индустрии.
Ценность сушёных продуктов определяетсяв первую очередь по способности к набуханию и восстановлению первоначальных свойствсырья при замачивании в воде. Продукты животного и растительного происхождения атмосфернойи особенно горячей сушки этим качеством не обладают, так как сушка при более высокойтемпературе сильно денатурирует белок и разрушает структуру продукта
В настоящее время разработаны два наиболее совершенных способасушки, а именно:
сушка в вакууме при положительных температурах высушиваемогообъекта (холодная вакуумная сушка);
«Холодная вакуумная сушка» — это процесс удаления основногоколичества влаги из продукта при давлении близком к состоянию тройной точки воды(p=610 Па) и положительной температуре (4-6°С). Окончательное досушивание продукта доотносительной влажности ниже 5% происходит при режимах традиционной вакуумно-сублимационнойсушки, поэтому в пищевых продуктах в основном сохраняются витамины, ферменты, экстрактивныевещества, вкус, запах, что в максимальной степени приближает продукты после их восстановленияк показателям качества исходного сырья.
Продукты после «холодной вакуумной сушки», как и послесублимационной, имеют пористою структуру, благодаря чему высушенные продукты хорошои быстро восстанавливаются. В результате применения такого способа сушки получаютпродукты более высокого качества, чем из ранее известных методов сушки биологическихматериалов.
Сушка в вакууме при отрицательных температурах высушиваемогообъекта (вакуумная сублимационная сушка
Первый способ основан на понижении температуры кипения веществ,находящихся в жидком состоянии. При соответствующем разрежении (менее 20 мм рт. ст.) можно добиться, что вода будет кипеть при температуре менее 25°С, то есть притемпературе ниже той, при которой начинается свёртывание белка.
Сушкой методом сублимации называют способ консервирования, прикотором сушат продукты в замороженном состоянии. Данный способ основан на способностинекоторых твёрдых тел (например, твёрдого льда), обладающих высокой упругостью паров,переходить при определённых условиях из твёрдого состояния в пар, минуя жидкую фазу.Особенностью этого способа консервирования является замораживание продукта передсушкой. Чтобы ускорить процесс и предотвратить оттаивание продукта в результатепритока извне, его сушат под значительным вакуумом (остаточное давление менее 1 мм рт. ст.).
Для осуществления сублимационной сушки, парциальное давлениеводяного пара над сушимым материалом должно быть ниже тройной точки. В воде, содержащейсяв продуктах питания, растворены различные соли и минеральные вещества, поэтому температураеё замерзания и равновесное давление водяного пара ниже, чем для чистой воды. Соответственнодля льда, образующегося в реальных продуктах питания, парциальное давление составляетот 40 до 130 Па (0,3-1,0 мм рт. ст.).
Для получения качественного сухого продуктапри сублимационной сушке, температура в центре продукта поддерживается на уровнеот минус 20°С до минус 25°С. Конечная температура продукта не должна превышать 60°С,чтобы не наблюдалась тепловая денатурация белков продукта.
Наибольшее применение сушка сублимацией получила в технологияхпроизводства лекарственных препаратов, заквасок, ферментов, экстрактов лекарственныхтрав и других достаточно дорогостоящих объектов, когда требуется обеспечить сохранностьв сухом объекте всех полезных начал сырья в течение длительного времени. Низкая,порядка 2-5%, конечная влажность сублимационных материалов создает предпосылки дляих длительного хранения в условиях нерегулируемых температур.
К достоинствам сублимированных продуктов относят:
длительные сроки хранения (несколько лет);
малая масса;
сохраняется размер, форма и цвет;
Консервирование методом вакуумной сублимации является прогрессивнойтехнологией, в ряде случаев не имеющей альтернативы. Несколько десятков установок(отечественных) используются в сфере производства сублимированных пищевых продуктов.
На сегодняшний день вакуумная сублимационная сушка представляетсобой самый совершенный метод консервирования. Метод сублимационной сушки позволяетсохранять высокие вкусовые качества и питательную ценность пищевых продуктов продолжительноевремя (до 5 лет) при нерегулярных температурах (от-50до+40С).
В производстве продуктов питания сублимация представляет собойтехнологию удаления влаги из свежих предварительно замороженных продуктов вакуумнымспособом, что позволяет практически полностью (до 95%) сохранить в них питательныевещества, витамины, микроэлементы, первоначальную форму, естественный запах, вкуси цвет. Это является одним из важнейших достоинств сублимации, при этом позволяетизбегать разрушения структуры продукта, быстро восстанавливать сублимированные продукты,так как они имеют пористую структуру. Данный факт примечателен тем, что сублимированныепродукты в полной мере пригодны для детского и диетического питания.
Способом сублимационной сушки отлично консервируются фрукты,овощи, молочные изделия, мясо, рыба, супы и каши, грибы, приправы.
Продукты сублимационной сушки имеют широчайшие возможности дляиспользования их в качестве готовых продуктов быстрого приготовления, так и в качествеполуфабрикатов для дальнейшей промышленной переработки (кондитерская, пищеконцетратная,мясо-молочная, парфюмерная и другие отрасли).
Технология сублимации включает в себя два основных этапа: замораживаниеи сушку. Во время вакуумно-сублимационной сушки из продукта удаляется влага путемиспарения льда. Высокое качество и биологическая полноценность готовых сублимированныхпродуктов объясняется еще и тем, что обработке должно подвергаться только свежеесырье. Например, хранить ягоды на сырьевой площадке разрешается не более 8 часовс момента уборки, абрикосов — 12 часов, а персиков — 24 часа.
Вес сублимированных продуктов в среднем принимается от 1/5 до1/10 начальной массы. Столь малый вес сублимированных продуктов исключительно важендля существенного сокращения расходов при их транспортировке.
Упаковываются сублимированные продукты в трехслойные металлизированныепакеты с азотным наполнением весом от 2 г до 5000 г, в зависимости от условий реализации продукта.
вакуумная сублимационная фермерское насос
Если сублимированные продукты залить водой, они восстанавливаютсяв течение 2-3 минут. Весят они в несколько раз меньше свежих, не требуют специальныхусловий хранения и при температуре не выше 40оС хранятся 2-5 лет. Так как ультрафиолетовыелучи окисляют жиры животного происхождения, то сублимированные продукты, которыеих содержат, фасуют в непрозрачную упаковку, наполняют азотом и герметично закрывают.
Перерабатывающие предприятия в Европе и США производят сублимированныегрибы, зелень, овощи, каши, супы, мясо с гарниром, а также растворимый кофе. Пооценке специалистов представительства датской компании Niro A/S в России (в 2001 г. в состав Niro A/S вошел отдел, занимавшийся сублимационной сушкой, ранее принадлежавший фирмеAtlas-Stord), объем мирового производства сублимированных продуктов питания — 70000 т в год, из них 40 000 т — овощи, 25 000 т — мясо и рыбопродукты, 5000 т — фруктыи ягоды. Рост мирового рынка сублимированных продуктов составляет примерно 3,5%в год.
В Советском Союзе сублимационную сушку стали использовать в пищевойиндустрии в 60-х гг., в основном для снабжения армии и флота продовольствием — легкими не требующим специальных условий хранения. В небольших объемах сублимированныепродукты производили научно-исследовательские институты и научно-производственныеобъединения, например НИИ пищеконцентратной промышленности и специальных пищевыхтехнологий, ориентируясь на узкую группу потребителей — туристов, геологов, подводникови космонавтов.
Перспективное направление продуктов питания сублимационнойсушки:
для улучшения питания населения страны;
для организации лечебно-профилактического питания лиц, связанныхс химическими и физическими факторами риска на промышленных предприятиях и последствиямиаварий на атомных реакторах;
для улучшения обеспечения высококачественными продуктами питаниянаселения Севера и других труднодоступных районов;
для питания работников, условия труда и быта которых предъявляютповышенные требования к качеству питания (геологи, нефтяники, газовики, металлурги,шахтеры, подводники, строители дорог, заготовители леса и т.п.);
для детского и специального питания (радиопротекторного, иммуномодулирующего);
в рационах питания спортсменов, путешественников
для переработки лекарственных растений и эндокринно-ферментногосырья с целью длительного хранения и получения на этой основе лекарственных препаратовс заданными свойствами.
В пищевой промышленности продукты сублимационной сушки используютсяв качестве натуральных красителей и для повышения общей биологической ценности колбас,хлеба, молочных и других продуктов.
Особая роль отводится этим продуктам в создании государственныхрезервов продовольствия.
В нашей стране высокое качество продуктов сублимационной сушкидоказано многочисленными исследованиями, а также практикой их использования дляорганизации питания космонавтов, где к качеству пищи предъявляются особо высокиетребования.
Продукты сублимационной сушки не требуют холода и других специальныхусловий для хранения, могут транспортироваться любым видом транспорта в любую климатическуюзону и отдаленный регион, их показатели качества в течение длительного времени(5-10 лет) практически равны показателям свежих продуктов. Это одно из преимуществсублимации.
Применение таких продуктов оказывает воздействие на организмчеловека в разных направлениях:
нормализует работу желудка, кишечника, печени, почек, поджелудочнойжелезы, очищает организм от вредных накоплений после химии — и радиотерапии, отсолей тяжелых металлов, повышая при этом уровень гемоглобина в крови;
производит антиоксидантное действие, замедляя процессы старенияи уменьшая риск злокачественных образований;
стимулирует иммунную, нервную, сердечно-сосудистую и другие системыорганизма, снижая тем самым вероятность и тяжесть заболеваний;
восстанавливает и поддерживает энергопотенциал человека.
Сублимированные продукты используютсякак оздоровительное питание и как направленное лечебно-профилактическое средство.Нужная направленность достигается подбором взаимодополняющих растительных биологическиактивных компонентов, чем обеспечивается нужное сочетание витаминов, ферментов,микроэлементов и других полезных веществ.
Описаниеустановки.
Схема вакуумной установки представлена на отдельном листе. Помимопластинчато-роторного насоса, производительностью 7 л/с, система включает в себякамеру-сублиматор, камеру-конденсатор (десублиматор), холодильный агрегат, вакуумнуюлинию откачки: комплект вакуумной арматуры, который состоит из клапан SMC XLS25, трубопроводов,вакуумного затвора 2ЗВЭ-400, 3-х натекателей FCV10K, 3-х терморезисторных датчиковвакуума ПМТ-6-3, комбинированного датчика влажности/температуры HIH-4602-C и механическойловушки жалюзного типа. Так же в системе предусмотрено подключение течеискателяMS-40.
Порядок включения установки.
Включается вакуумный насос NI. Данныйнасос откачивает вакуумную камеру-сублиматор вакуумной до давления порядка 10 Па.,далее открывается вакуумный затвор V1. Процесс откачки контролируетсяс помощью трех терморезисторных преобразователей ПМТ-6-3 с диапазоном измеряемыхдавлений от 0.1 до 105 Па.
Если во время процесса работы установки произойдет внештатнаяситуация и отключится электричество, то перекрывается клапан V2и открывается напуск в вакуумный насос VF1, затвор V1 остаетсяоткрытым и откроется напуск воздуха в рабочую камеру VF2 (чтобы пары масла не перешлисо стороны нагнетания на сторону всасывания).
Порядок выключения установки.
Для выключения установки сначала открывают напуск воздуха в рабочуюкамеру, затвор V1 закрыт. Осуществляют напуск воздуха на РПВН через натекатель VF1и впоследствии выключают насос.
Система автоматики.
В дипломном проекте система автоматики как таковая не представлена,но необходимо отметить основное требование к этой системе: управление установкойидет по показаниям датчиков давления и сигналу о подаче напряжения.
Основные кнопки, расположенные на пульте управления:
1) подключение питания;
2) пуск вакуумного насоса;
3) контроль давления в системе;
5) управление холодильным агрегатом подачи хладагента;
6) управление вакуумными клапанами и затвором;
7) управление теплонагревателями камер;
8) программное обеспечение.
Назначение:
Установка сублимационной сушки предназначенадля выпуска сублимированных пищевых продуктов: грибы, мясо, овощи/фрукты, яйца,и т.д. Остаточная влажность готового продукта не превышает 5%.
Высушенный таким образом продукт можеттранспортироваться и длительное время храниться без охлаждения. Восстановление первоначальноговида с полным сохранением формы, цвета, запаха, вкуса и пищевой ценности достигаетсяпутем добавления воды. Высушенный продукт может быть также измельчен с целью получениявысококачественных пищевых добавок, натуральных порошкообразных напитков.
Применение:
Готовая продукция используется в пищевойпромышленности, сфере питания.
Сушка биоматериалов методом сублимациильда.
Предварительно замороженный в противняхпродукт с толщиной слоя 10-12 мм на транспортных тележках (входят в комплектацию)подвозят к сушильной камере 1, закатывают по направляющим в камеру и закрывают крышкой.После чего, в камере создают рабочее давление, необходимое для процесса вакуумнойсублимационной сушки (/>Па), посредством включения вакуумныхзадвижек, перекрывающих откачку воздуха из камеры. Выход установки на заданный режимпо давлению составляет в среднем 45-60 мин, после чего рабочее давление в сушильнойкамере поддерживается насосом.
При установлении в сушильной камерерабочею давления (данные контролируются и регистрируется на приборах пульта управления),включают нагрев теплопередающих плит, а соответственно и продуктовых полок. Температурунагрева задают в ручную, она не должна превышать предельно допустимую температурудля данного продукта и автоматически поддерживается в течение всего процесса. Сушкабиоматериалов в таком режиме сопровождается сублимацией льда, т.е. перехода влагииз твердого состояния в пар, минуя жидкую фазу. Далее, влажный пар, проходя черезбатарею конденсатора, конденсируется в виде льда, а неконденсирующиеся газы, посредствомвакуумного насоса, выбрасываются в атмосферу. В результате на батареях конденсаторанамораживается лед, толщина которого увеличивается по мере продолжительности сушки.
На этом все операции по подготовке установкик сушке продукта завершены и процесс вакуумной сублимационной сушки в камере проходитв автоматическом режиме.
Выгрузка продукта и подготовка оборудованияк следующему циклу.
После окончания процесса сушки в однойиз сушильных камер закрывают вакуумную задвижку, расположенную на патрубке междусушильной камерой и конденсатором, и отключают вакуумные насосы, работающие на этукамеру. Производят девакуумизацию конденсатора и сушильной камеры посредством напускныхклапанов, установленных на установке и управляемых с пульта или вручную. Открываюткрышку сушильной камеры и высушенный продукт, на противнях, выгружают и отправляютна упаковку или для дальнейшей переработки, а сушильную камеру и осушитель подготавливаютдля следующей сушки. Сушильную камеру и противни моют и дезинфицируют. Оттайка батарейосушителя осуществляется промыванием горячей водой, либо системой нагрева. Послемойки сушильной камеры и противней и оттайки батарей осушителя, данный модуль готовк следующему циклу сушки, при этом вакуумный затвор между конденсатором и сушильнойкамерой открыт.
Технические характеристики:
1.  Количествопротивней в сублиматоре, шт                             22
2.  Поверхностьзагрузки, м/>                                                                7
3.  Толщинаслоя продукта на противне, мм                              10-15
4.  Температурапродуктовых плит, °С                             -35 — +35
5. Рабочее давление в сушильной камере,Па
для пищевых продуктов, Па                                                         />
6.  Время достижениярабочего давления, мин                                    45 — 60
7.  Продолжительностьцикла сушки
при толщине слоя 10 — 15мм., ч                                                    7- 9
8.  Расстояниемежду продуктовыми плитами, мм                      65
9.  Влажность продуктаконечная, %                                           5
10. Количество циклов сушки без оттайкиосушителя, цикл      1
11. Охлаждение вакуумных агрегатов                      естественное
12. Установленная мощность трехфазнойэлектросети, кВт                12
13. Холодильная машина                        DWM Copeland M8-2SA-450
14. Потребляемая мощность (с холодильноймашиной), кВт    8
15. Площадь, занимаемая установкой,м2                                             15
16. Общая масса, кг                                                                      700
 
1. Исследовательская часть1.1 Расчет газовых нагрузок
Расчет вакуумной системы и выбор оборудованияосновывается на количественной оценке газовых потоков, поступающих в систему откачки
/>
/> - технологические газовыделения, количествовоздуха, содержащегося в водяном паре при сублимации.
В первые часы работы с противней сублиматораиспаряется />=8кг/ ч или /> кг/сводяного пара, который в этом количестве осаждается на батареях конденсатора.
Но влажный воздух, кроме водяного пара,содержит воздух, который откачивается вакуумным насосом. Для оценки количества газов,растворенных в материале, можно воспользоваться данными, приведенными на рис.2,на котором представлены кривые растворимости газов в воде.
/>
Рис.1
Как видно из рисунка, при давлении р=70Паи температуре влажного воздуха /> = 20°С содержится /> = 0.025 /> воздуха.
Из курса технической термодинамики известновыражение:
/>
/>, где
/> - плотность влажного воздуха
/> - плотность смеси
/> - среднее рабочее давление, котороеподдерживается в системе;
/> - газовая постоянная влажного воздуха;
/> = 20 + 273.16 = 293.16, К — температуравходящей парогазовой смеси
Тогда газовый поток составит:
/>
/>с
/> - десорбционное газовыделение с внутреннейповерхности камеры. Известна скорость удельного газовыделения, измеряемая потокомгаза, десорбирующегося с единицы поверхности в единицу времени />, внутренняя площадь
/>, тогда
/> - натекания через фланцевые соединения.
Для оценки натеканий через соединениясистемы, суммируются натекания через каждые фланцевые соединения элементов входящихв систему.
Сублиматор сборный состоит из обечайкиDy = 1030 мм и боковых крышек.
Наибольшая величина натекания черезкаждое соединение не более />
К обечайке привариваются пять фланцев/> = 63мм поддатчики давления, датчик температуры, течеискатель и натекатель. Наибольшая величинанатекания воздуха в вакуумную полость через каждый фланец />.
На одной из крышек сублиматора предусмотреносмотровое окно, наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость черезсмотровое окно />. На другой крышке сублиматора предусмотренфланец /> = 400ммдля присоединения конденсатора. Между сублиматором и конденсатором установлен вакуумныйзатвор /> = 400мм,наибольшая
величине натекания воздуха в вакуумнуюполость через вакуумный затвор />.
Конденсатор сборный, нижний поддон соединенс верхней частью через фланец />=600 мм, наибольшая величина натеканиявоздуха в вакуумную полость через фланец />.
К верхней части конденсатора привариваютсяпять фланцев
/> = 63мм для присоединения откачнойсистемы: под датчик давления, комбинированный датчик температуры/влажности, течеискательи натекатель. Наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через каждыйфланец />. Нанижнем поддоне предусмотрены фланцы />= 63мм подсоединение трубопроводовподвода и отвода
хладагента, и трубопровода слива водыпри размораживании льда на батареях конденсатора. Наибольшая величина натеканияв вакуумную полость через каждый фланец />.
Система откачки представляет собой Роторно-ПластинчатыйВакуумный Насос (РПВН), трубопроводную арматуру, вакуумные клапаны с электромагнитнымприводом, механической ловушки и фланцевых отводов для присоединения датчиков давленияи течеискателя. Все элементы стыкуются между собой разборными фланцевыми соединениями/>= 63мм. Наибольшаявеличина натекания воздуха в вакуумную полость через каждый фланец />
Суммируя величину натекания через каждыефланцевые соединения элементов входящих в систему:
/> или />
Газовая нагрузка:
/>
По известной газовой нагрузке, с учетомпроводимости вакуумной системы, определяется величина Sм3/с- быстрота откачки насоса, необходимая для обеспечения работы установки в рабочемрежиме при среднем давлении p=0.525 мм. рт. ст=70Па, котороеподдерживается в системе.
 1.2 Определение проводимости линии вакуумной откачкиустановки
Схема: Установка для сублимационнойсушки продуктов пищевой промышленности (рис.1)
1. Сублиматор
2. Вакуумный затвор />= 400мм, проводимость (теоретическая)в вязкостном режиме 35,3 />
3. Конденсатор
4. Участок вакуумного трубопровода />= 63мм, L=500мм.
5. Вакуумная механическая ловушка, проводимость (теоретическая) в вязкостномрежиме 0,47 />.
6. Участок вакуумного трубопровода /> = 63мм, L=220мм.
7. Клапан вакуумный угловой КВМ, проводимость (теоретическая) в вязкостном режиме0,18/>.
8. Участок вакуумного трубопровода />= 63мм, L=240мм.
Диаграммасостояния воды.
Она состоит из трех кривых, разграничивающихвсе возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости ипару.
Кривая ОА (рис.2), отделяющая областьпара от области жидкого состояния, называется кривой равновесия жидкость-пар иликривой кипения.
Кривая ОС, отделяющая область жидкойводы от области льда, называется кривой равновесия твердое состояние – жидкость.
/>
Рис.2 Кривая плавления.
Кривая ОВ — это кривая равновесия твердоесостояние-пар, или кривая сублимации.
Все три кривые пересекаются в точкеО. Координаты этой точки — это единственная пара значений температуры и давления,при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар.Она носит название тройной точки, />=273,16 К,/>=610Па
Справа кривая кипения оканчивается вкритической точке.
При температуре, отвечающей этой точке,- критической температуре — величины, характеризующие физические свойства жидкостии пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состояниемисчезает, для воды />= 647,2°С,/>=22,12МПа.
Сублимация — это такой процесс, прикотором при низких давлениях твердое вещество переходит непосредственно в парообразноесостояние, минуя жидкую фазу.1.3 Материальный баланс установки
Любой влажный материал состоит из влаги(растворителя) и сухого вещества />
где /> - масса влажного материала;
/> - масса влаги, содержащейся во влажномматериале;
/> - масса сухого вещества, содержащегосяво влажном материале. Отношение количества влаги к полному количеству влажного материаланазывается относительной влажностью материала:
/>
Отношение количества влаги к количествусухого материала называется влагосодержанием материала.
/>
Соотношения между относительной влажностьюи влагосодержанием.
/>
Количество влаги, содержащейся в материалеперед сушкой.
/>
Количество влаги, содержащейся в материалепосле сублимации.
/>
Количество влаги, удаляемой при сублимации
/>
где /> - начальное влагосодержание материала;
m — норма загрузкиматериала на единицу поверхности загрузки
/> - поверхность загрузки.
Задано: /> - заданная производительность, кг/сутки
/>,%
/>,%
/>,%
/>,%
/>,% Мясо говяжье 77,2 4,1 13,9 338,6 4,3 Яйца диетические 74,0 3,4 12,6 284,6 3,5 Гриб белый (ломтики) 85,6 3,6 14,2 594,4 3,7 Картофель (пюре) 75,0 3,8 12,4 300,0 4,0
/>
/> - начальная относительная влажностьпродукта;
/> - конечная относительная влажностьпродукта после досушивания;
/> - относительная влажность продуктапосле сублимации;
/> - начальное влагосодержание продукта;
/> - конечное влагосодержание продукта;
/> - коэффициент, учитывающий механическиепотери продукта в процессе
подготовки и загрузки сырья, по опытнымданным />=0.005-0.001
Выход готовой продукции />
Вес влаги, которую необходимо удалитьиз продукта />
/>, кг/сутки G, кг/сутки
/>, кг/сутки В, % Мясо говяжье 10 42,11 32,11 23,7 Яйца диетические 10 37, 20 27, 20 26,9 Гриб белый (ломтики) 10 67,0 57,0 14,9 Картофель (пюре) 10 38,5 28,5 25,9
 
Предварительноезамораживание продукта.
Из двух способов перехода продукта взамороженное состояние, первый самозамораживание, второй предварительное замораживание,предпочтительно предварительно заморозить продукт.
Самозамораживание в вакууме подходитне для всех видов продуктов, например, у мяса в процессе самозамораживания образуетсяповерхностная корка, которая препятствует замораживанию и, кроме того, этот процессочень длителен и дорог.
Расход тепла на замораживание продукта
/>
где /> - начальная масса сырого продукта;
/> - теплоёмкость продукта в замороженномсостоянии;
/> - теплоёмкость продукта при температуревыше криоскопической:
/> - начальная температура продукт;
/> - криоскопическая температура продукта;
/> - конечная температура охлажденияпродукта;
/> - начальная относительная влажностьпродукта;
/> - скрытая теплота плавления.
/>, кг
/>,/>
/>, />
/>, К
/>, К
/>,K
/>, кДж
/>,/> Мясо говяжье
21
■- 1,76 3,25 293,16 272,16 253,16 3043 56 Яйца диетические 18 1,68 3,18 293,16 272,63 2510 56 Гриб белый (ломтики) 35 1,76 3,85 293,16 271,16 6081 67 Картофель (пюре) 19 1,76 3,35 293,16 272,16 2788 58
Количество тепла, которое необходимоотвести от продукта, можно также определить по разности энтальпий продукта при начальнойи конечной температурах
/>, кДж
где /> - начальная масса сырого продукта;
/>, /> - энтальпий продукта при начальнойи конечной температурах.
Для увязывания графиков работы сублиматорови для наилучшей загрузки морозильных устройств необходимо знать продолжительностьпредварительного замораживания высушиваемого материала различной формы. Продолжительностьзамораживания продукта любой формы может быть определена по уравнению Планка.
/>,
Где /> - полное количество тепла, отводимоеот 1 кг продукта при доведении его до температуры замерзания, а также при замораживаниидо конечной температуры />;
/> - температура охлаждающей среды;
/> - коэффициент теплопроводности замороженногопродукта;
/> - коэффициент теплоотдачи от продуктак охлаждающей среде,/>;
/> - плотность сырого материала;
/> - высота пласта нарезки замораживаемогопродукта принимается 12 мм, как рекомендуемая.
/>, />
/>,/>
/>, />
/>, К
/>, К
/>, ч
/>,/>
/>,/> Мясо говяжье
14,49
■- 985 3,25 243,16 253,16 1,88 0,135 126-252 Яйца диетические 139,4 1045 3,18 2,16 0,115 Гриб белый (ломтики) 17,37 400 3,85 2,48 0,098 Картофель (пюре) 146,7 1050 3,35 2,04 0,102
R и P — коэффициенты, зависящие от формы и относительных размеровтела. Для прямоугольных плит, характерных для сушильных камер (противни в сублиматоре)коэффициенты R и Р зависят от соотношениясторон плиты, где l — длина b-ширинаh-толщина плитыl/h b/h Р R l/h b/h Р R 1 1 0,1667 0,0417 4,5 1,0 0,2250 0,0580 1,5 1 0,1875 0,0491 4,5 3,0 0,3215 0,0902 2,0 1,5 0,2308 0,0656 5,0 2,0 0,2941 0,0827 2,0 2,0 0,2500 0,0719 5,0 5,0 0,3570 0,0982 2,5 1,0 0, 2083 0,0545 6,0 1,0 0,2308 0,0592 2,5 2,0 0,2632 0,0751 6,0 2,0 0,3000 0,0839 3,0 2,0 0,2727 0,0776 8,0 1,0 0,2353 0,0599 3,0 3,0 0,3000 0,0849 8,0 2,0 0,3077 0,0851 3,5 1,0 0,2186 0,0567 8,0 4,0 0,3200 0,1012 4,0 2,0 0,2857 0,0808 10,0 2,0 0,3125 0,0865 4,0 3,0 0,3156 0,0887 10,0 5,0 0,3846 0,1037 4,0 4,0 0,3333 0,0929 - - 0,5 0,125 1.4 Длительность цикла сушки
Расчёт общего времени сублимационнойсушки.
При расчёте процесса сушки пользуютсяэмпирическим коэффициентом массоотдачи />, который предварительно определяютэкспериментально для каждого продукта: />
где /> - убыль массы материала за время />;
/>,/> — давление насыщения, соответствующеетемпературе материала и конденсации; F — поверхностьиспарения.
Скорость сублимации со всей поверхности
/>
Продолжительность сублимации
/>
При сублимации из равномерного слояматериала толщиной h имеем
/>
Плотность сырого материала />
где /> - плотность сухого остатка.
Для расчёта общего времени сублимационнойсушки из слоя Э.И. Гуйго была предложена следующая формула:
/>
/> - конечное влагосодержание материала;
/> - давление в сублиматоре;
/> - конечная температура материала;
/> - приведённый коэффициент скоростисушки при досушивании. Поверхность материала значительно возрастает, если материалгранулируемый.
Норма загрузки в случае сушки гранулодинакового размера,
/>
где N — число частиц, загруженныхна единицу поверхности;
/> - объём одной частицы;
/>-длина ребра куба (примем, что частицаимеет форму куба).
Поверхность одной частицы />
Общая поверхность всех частиц />
Для пластины гидравлический радиус сублимации/>, м
где /> - площадь, занимаемая пластиной; /> - открытая поверхностьсублимации;
h — толщинапластины.
При одностороннем высушивании /> ~/>, />=h. При двухстороннем высушивании /> ~/>, />=h/2
 
/>=h, м
/>, мм. рт. ст/
Па
/>, мм. рт. ст/
Па
/>,/>
/>, мм. рт. ст/
Па
/>°С Мясо говяжье 0,01
1,238
/
165
0,167
/
22 224,6
0,525
/
70 20 Яйца диетические 271,7 Гриб белый (ломтики) 155,5 Картофель (пюре) 262,5
/>, ч
/>, ч
/>, ч Мясо говяжье 9,124 3,579 12,703 Яйца диетические 8,988 3,878 12,873 Гриб белый (ломтики) 4,873 3,802 8,675 Картофель (пюре) 9,248 3,687 12,935
Действительная поверхность сублимации/>
Где /> - коэффициент использования поверхности.
После подстановки в выражение, для определениявремени сублимации
/>
Отношение объёма частицы к поверхностисублимации назовём гидравлическим радиусом
/>
Тогда выражение для определения временисублимации примет вид
/>
/>
/>,/>,/> — численные значения коэффициентовопределены из опыта для трёх материалов типичной структуры и приведены в таблице.Структура материала
В,
/>
/>,
/>
/>, %
/>,
/>
А,
/> Коллоидного 0,131 0,06275 47,8 0,1572 6410 Каппилярно-пористого 0,222 0,00551 0,2664 81.2 Коллоидного каппилярно — пористого 0,557 0,0051 0,6684 315,0
/>,/> — давление насыщения, соответствующеетемпературе материала и конденсации, численные значения приведены в таблице.
/>
/>
/>
/> -50 0,029 -20 0,772 -45 0,052 -15 1,238 -40 0,093 -10 1,946 -35 0,167 -5 3,008 -30 1,280 4,579 -25 0,471
 
Число циклов сублимационной сушки.
/>
/> - продолжительность цикла сушки, ч;
/> - вспомогательное время, необходимоедля подготовки и установки к следующему чиклу сушки, ч; зависит от конструкции аппаратауровня механизации работ, может быть определена из практических замеров, надо стремитсяснизить это время;
/>, кг
/>, кг
/>, кг Мясо говяжье 10 42,0 32,0 Яйца диетические 10 37,0 27,0 Гриб белый (ломтики) 10 67,0 57,0 Картофель (пюре) 10 39,0 29,0
Зная /> и />можно определить часовую производительностьустановки по сырью: />
по сухому продукту />
среднее количество удаляемой влаги />
В связи с большой неравномерностью влаговыделенияво время сушки эта величина не может быть использована в расчётах.
Отношение максимального для данногопроцесса сушки часового влаговыделения к среднему расчётному часовому количествуудаляемой влаги называется коэффициентом неравномерности сушки.
Коэффициент неравномерности сушки /> изменяется в пределахот 1,5 до З,5 в зависимости от вида продукта, формы и размеров и принятой конструкциисушильной камеры
/>
/>, ч
/>
/>
/>
/> Мясо говяжье 15 1 2,8 2,1 0,667 Яйца диетические 15 2,5 1,8 0,667 Гриб белый (ломтики) 8 3,7 3,2 0,556 Картофель (пюре) 15 2,6 1,9 0,667
2. Конструкторская часть2.1 Расчет на прочность камеры сублиматора и конденсатора
Геометрия камер: Параметры Сублиматор Конденсатор Длина обечайки, м 1,2 0,66 Внутренний диаметр обечайки, м 1,03 0,6 Радиус сферической крышки, м 0,86 0,55 Толщина стенки, м 0,005 0,003 Длина соединительного патрубка, м 0,5 Внутренний диаметр соединительного патрубка, м 0,4
Площадь внутренней поверхности системы:
/>, где
/> - площадь внутренней поверхности сублиматора;
/> - площадь внутренней поверхности конденсатора;
/> - площадь внутренней поверхности вакуумноготрубопровода;
Объем системы:
/>, где
/> - объем внутренней поверхности сублиматора;
/> - объем внутренней поверхности конденсатора;
/> - объем внутренней поверхности вакуумноготрубопровода;
Материал:
Сталь коррозионно-стойкая 12Х18Н10Т
Предел выносливости />
Модуль упругости первого рода />
Коэффициент запаса устойчивости />
Скорость удельного газовыделения, измеряемаяпотоком газа, десорбирующегося с единицы поверхности />
 2.1.1 Расчет на прочность оболочки конденсатора
Допускаемое давление из условия прочности:
/>
Где /> - толщина стенки обечайки
/> - прибавка на коррозию
/> - радиус обечайки
Допускаемое давление из условия устойчивости:
/>
/>
Где />
/> - длина обечайки
Допускаемое наружное давление:
/>
Коэффициент запаса: />
 2.1.2 Расчет на прочность оболочки сублиматора
Допускаемое давление из условия прочности:
/>
Где /> - толщина стенки обечайки
/> - прибавка на коррозию
/> - радиус обечайки
Допускаемое давление из условия устойчивости:
/>
/>
Где />
/> - длина обечайки
Допускаемое наружное давление:
/>
Коэффициент запаса: />
 2.2 Расчёт основных размеров сублиматора
При плотности исходного продукта /> общий объём сырья,одновременно загружаемого во все сублиматоры установки: />
/>, кг
/>
/> Мясо говяжье 42,0 985 0,043 Яйца диетические 37,0 1045 0,035 Гриб белый (ломтики) 67,0 400 0,062 Картофель (пюре) 39,0 1050 0,037
Для сушки продукт должен быть размещёнв слое минимальной толщины. Нередко обусловленной кулинарными требованиями обычноh = 5 + 20 мм.
/>
Общая площадь, необходимая для размещениявсего объёма продукта в слое выбранной толщины
/>, кг
/>
h, м
/> Мясо говяжье 42,0 0,043 0,01 4,3 Яйца диетические 37,0 0,035 3,5 Гриб белый (ломтики) 67,0 0,062 6,2 Картофель (пюре) 39,0 0,037 3,7
Далее определяют площадь противней,которые необходимо разместить в сублиматоре
/>
/>=0,8 — учитывает неравномерность заполненияпротивней слоем продукта.
/>
/>
/> Мясо говяжье 0,8 4,3 3,575 Яйца диетические 3,5 4,375 Гриб белый (ломтики) 6,2 7,75 Картофель (пюре) 3,7 4,625
В результате проектирования сублиматораполучены следующие показатели:Длина цилиндрической части м 1,2 Диаметр цилиндрической части м 1,03 Объём цилиндрической части, м 1 Ширина контейнера, м 0,7 Длина контейнера, м 1 Длина противня, м 1 Ширина противня, м 0,33
Площадь противня, /> 0,33
Общая площадь противней в контейнере,/> 6,60 2.3 Тепловой баланс установки
Так как теплообмен в сублиматоре определяетсядовольно сложными процессами массообмена, целесообразно расчёт вести по количествуподводимого в сублиматор тепла.
Примем, что поверхность нагревательныхэлементов равна поверхности загрузки сублиматора.
Таким образом, обеспечивается равномерноераспределение тепла над высушиваемым материалом.
Таким образом, тепловой расчёт сублиматорасводится к нахождению тепловых потоков, которые должны создаваться нагревательнымиэлементами для поддержания заданных температур и режимов сублимации.
В сушильную камеру поступает тепло отнагревателей и из окружающей среды за счёт теплопритока через стенки камеры
/>
где /> - тепло, выделяемое нагревателями
/> - теплопритока через стенки камеры
При электрическом подогреве /> = 0,24/>, кДж
где /> - продолжительность работы нагревателя.
При циркуляции горячего теплоносителячерез полые плиты количество тепла, выделяемого в камеру, определяется выражением
/>
где /> - вес циркулирующего теплоносителя;
/>-теплоёмкость теплоносителя;
/>-температура теплоносителя на входев сублиматор;
/> - температура теплоносителя на выходеиз сублиматора.
Тогда всё тепло, вводимое в сушильнуюкамеру в единицу времени
/>
или />
где К — коэффициент теплопередачичерез стенку камеры;
/> - наружная поверхность камеры;
/> - разность температуры помещения икамеры.
Это тепло расходуется на испарение влагии на нагревание высушиваемого материала, а также на прогрев всей массы камеры,
В период сублимация удельный расходтепла на удаление 1 кг влаги различен для процессов сублимации (на начальной стадиисушки) и испарения (в конце сушки).
Рассчитав количество сырья загружаемогов один сублиматор
/>
/>, кг n, шт. i
/>, кг Мясо говяжье 84,0 2 1 42,0 Яйца диетические 74,0 37,0 Гриб белый (ломтики) 100,0 50,0 Картофель (пюре) 78,0 39,0
определяют количество влаги, удаляемойпри сублимации
/>
/>,%
/>,%
/>,%
/>, кг
/>, кг Мясо говяжье 338,6 4,3  74.78 42,0 25,264 Яйца диетические 284,6 3,5 37,0 22,914 Гриб белый (ломтики) 594,4 3,7 50,0 41,428 Картофель (пюре) 300,0 4,0 39,0 23,648
На этом участке температура меняетсяот начальной /> до />= 0°С, соответственно меняются и значенияр — теплоты сублимации, значение теплоты сублимации определяется посредней температуре продукта.
/>
/>
/>
/> -30 2903,4 -18 2876,3 -28 2898,3 -16 2871,7 -26 2892,3 -14 2866,7 -24 2888,9 -12 2862,1 -22 2884,3 -10 2857,5 -20 2880, 19 2834,1
Тогда количество теплоты, затраченноена процесс сублимации, определяется: />
/>
/>
/> Мясо говяжье 2526,4 2866,7
7,242/> Яйца диетические 22,914
6,5685/> Гриб белый (ломтики) 41,428
9,010/> Картофель (пюре) 23,648
6,78/>
Количество влаги удалённое путём испарения:
/>
/>,%
/>,%
/>, кг
/>, кг
/>, кг Мясо говяжье 4,3 74.78 42,0 25,264 6,749 Яйца диетические 3,5 37,0 22,914 17,784 Гриб белый (ломтики) 3,7 67,0 31,428 4,299 Картофель (пюре) 4,0 39,0 23,648 7,432
На этом участке температура меняетсяот начальной /> до />= 20°С
В период досушивания на испарения влагии нагрев материала расходуется
/>
/>,
где R — среднеезначение теплота испарения воды;
r — среднеезначение теплота плавления льда в продукте.
/>
/>
/>
/> Мясо говяжье 2834,1 209,34 2625
1,772/> Яйца диетические 234,46 2600
2,024/> Гриб белый (ломтики) 280,52 2554
1,098/> Картофель (пюре) 242,83 2591
1,926/>
Полный расход тепла в одном испарителе:
/>
/>
/>
/> Мясо говяжье
7,242/>
1,772/>
9,014/> Яйца диетические
6,568/>
2,024/>
8,592/> Гриб белый (ломтики)
9,010/>
1,926/>
10,108/> Картофель (пюре)
6,78/>
1,772/>
8,706/>
Максимальное количество тепла необходимогодля подвода к продукту в начальный период сублимации льда с поверхности
/>,
где /> - максимальное значение теплоты сублимации,определяется по начальной температуре продукта; /> - время сублимации; /> - количество влаги,удаляемой при сублимации.
/>
/>
/>
/> Мясо говяжье 25,264 7,756 2880, 19
9,382/> Яйца диетические 22,914 7,462
8,844/> Гриб белый (ломтики) 31,428 8,176
8,558/> Картофель (пюре) 23,648 7,738
8.802/> 2.4 Расчёт электрического нагревателя
Нагреватели сублиматора рассчитываютсяисходя из условия кратковременного получения от них /> тепла.
Максимальное количество тепла, котороенеобходимо получить от всех нагревателей, размещённых в сублимационной камере
/>
где /> = 1.1 — 1.15 — коэффициент, учитывающийнепроизвольный расход энергии на нагрев самих нагревателей, корпуса и аппаратурысублиматора, на повышение температуры пара уходящего в конденсатор.
/>
/>
/> Мясо говяжье
9,382/> 1,15
10,798/> Яйца диетические
8,844/>
10,171/> Гриб белый (ломтики)
8,558/>
9,842/> Картофель (пюре)
8.802/>
10.122/>
Требования к нагревателю:
возможность плавной регулировки теплосъёмас нагревателей и снижения теплосъема
с нагревателей до нуля в конце сушки;
нагреватель необходимо изготовить ввиде плиты минимальной толщины, чтобы обеспечить небольшой коэффициент использованияобъёма сублиматора;
-  количествоэнергии, излучаемой нагревателем вверх и вниз должно быть одинаково, размеры длиныдолжны быть равны размерам противней с продуктом;
-  температураплиты должна быть по возможности более высокой, так как в условиях сублимационнойсушки наиболее эффективен подвод тепла излучением;
должно быть обеспечено максимальнаяравномерность температуры на всей плоскости плиты нагревателя.
Максимальную мощность нагревателей,для одного сублиматора находят из условия
/>
Количество нагревателей в сублиматорена единицу больше количества рядов, тогда мощность одного нагревателя
/>
/>
/>
/> Мясо говяжье
10,798/> 3,485 10 0,317 Яйца диетические
10,171/> 3,285 0,299 Гриб белый (ломтики)
9,842/> 3,179 0,289 Картофель (пюре)
10,122/> 3,269 0,297
Выбирается материал нагревателя НИХРОМ:
/>
удельное сопротивление, при 20/>С;
/>= 0.00012 — 0.0004 — температурныйкоэффициент сопротивления.
Зная U = 220 В определяется ток
/>
Далее определяется потребная температураизлучающей  поверхности нагревателя
/>
где />,/> — температура поверхности нагревателяи продукта,°К;
/> - площадь обкладки нагревателя, равнаяплощади противней в одном горизонтальном ряду, />
/> - приведённая степень черноты поверхностистепень черноты поверхности продукта и нагревателя
/>
В расчётах принимается />=/>, так как данные по /> в литературе отсутствуют.
/>= 1.2-1.25 — учитывает влияние конвективноготеплообмена между нагревателем и продуктом.
Температура нихромовой проволоки />,
где С =0,7-0,8 — величина, учитывающаяохлаждение системы.
Далее определяется удельное сопротивлениепроволоки при данной температуре.
/>
Зная силу тока /> и температуру нихромовойпроволоки />
по справочнику электрических нагревательныхприборов определяется диаметр проволоки у 1000°С и 0,94А — 0,1 мм)
Затем определяется потребная длина нагревателя/>
 2.5 Выбор типа конденсатора и его расчёт
В результате теоретических и экспериментальныхисследований с последующей опытной проверкой в промышленных условиях в качествеосновного принципа конструктивного оформления конденсаторов вакуум сублимационныхустановок принято устройство ступенчатого конденсатора с посекционным включениемрабочей поверхности на охлаждение.
Первая особенность конденсатора — егорасположение. Конденсатор составляет единое целое с сублиматором, и при расчётеконденсатора практически следует иметь в виду лишь группу трубных секций, каждаяиз которых включается через определённые промежутки времени.
В этих условиях расчёт конденсаторасводится к определению требуемого числа секций, определение поверхности каждой иразработке графика их включения на охлаждения.
Определение часового влаговыделения.
Зная закономерность влаговыделения сквадратного метра поверхности продукта производительность установки и длительностьпроцесса сушки, легко установить характер влаговыделений походу процесса. Для этойцели следует определить общую поверхность испарения F по формуле: />
где /> - поверхность протвиней, />;
/> - коэффициент, учитывающий проходноесечение противня:
для сетчатого />= 1.1, для сплошного /> = 0.8;
/> - коэффициент, учитывающий степеньиспользования поверхности противня для раскладки продукта />= 0.7 — 0.9;
/> - коэффициент, учитывающий объёмноевыделение влаги, значения даны в таблице
Коэффициент /> для Способ замораживания Предварительно-замороженные Самозамораживание Мясо говяжье 1,0 1,2 Яйца диетические 1,1 1,3 Гриб белый (ломтики) 1,3 1.5
Картофель
(пюре) 1,2 1,4
Результат вычислений представлен в таблице.
/>
/>
/>
/>,/>
/>,/> Мясо говяжье 1,1 0,7 1,0 6,6 5,1 Яйца диетические 0,7 1,1 5,6 Гриб белый (ломтики) 0,7 1,3 6,6 Картофель (пюре) 0,7 1,2 6,1
Определив общую поверхность испарения,определяем максимальное часовое поступление вымораживаемого пара. Для этого воспользуемсяусреднённым графиком скорости сушки, составленным на основе опытных данных промышленногоиспользования вакуумно-сублимационных установок.
Максимальная величина площадь испаренияF = 6.6/>
Яблочное пюре, максимальная величинаскорости сушки (обычно для 1,2,3,4 — го часа) по усреднённому графику скорости сушки/>.
Тогда максимальное часовое поступлениевымораживаемого пара, M=S/>F=6.6/>1.2=7.92, кг/ч
Определение тепловой нагрузки наиспарительные батареиконденсатора.
 Исходные данные для расчёта Производительность по намороженному льду за цикл, кг 42
Максимальное часовое поступление вымораживаемого
пара, кг/ч 8 Давление в системе, мм. рт. ст. / Па 0.525/70 Температура входящей парогазовой смеси,°С 20 Температура поверхности конденсации,°С -35 Температура помещения в котором находится конденсатор,°С 20
Температура поверхности конденсации/>= — 35°С, выбранаиз условия возможности использования для охлаждения конденсатора холодильной машины,работающей на Хладоне-R22.
Полезная тепловая нагрузка на конденсатор:
/>
где /> - количество намороженного льда за1 час;
/> - скрытая теплота сублимации льдапри />
/> - теплоёмкость водяного пара;
/> - температура конденсации (вымораживания)пара,°С
/> - температура входящей парогазовойсмеси.
Потери в окружающую среду определяютсяисходя из ориентировочных размеров конденсатора высоты 800 мм и диаметра 400 мм. Изоляция минеральная вата толщиной 75 мм с коэффициентом теплопроводности />Коэффициенттеплопередачи стенки с такой изоляцией составляет />
Наружная поверхность конденсатора сучетом толщины изоляции будет. />
Теплоприток из помещения />:
/>
где />= 1.643/> — наружная поверхность конденсатора;
/> - разность между температурой окружающейсреды и температурой конденсации.
Общая нагрузка на испарительные батареиконденсатор
/>
2.5.1 Расчёт необходимой поверхности
Пропускная способность соединительногопатрубка определяется в первом приближении по уравнению
/>
Где /> = 0.3 — радиус соединительной трубы,м;
/> = 0.2 — длина участка, м;
d = 0.6 — диаметр затвора, м;
/> = 1.238 — давление у поверхности сублимации,мм. рт. ст;
/> = 0.167 — давление у поверхности конденсации,мм. рт. ст;
Объём водяного пара при среднем давлениив системе
/>
/>= 8 — количество намороженного льдаза 1 час, кг/ч;
/> = 0.525 — среднее давление в системе,мм. рт. ст. с учётом коэффициента
неравномерности испарения 1.2
Скорость откачки пара конденсатором
/>
Так как пропускная способность соединительноготрубопровода, полученная в расчете.
/> - примерно в 10000 раз больше объёмапара, подлежащего, откачке />, то членом /> - пренебрегаем.
поверхность конденсатора, обеспечивающаятребуемую скорость откачки,
/>,
где />= 0.167 — давление у поверхности конденсации,мм. рт. ст.;
/>= 0.72 — определяется по графику, посреднему давлению в системе;
/> = 0.525рт. ст. и принятом расстояниимежду испарительными
батареями />=0.05м.
Принимаем допускаемую толщину слоя льда/> = 0.007м,тогда площадь поверхности для обеспечения льда такой толщины
/>
Сравнивая площади поверхностей />= 0,0467/>и /> = 4.665/>, делаем вывод,что поверхность с площадью />= 4.665/>обеспечивает необходимую толщину слояльда и в то же время гарантирует полную откачку пара конденсационной поверхностью,так как для откачки требуемого количества пара достаточно иметь поверхность, равную
/>= 0.0467/>(эта поверхность была бы достаточнадля непрерывной конденсации, если бы она полностью и непрерывно очищалась от конденсата).
Таким образом, принимаем />= 4.665/>.
Удельный тепловой поток через поверхностьконденсации
/>
Коэффициент теплоотдачи от стенки кхладагенту — хладон-22
/>
Как видно из расчёта, удельный тепловойпоток получается значительно меньше величин, предлагаемых в работах основанных наопытных данных, Т.е. выбранная поверхность с площадью />= 4.665/>, справится с необходимой нагрузкой.
Термическое сопротивление.
Для простоты расчёта принимается то,что температура стенки трубы и связанного с ней ребра будут одинаковы. Ввиду малойтолщины стенки трубы определение термического сопротивления проводим по формуледля плоской стенки.
/>
Где /> =0,001 — толщина стенки трубы наготовленнойиз коррозионностойкой стали;
/> - коэффициент теплопроводности коррозионностойкойстали.
Температура поверхности конденсациив конце цикла намораживания при толщине намороженного льда />
/>,
где />,°С — температура поверхности конденсациив конце цикла намораживания; /> = 35°С — температура поверхности конденсациив начале цикла намораживания;
q = 5378, /> - удельный тепловой поток;
/> - толщина слоя намороженного льда;
/> - коэффициент теплопроводности льда.
Следовательно, в конце цикла намораживаниятемпература поверхности конденсации будет равна />= — 29,°С, т.е. ниже максимально допустимой.
Определение габаритов сублимационногоконденсатора.
Предельно допустимую рабочую длину охлаждающихэлементов конденсатора находим из графиков. Для температуры конденсации t = — 30,°С и давлении системы /> =0.525, мм. рт.ст., и принятом расстоянии между испарительными батареями />=0.05, м имеется />
/>
Эта величина является предельной дляпринятого расстояния между испарительными батареями.
В качестве вымораживающих элементовконденсатора принимаем вертикальные короткошланговые батареи с одним сплошным касательнымребром вдоль всех вертикальных труб батареи.
Диаметр вертикальных труб />= 0.02, м, диаметрверхнего и нижнего коллекторов />= 0.032, м, шаг труб в батарее принимаем />=0.045, м.
Теплообменная поверхность 1 м вертикальной трубы с учётом касательного ребра
/>
Высота вертикальных труб определитсяиз выражения
/>
Общее количество вертикальных испарительныхтруб
/>
Общая длина коллекторных труб
/>
Площадь поверхности коллекторных труб
/>
Полная поверхность теплообмена в конденсатор
/>
Расход тепла на расплавлении намороженногов конденсаторе льда.
Предварительное оттаивание намороженногольда от испарительных труб осуществляется парами горячего хладагента. Конструкцияиспарительных батарей выполнена таким образом, что намороженные плиты льда послеподачи в испарительные батареи горячих паров Хладола-22 подтаивают и сползают надно, где лед окончательно расплавляется за счёт тепла, выделяемого электронагревательнымэлементом конденсатора. Для расплавления намороженного в конденсаторе льда необходимоподвести тепло
/>
/>
где
/>= 32кг — количества льда сконденсированногоза цикл;
/>= — 30°С — температура конденсации;
/>= 5°С — температура выводимого жидкогоконденсата;
/>= 0°С — температура плавления льда;
/> - теплота плавления льда;
/>/> - теплота нагрева жидкого конденсата;
/>/> - теплоемкость льда;
/>/> - теплоемкость материала батареи(конструкционная сталь);
/> - масса испарительных батарей, кг;
Испарительные батареи конденсатора изготовленыиз стальных коррозионностойких труб с толщиной стенки 1 мм.
Полная поверхность теплообмена в конденсаторе/>= 5.12, />,
тогда объём />
Плотность коррозионностойкой стали /> = 7630 />, масса испарительныхбатарей />
Электрическая мощность нагревателя.
/>
/> - тепловая нагрузка па нагреватель;
/>= 45мин = 0.75ч — время оттаиваниянамороженного льда
860 — тепловой эквивалент 1 кВт/ч
/>= 0.95 — коэффициент полезного действиянагревателя.
3. Охрана труда и экология3.1 Анализ установки с точки зрения БЖД
В данном дипломном проекте разрабатывается установка, используемаяв фермерском хозяйстве для изготовления сублимированного пищевого продукта. Приработе установки могут возникать различные опасные и вредные производственные факторы.Установка состоит из проектируемого вакуумного механического ротационно-пластинчатогонасоса; вакуумной сублимационной камеры объемом 1м3; камеры-десублиматора,рассчитанную на 50 кг льда; холодильного агрегата для подачи хладагента. Рабочийгаз-воздух.
Проектируемый вакуумный насос обладает следующими номинальнымипараметрами: быстрота откачки 60 м3/ч, предельное остаточное давление10 Па, давление нагнетания 105 Па. Привод насоса осуществляется от электродвигателямощностью 2,2 кВт и частотой вращения вала 1500 об/мин.
Насос откачивает из камеры воздух, содержащий пары воды, которыеконденсируются в десублиматоре. Опасные факторы для оператора установки — вибрация,шум, поражение электрическим током, т.к. почти все приборы работают от электрическойцепи.
Основными факторами, которые следует учитывать при оценке условийтруда людей при эксплуатации установки являются:
- шум
- вибрация
- нагретые поверхности
- возможность возникновения пожара
- поражение электрическим током
/>
 3.2 Освещение
Важное место в комплексе мероприятий по охране труда и оздоровлениюусловий труда работающих занимает создание оптимальной световой среды, т.е. рациональнаяорганизация естественного и искусственного освещения помещения и рабочих мест. Длясоздания нормальных условий при обслуживании установки освещение на участке комбинированное.
Проектируемая установка снабжена измерительными приборами, показаниекоторых выводится на жидкокристаллический экран, толщина линий шрифта которого составляет 0.5 мм. Наименьший размер объекта различия (0.3…0.5) мм. Поэтому правильная организацияестественного и искусственного освещения рабочего места имеет очень важную рольдля обеспечения благоприятных условий труда оператора.
Требования, которые должны соблюдаться при оборудовании рабочихмест, предназначенных для работы с вычислительной техникой:
1. Обеспечить уровни освещенности и контрастности на экране ивокруг него, которые обеспечили бы зрительный комфорт и позволяли бы адаптацию ктипу задачи оператору.
2. Соблюдать равномерную яркость в различных зонах зрительногопространства так, чтобы избежать зрительного дискомфорта.
Освещенность на рабочем месте должна быть порядка 500 люкс, таккак согласно СНиП 23-09-95 при сборке и разборке установки скорость различения деталейпри этой освещенности максимальна и не требует большого зрительного напряжения.
Для общего освещения не менее 300 люкс при использовании газоразрядныхламп.
/> 3.3 Вибрация и шум
По ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационнаябезопасность. Общие требования» вибрация от насосов относится к общей вибрации.Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора установлены для категорийвибрации.
К категории 3 типу «а»относится технологическая вибрация, которая образуется в результате работы машинили передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Данная установкаиспользуется в помещениях с возможным использованием других источников вибраций,поэтому в нашем случае вибрация по источнику ее возникновения относится к категории3 тип «а» — технологическая вибрация (вертикальная и горизонтальная) впроизводственных помещениях с источниками вибраций. Вибрации в данной установкеотносятся к общим вибрациям, передающимся через опорные поверхности на тело стоящегоили сидящего человека.
В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность.Общие требования», установлены допустимые значения и оценки гигиенических характеристиквибраций, определяющих ее воздействие на человека.
При постоянных шумах нормируются уровни звуковых давлений в восьмиоктавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 8000 Гц. По ГОСТ 12.1.003-83«Шум. Общие требования безопасности» (СТ СЭВ 1930-79) установлены следующиедопустимые уровни звукового давления в лаборатории с шумным оборудованием.
Таблица 3.2Рабочее место
Уровни звукового давления Lp в дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами в Гц. Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА. 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Выполнение всех видов работ на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий 95 87 82 78 75 73 71 69 80
Основными шумовыми характеристикамимашин, используемых в установке, являются октавные уровни звуковой мощности в октавныхполосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000,8000 Гц и корректированный уровень звуковой мощности (дБА).
Причинами возникновения шума и вибрации в установке могут быть:местные сопротивления в трубопроводе вакуумной линии; местные сопротивления во всасывающихпатрубках, соединяющих линию с вакуумным насосом; насос, электродвигатель.
Всасывающий патрубок представляет собой прямой трубопровод сдиаметром проходного сечения не менее диаметра проходного сечения всасывающего патрубканасоса, т.е. эта часть установки не может быть источником возникновения шума и вибрации.
Покупной электродвигатель и агрегат для подачи хладагента также не могут быть источниками появления шума, поскольку для него норма уровня шумасоблюдена производителем. Их вибрация значительно снижена за счет применения виброизолирующихопор.
Потенциальным источником возникновения шума и вибрации являетсяпроектируемый вакуумный насос. В насосе шум возникает:
1) на всасывании в результате неравномерности заполнения газомячейки всасывания;
2) на нагнетании в результате быстрого выталкивания газа из ячейкинагнетания через нагнетательные патрубки в обеих ступенях и через нагнетательноеокно в первой ступени;
3) в трубопроводах из-за местных сопротивлений (во всасывающемпатрубке при прохождении газа через фильтр, в нагнетательном патрубке при прохождениигаза через маслоотбойник, в клапанах из-за изменения направления потока, при прохождениягаза от окна нагнетания к окну всасывания через выфрезированный канал);
4) в результате трения поверхностей пластин и расточки цилиндров,пластин и роторов.
В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 установлен допустимый уровеньшума на постоянных рабочих местах работников цеха, в котором от работников не требуетсявысококвалифицированная работа без часто получаемых указаниями, не требующая сосредоточенности:80 дБА.
При расчете насоса определены диаметры всасывающего и нагнетательныхпатрубков, а также проходная площадь нагнетательного окна и канала, при которыхскорость газа в них не превышает 15 м/с. При такой скорости газа уровень шума непревышает норму.
Трущиеся поверхности смазываются маслом ВМ-1, что уменьшает трение,а следовательно и уровень шума. В пользу незначительности уровня шума, возникающегов результате трения, говорят практические данные.
Вибрация в проектируемом насосе может возникнуть из-за дисбалансаротора либо из-за изменения положения центра масс пластин.
Для снижения дисбаланса ротора проводится его статическая балансировкана специализированном станке.
При изменении положения центра масс пластин вибрацию насоса вызываютнескомпенсированные свободные силы и моменты, которые можно определить математически.
Свободная сила />, где /> - сумма масс пластин первой и второйступеней насоса; /> - относительный эксцентриситет ротораи цилиндра; /> -радиус расточки цилиндра; /> - угловая скорость вращения ротора.
/>
Свободный момент
/>
Значение свободной силы является значительным, необходимо применитьвиброизоляцию опор насоса.
Вывод: насос может быть размещен в производственныхпомещениях с постоянными рабочими местами, где эквивалентный уровень звука не долженпревышать 80 дБА. Дополнительная защита от шума не требуется. Для предотвращениявредного воздействия вибрации необходимо применить виброизоляцию опор вакуумныхнасосов.
3.4 Расчет виброизолирущих опор
Для снижения вредного воздействия вибрации проектируемого вакуумногонасоса необходимо установить его на виброизолирующие опоры.
Установка машин и агрегатов на виброизолирующие опоры приводитк ослаблению передачи вибраций от этих машин фундаменту, что в свою очередь обусловливаетснижение уровня вибраций рабочих мест.
Поэтому для снижения уровня вибраций, вызываемых работой пластинчато-роторногонасоса, применяются резиновые виброизолирующие прокладки. Они крепятся между опоройнасоса (лапкой) и рамой, на которой устанавливается агрегат.
Частота вращение ротора проектируемого насоса />.
Основная частота возмущающей силы />
Собственная частота колебаний насоса, установленного на виброизолирующиеопоры />
Принято />
Коэффициент передачи />
В качестве материала виброизоляции выбрана резина на каучуковойоснове №3311 с твердостью по ГОСТ 263-75 />Па и динамическим модулем упругостиравным /> Паили 250 />, где/>= 5·106Па — допустимое напряжение сжатия. Выбрана резина ИРП1015.
Динамический модуль упругости выбранного материала />
Статическая осадка виброизоляционной прокладки />
Высота прокладки />
Масса насоса />
Число опор />
Суммарная площадь виброизоляционной опоры />
Из конструкторских соображений опоры насоса имеют размеры /> />. Площадь опоры насоса превышаетрасчетную площадь виброизоляционной опоры. Следовательно можно принять площадь виброизоляционнойопоры /> />.
Таким образом, для уменьшения вредного воздействия вибрации насосанеобходимо установить виброизоляционные опоры размером /> />, изготовленные из резины №3311.
/> 3.5 Электробезопасность
Установка спроектирована с учетом требований по ГОСТ 12.1.019-79(СТ СЭВ 4830-84).
При проектировании насоса были учтены требования «правилустройства электроустановок», которые регламентируют устройство электрооборудования.Для обеспечения безопасной, безаварийной и высокопроизводительной работы насосанеобходимо наряду с совершенным исполнением и оснащением средствами защиты так организоватьэксплуатацию, чтобы исключить всякую возможность ошибок со стороны обслуживающегоперсонала. Структура организации эксплуатации приведена в «Правилах техническойэксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилах техники безопасностипри эксплуатации электроустановок потребителей».
В соответствии с Правилами устройства электроустановок производитсяклассификация помещений по степени опасности поражения электрическим током. Помещениев которой находится данная установка — сухое, беспыльное с нормальной температуройвоздуха, но в ней присутствуют токопроводящие железобетонные полы. Поэтому она относитсяко второму классу помещений, т.е. к помещениям с повышенной опасностью.
Электроустановки и их части должны быть выполнены таким образом,чтобы работающие не подвергались опасным и вредным воздействиям электрического токаи электромагнитных полей, и соответствовать требованиям электробезопасности.
Проектируемый насос имеет в качестве привода асинхронный двигательпитаемый от сети 380В, мощностью 2.2КВт, мощность холодильного агрегата 900 Вт,мощность нагревателей камеры 3 КВт, поэтому в работе установки электробезопасностьимеет большое значение.
Проводка электродвигателя и щита автоматики изолирована. Корпусынасосов, электродвигатель, щит автоматики заземлены по системе TN-C (с глухозаземленнойнейтралью, рис. 2.).
/>
Рис.2 Схема заземления.
1 — заземлитель нейтрали источника питания, 2 — открытые проводящиечасти.
Токоведущие части, находящиеся под напряжением, изолированы инедоступны для случайного прикосновения. Устранена возможность поражения током припоявлении напряжения на корпусе и других частях электрооборудования посредствомавтоматического срабатывания реле защиты и останова насоса блоком управления.
Таким образом, можно сделать вывод об электробезопасности установки./>/>3.6Пожарная безопасность
Установка спроектирована с учетом требований по ГОСТ 12.1.004-81(Пожарная безопасность. Общие требования).
Источником пожара в проектируемой установке (форвакуумный насос,электродвигатель насоса, холодильный агрегат для подачи насоса, щит автоматики иуправления) могут послужить электродвигатели и система прогрева камеры.
Для оценки пожароопасности того или иного агрегата необходимознать, какие огнеопасные вещества или смеси используются или образуются при работесистемы. В соответствии со строительными нормами и правилами производства подразделяютсяпо взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности на 6 категорий. Данное помещениеотносится к категории
В — пожароопасное, т.к. в нем применяется вакуумное масло ВМ-1ГОСТ 38.01402 с температурой вспышки 140оC.
Для предупреждения пожароопасностей при работе с легковоспламеняющимисяжидкостями (ЛВЖ) (бензином и спиртом, которые применяются для очистки и обезжириваниядеталей при сборке) необходимо соблюдать требования по безопасному ведению работс ЛВЖ, действующие на данном предприятии.
Причиной возникновения пожара при эксплуатации установки можетстать электродвигатель. Чтобы избежать перегрева двигателя насоса НВР, статор охлаждаетсяпроточной водой. Для этого на корпусе электродвигателя предусмотрена рубашка охлаждения.Подшипниковые узлы смазываются маслом. Чтобы масло не попадало в электродвигатель,предусмотрены лабиринтные уплотнения. В двигатели насоса охлаждающая вода и маслоне попадают, следовательно, установка с этой точки зрения опасности не представляет.
Может произойти короткое замыкание при повреждении изоляции электродвигателя.Изоляция не испытывает никаких механических нагрузок, но может повредиться в результатеперегрева электродвигателя. Поэтому при повышении температуры электродвигателя большедопустимой, электродвигатель автоматически отключается (срабатывает реле защиты).
Подвод воды обеспечен таким образом, чтобы охлаждался не толькоэлектродвигатель, но и подшипники. Помимо охлаждающей воды, тепло от подшипниковотводит масло, непрерывно подаваемое к ним. Таким образом исключается перегрев подшипников.
При температуре 140оC происходит вспышка масла. Поэтому недопустимо повышение температурымасла свыше 80оC. Рабочая температура 60оC, что является допустимым значением. В случае возникновения возгорания,срабатывает реле автоматического останова насосов установки и подается звуковойсигнал.
Проектирование и эксплуатация всех промышленных предприятий регламентируется«Строительными нормами и правилами» (СниР11-90-81, СниР 11-2-80),«Правилами устройства электроустановок», а также «Типовыми правиламипожарной безопасности промышленных предприятий».
Вывод: при правильной эксплуатации в соответствии с «Типовымиправилами пожарной безопасности для промышленных предприятий» и «Правиламиустройства электроустановок» проектируемая установка соответствует нормам пожарнойбезопасности.
3.7 Герметичность установки
Установка предназначена для пищевой промышленности. В процессеработы из камеры откачивается газ. Откачиваемый газ — воздух. Этот газ не содержитвредных веществ. Отсутствие режима герметичности сказывается только на длительностипроизводства партии готового продукта и его качестве и не приносит вреда здоровьючеловека. В установке применяется вакуумная камера с рабочим давлением до 10Па.Материалом для вакуумной камеры является коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т.
Степень герметичности вакуумной установки характеризуется потокомвоздуха через все имеющиеся течи, приведенным к нормальным условиям. Для определениястепени негерметичности нормальными считаются условия перетекания воздуха при температуре293 К из атмосферы в объем, откачанный до давления меньше 100 Па, при атмосферномдавлении 105 Па. Методы испытания на герметичность изложены в соответствиес ГОСТ 24054-80 и ОСТ 11293.031-81. Испытание на герметичность проводится масс-спектрометрическимметодом ГОСТ 6525-81 с допустимым потоком натекания Q=0,4мм3*Па/с.
Обдув гелием производится сверху вниз. При обнаружении дефектовв конструкции или мест течи устраняют последние. После устранения дефектов производитсяповторная проверка на прочность и в дальнейшем на герметичность.
Прочностные характеристики разрабатываемого насоса и вакуумнойкамеры соответствуют критериям, т.к. вид и размеры конструктивных элементов выбиралисьсогласно рекомендациям по проектированию вакуумной техники, основанной на большомопыте расчетов и испытаний аналогичных систем.
3.8 Автоматика
Для обеспечения пожаробезопасности в установку включена системаавтоматического отключения от электрической сети при помощи автомата защиты, являющегосяодновременно включателем/выключателем питания. В случае возникновения чрезвычайнойситуации в виде скачка напряжения на 15% от рабочего напряжения или изменения силытока срабатывает термозащитный автомат, связанный с датчиком давления. Через негоподводится питание к насосам, и при изменении силы тока автомат отключает насосыот питания.
При засорении трубопроводов и патрубков опасности не возникает,т.к. насос в таком случае будет работать «на себя».
 3.9 Охрана окружающей среды
 
Рассматривая установку в целом, необходимо отметить следующее:источником загрязнения окружающей среды может быть масло, а точнее его пар. Маслов данной системе используется для уменьшения сил трения качения в подшипниковыхузлах в насосах. В насосе подшипники находятся в замкнутом пространстве, отделенномот соседних полостей лабиринтными уплотнениями, с окружающей средой они контактане имеют. Для масла организован замкнутый цикл, что снижает вероятность попаданиямасла в окружающую среду. Для предотвращения утечек в конструкции предусмотреныуплотнения. Отработанное масло сливается из системы и утилизируется. Применяемоевакуумное масло не обладает токсичностью. В случае его пролива необходимо собратьразлитое масло и произвести уборку и обработку места пролива.
В данной установке используется проектируемый вакуумный насосНВР, который удовлетворяет нормам по загрязнению окружающей среды (ГОСТ 12.1.005-88).
Расположение составных частей всей системы и трубопроводов спроектированотаким образом, чтобы габариты установки были минимальными. Следовательно на изготовлениетребуется меньшее количество металла, что благоприятно с точки зрения сохраненияприродных ресурсов.
Благодаря более компактному расположению проектируемая системаимеет большую проводимость, что позволило использовать насос меньшей производительностии, следовательно, меньшего энергопотребления. Затраты электроэнергии в проектируемойустановке 6 кВт.
Применяемые в установке газ (воздух) и жидкости (масло) не обладаютобщетоксическим, мутагенным, раздражающим, канцерогенным действиями и не представляютопасности для окружающей среды.
В помещение предусмотрена система вентиляции. Воздух очищаетсяфильтрацией с последующим кондиционированием до необходимой относительной влажности(45±5) %, температуры зимой (21±1) оС, летом (23±1) оС. Кондиционированиевоздуха обеспечивает постоянную температуру поступающего очищенного воздуха.
Форвакуумный насос сбрасывает воздухв атмосферу по трубопроводу, выведенному из помещения, на конце которого находитсяфильтр очистки воздуха от масляных паров.
Исходя из приведенного выше, можно сделать вывод о безопасностиработы установки с точки зрения загрязнения окружающей среды.
 3.10 Общий вывод
В проведенном анализе работы установки с точки зрения безопасностижизнедеятельности были рассмотрены возможные влияния высокой температуры, давления,электрического тока, шума, вибраций на безопасность человека и экологию.
Все эти опасные и вредные факторы учитывались при проектированииустановки и для их нейтрализации были применены необходимые конструкционные решения.
Оценивая установку по проведенному анализу и прочностным расчетам,можно сказать, что она достаточно безопасна для жизнедеятельности человека и окружающейсреды.
4. Организационно-экономическая часть
В данном дипломном проекте разрабатывается установка, используемаяв фермерском хозяйстве для изготовления сублимированного пищевого продукта. Сублимированныепродукты обрели необычайную популярность благодаря ряду своих неоспоримых преимуществ.Во-первых, это биологически полноценная пища — сублимация позволяет сохранить первозданныйвнешний вид, аромат и вкус исходного продукта и содержащийся в нем комплекс полезныхвеществ.
Помимо этого, сублимированные продукты имеют небольшой вес, практическинеограниченный срок годности, приемлемую цену (они значительно дешевле зарубежныханалогов). Учитывая невысокую закупочную цену исходного сырья, сделаем вывод, чтозаниматься разработкой установок по производству таких продуктов очень выгодно иактуально.
Установка состоит из проектируемого вакуумного механическогоротационно-пластинчатого насоса, вакуумной сублимационной камеры объемом, камеры-десублиматора,холодильного агрегата для подачи хладагента.
Цель данного раздела — расчет себестоимости установки по изготовлениюсублимированного продукта для пищевой индустрии, определение затрат на проведениеодного рабочего цикла изготовления продукта и как следствие, определение затратза один час работы установки.
 4.1 Определение себестоимости установки/>4.1.1 Расчет затрат наматериалы
Используемые в установке материалы:

Таблица 4.1Материал Вес, кг Стоимость 1 кг, руб Затраты, руб АК-8 4 150 600 Сталь 12Х18Н10Т 230 130 37700 Сталь 3сп/пс 200 21 4200 Резина 0,5 190 95 Медь 0,3 250 120 Итого: 42715
Общая стоимость материалов: Sм = 42715 руб
Транспортные расходы для материаловSтр = Sм × 0.05  (4.1) Sтр = 42715 × 0.05 = 2135 руб
Общиезатраты на материалы: S1 = Sм + Sтр  (4.2) S1 = 42715 + 2135 = 44850 руб 4.1.2 Расчет затрат заработную плату основным рабочим
Таблица 4.2№ Наименование работ Средний разряд Трудоемкость, час Тарифная ставка, руб/час Общая зараб. плата, руб. 1 Токарные IV 48 125 6000 2 Сварочные V 12 156 1872 3 Фрезерные VI 10 150 1500 4 Сверлильные III 6 110 660 5 Сборочные VI 18 180 3240 6 Контрольные V 16 130 2080 Итого 15352
Дополнительнаязаработная плата: Lдоп = Lосн × 0.15  (4.3) Lдоп = 15352 × 0.15 = 2302 руб
Отчислениев фонд социального страхования: Lсоц. ст = (Lосн + Lдоп) × 0.26  (4.4) Lсоц. ст = (15352+ 2302) × 0.26 = 4590 руб
Суммарныезатраты на зарплату основным рабочим: Sсум = Lсоц. ст + Lосн + Lдоп  (4.5) Sсум = 4590 + 15352+ 2302= 22245 руб 4.1.3 Расчет затрат создание установки
Данные о стоимости покупных изделий приведены в таблице VIII.3:
Таблица 4.3№ Наименование изделия Количество Стоимость за единицу, руб  Итого, руб 1 Электродвигатель 1 3100 3100 2 Датчик ПМТ-6-3 3 250 750 3 Вакуумметр Мерадат-ВТ12СТ2 1 9300 9300 4 Датчик HIH-4602-C 1 3520 3500 5 Регулятор Термодат-37ДГ1 1 15450 15450 6 Силовой блок 1 4500 4500 7 Вакуумная арматура - 55000 55000 8 Стойка для аппаратуры 1 1700 1700 10 Клапан натекатель КН-6 2 3250 3250 11
Холодильный агрегат
M8-2SA-45X 1 31000 31000 12 Прочие материалы (вакуумное масла, хладагент и др.) - 20000 20000
ИтогоSпок = 150800 руб
Транспортные расходы для покупных изделий:Sтр = Sпок × 0.03  (4.6) Sтр = 1500800 × 0.03 = 4525 руб
Установку собирают 2 инженера-механика. Длительность сборки- 12 часов. Тарифная ставка механика составляет 200 руб/ч
Тогда затраты на сборку установки: Sсб = 12 × 200 = 2400 руб.
Суммазатрат на создание установки: Sст = Sпок + Sсб + Sтр  (4.7) Sст = 150800 + 2400+ 4525 = 157725 руб.
Себестоимостьустановки: S = Sст + S1 + Sсум  (4.8) S = 157725 + 44850 + 22245= 224820 руб.
 
4.2 Определение эксплуатационных затрат
Эксплуатационные затраты на использование установки за один циклработы складываются из:
затраты на заработную плату обслуживающего персонала
затраты на электроэнергию
затраты на смазочные материалы
амортизационные отчисления
Рабочий цикл изготовления партии готового продукта t = 9 часов.
 4.2.1 Затраты на заработную плату обслуживающего персонала
Обслуживание установки проводится одним механиком.
Тарифная ставка механика 160 руб/ч.
Итого, суммарные затраты на эксплуатацию данной установки составляют:Sс = 9 × 160 = 1440 руб.
Затраты на заработную плату за один час работы установки:
/>  (4.9)
 /> 4.2.2 Затраты на электроэнергию
Стоимость 1 кВт/ч электроэнергии sэ= /> (на03.05.2009)
PВИТ-3= 75 Вт — мощность вакуумметра;
PНВР-16Д= 2200 Вт — мощность вакуумного насоса;
Pосвещ= 200 Вт — мощность ламп освещения;
Pвспом= 150 Вт — мощность вспомогательного оборудования и инструмента;
Pагр =500 Вт — мощность агрегата подачи хладагента.
Pнагр =3000 Вт — мощность нагревателей продукта
Суммарная потребляемая мощность:
РS = PВИТ-3 + PНВР-16Д + Pосвещ + Pвспом ++ Pагр+ Pнагр  (4.10)
РS = 75 + 2200 + 200 + 150 + 500+3000 = 6.125 кВт
Удельные затраты мощности потребляемой электроприборами:
Sэ. час = sэ × РS  (4.11) Sэ. час = 6.125 × 2.5 = 15.3 руб/час
Удельные затраты мощности потребляемой электроприборами за одинрабочий цикл: Sэ. э = Sэ. час × t  (4.12) Sэ. э = 15.3 × 9 = 137.7 руб 4.2.3 Затраты на смазочные материалы за один цикл установки
Расход масла:
в форвакуумном насосе НВР-16Д применяетсявакуумное масло ВМ-1с в расчёте 2 литра на полгода.
Стоимость 1 литра масла ВМ-1с в среднем составляет 500 руб
Средние затраты на масло: Sмасла = 1 руб/час
Средние затраты на масло за один рабочийцикл: Sмасла = 9 руб
Эксплуатационные затраты на выполнение 1 рабочего цикла складываютсяиз вышеперечисленных затрат и составляют: Sэкспл = Sз. час + Sмасла + Sэ (4.15) Sэкспл = 1440 + 9 + 137.7 = 1586.7 руб /> /> />
Эксплуатационные затраты за один час рабочего цикла составляют:Sэкспл. час = Sэкспл /t (4.16) Sэкспл. час = 1586.7 /9 = 176 руб/час 4.2.4 Амортизационные отчисления
/>  (4.17)
Списание стоимости стенда происходитза 10 лет равными долями.
Годовая норма амортизации а = 10%. А = 224820 × 0.1 = 22480 руб/год 4.2.5 Стоимость эксплуатационного цикла установки
Стоимость эксплуатационного цикла установки: Sуст = Sэкспл. час × tэкспл + А/n  (4.18)
n — среднеечисло рабочих циклов в год. Sуст = 176 × 9 + 22480/200 = 1696 руб
Стоимость одного часа работы установки. Sуст. час = Sуст /t (4.19) Sуст. час = 1696 /9 = 188 руб/час
Стоимость производства готового продукта на установке в течениегода.
Sгод = Sуст × n
Sгод = 1696 × 200 = 339200 руб.
 4.3 Увеличение стоимости 1кг готового продукта
В сублимационную камеру установки производится загрузка 50 кг исходного сырья — белых грибов. Выход готового продукта составляет не менее 9кг. Готовый продукт- сублимированные белые грибы (остаточная влажность до 5%)
В процессе сушки пищевого продукта цена 1кг готовой продукцииувеличится на величину, равную эксплуатационным затратам, отнесенным к количествукилограмм полученного продукта:
Δ= Sэкспл / X(руб)
В нашем случае, при 9-ти часовом рабочем цикле, имея выход готовойпродукции в размере 9 кг, получим:
Δ= 1696/9= 188 (руб) –
т.е этот тот минимум, на который возрастет цена 1 кг готовой продукции, вследствие покрытия затрат процесса обработки исходного сырья методом вакуумнойсублимации.
Целью дипломного проекта является разработка вакуумной установкидля производства сублимационных продуктов питания.
В данном разделе были произведены расчёты затрат на созданиевакуумной установки, затрат на эксплуатацию и стоимость одного эксперимента, в томчисле в расчете на 1 час и на 1 рабочий цикл производства продукта:
стоимость вакуумной установки: S = 224820 рубля
эксплуатационные затраты на один час эксперимента:
Sэкспл. час = 176 руб.
эксплуатационные затраты на один полный рабочий цикл:Sэкс =1587 руб.
эксплуатационные затраты на год работы установки: Sгод = 339200 руб.
5. Технологическая часть5.1 Анализ технологичности изделия
Конструкция роторно-пластинчатого вакуумного насоса допускаетвозможность производить сборку из предварительно собранных узлов машины. В этомслучае возможна параллельная сборка узлов агрегата. Это обеспечивает сокращениедлительности цикла сборки, повышение производительности и качества сборки за счетзакрепления сборщиков за одними и теми же аналогичными работами и за счет улучшенияорганизации рабочих мест и труда, проведение испытаний собранных узлов и соответствующийконтроль перед их подачей на общую сборку (этим устраняется появление дефектов приобщей сборке, повышается качество изделия).
Для удобства сборки и регулировки обеспечивается свободный доступко всем собираемым изделиям, возможность удобного и свободного подвода инструментак крепежным деталям, легкость захвата деталей, а также необходимость измерений присборке.
Для более легкого соединения на сопрягаемых поверхностях выполненыфаски.
Так как производство единичное, то для сборки используется универсальноеоборудование, и лишь на отдельных операциях — специальные приспособления.
На сборочном участке необходимо предусмотреть оборудование длясверления и развертывания отверстий и запрессовки штифтов.
Разборка вакуумного насоса производится в обратном порядке.
5.2 Контроль качества сборки
При проектировании технологических процессов общей и узловойсборки важное место занимает технологический контроль качества производимой продукции.
Качество обеспечивается предупреждением и своевременным выявлениембрака продукции на всех этапах производственного процесса. Контроль направлен напроверку комплектующих изделия, на проверку сборочного оборудования, а также насистематическую проверку правильности протекания технологического процесса сборки.
При сборке проверяют:
необходимое наличие всех деталей в собранном узле (осмотр);
правильность положения собранных деталей (осмотр);
величина зазоров (измерительный инструмент);
герметичность и прочность изделия;
качество штифтовых соединений;
выполнение технических требований;
соблюдение размеров сборочных чертежей;
выполнение рабочих параметров;
внешний вид изделия;
точность взаимного расположения сопряженных деталей.
Собранное изделие должно удовлетворять техническим требованиям,обеспечивающим его надежную и безотказную работу в составе изделия более высокогопорядка.
Технологичностью изделия является то, что можно собрать доступнымисредствами, методы проверки и балансировки осуществляются на имеющемся в промышленностиоборудовании.
Разрабатываются технологические схемы сборки.
Технологические схемы сборки в наглядной форме выражают маршрутузловой и общей сборки.
На листе представлены технологическая схема общей сборки изделияи технологическая схема сборки его узлов. Последовательность выполнения соединенийопределяется конструкцией изделия.
 5.3 Сборка узлов
Сборка осуществляется на верстаке, приспособлением являются тиски(струбцины монтажные), используемый инструмент — гаечные ключи: рожковые, накидные,торцевые (наборы), отвертки и динамометрический ключ.
 5.3.1 Сборка центральной крышки
В корпус крышки поз.9 сборочного чертежа устанавливаем шайбупоз 32 и запрессовываем подшипник поз 32.
 5.3.2 Сборка правой крышки
В корпус крышки поз.10 сборочного чертежа устанавливаем шайбупоз 32 и запрессовываем подшипник поз 31.5.3.3 Сборка ротора 1 ступени
Две пластины поз.16 соединить 5-ю пружинами поз.33 и вставитьв корпус ротора поз. 20.
 5.3.4 Сборка ротора 2 ступени
Две пластины поз.17 соединить 2-мя пружинами поз.33 и вставитьв корпус ротора поз.21.
 5.3.5 Сборка электродвигателя
На двигатель поз.3 одеть барабан поз 3, завернуть 4 болта поз.26,вставить шпонку в вал, одеть левую полумуфту.
5.3.6 Сборка ступеней РПВН
В корпус поз.7 запрессовать подшипник поз.31, установить манжетупоз.13, одеть кольцо поз.30, установить прокладку поз.4. Вставить ротор 1 ступени,поставить прокладку поз.4, установить центральную крышку поз.6, поставить прокладкупоз.5, установить корпус 2 ступени поз.8, поставить прокладку поз.4. Установитьротор 2 ступени, поставить прокладку поз.5, установить правую крышку. Прикрутитьболты поз.27 через шайбы поз.36 гайками поз.29 клапан. Установить клапана поз.1винтами поз.39. На вал вставить шпонку поз.38
 5.3.7 Общая сборка ротационно-пластинчатого вакуумногонасоса
На двигатель установить прокладку, установить ступень так, чтобыупругая часть правой полумуфты вошла в отверстие левой полумуфты, установить прокладкупоз.5, установить прокладку поз.5, установить корпус, установить прокладку, установитькрышку насоса поз.3, вставить 3 шпильки поз.34, одеть 6 шайб поз.3 5, завернуть6 гаек поз.28 Установить 2 прокладки, завернуть 2 пробки поз 40 Ввернуть всасывающийпатрубок поз 14, ввернуть нагнетательный патрубок поз 15.
/>Заключение
Спроектирована вакуумная сублимационная камера с полезным объемом1.2м3, рабочим давлением 70Па, производительностью 45кг поиспаренной влаге за 1 рабочий цикл
Установка служит для производства сублимированных пищевых продуктов.
Спроектирован роторно-пластинчатый вакуумный насос с быстротойдействия 7 л/с и предельным остаточным давлением 10 Па, а также подобрана и рассчитанавакуумная система установки.
/>Список использованной литературы
1. «Вакуумная техника» Справочник / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т.Александрова и др.; под общей редакцией Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева — М.: Машиностроение,1992. — 480 с.: ил.
2. «Вакуумная техника» Розанов Л.Н. — М.: Высшая школа, 1990 г. — 320с.: ил.
3. «Механические вакуумные насосы» / Е.С. Фролов, И.В. Автономова,В.И. Васильев и др. — М.: Машиностроение, 1989. — 288 с.: ил.
4. «Теоретические основы вакуумной техники» / Е.С. Фролов, Н.К. Никулин:МГТУ им. Баумана, 1993, 77с
5. «Охрана труда в машиностроении.» Под ред. Е.Я. Юдина и С.В. Белова- М.: “Машиностроение" 1983г.
6. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов «Конструирование узлов и деталей машин»:Учеб. пособие для техн. спец. Вузов. / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов — М.: Высш. шк.,1998. — 447 с., ил.
7. В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя» “Машиностроение”1979 г-728с., ил. Том 1
8. В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя» “Машиностроение” 1982 г. — 585 с., ил. Том 2
9. В.И. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя» “Машиностроение” 1982 г. — 576 с., ил. Том 3.