Технологический расчет аппарата и вспомогательного оборудования

2.Технологический  расчет аппарата и вспомогательного  оборудования 

2.1 Обоснование  выбора проектируемого оборудования 
 

2.2 Выбор типа единичного аппарата

По технологическому назначению это оборудование подразделяют на две ос-

новные  группы:  сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители. В сепараторах-молокоочистителях происходит центробежная очистка молока от механических и естественных примесей. К этой группе относят также отделители белка от сыворотки, сепараторы для обезвоживания творожного сгустка и сепараторы - бактериоотделители. В сепараторах-сливкоотделителях молоко разделяется на сливки и обезжиренное молоко, происходят нормализация молока по жиру (при применении дополнительного устройства), обезжиривание сыворотки и получение высокожирных сливок.

По конструктивным особенностям сепараторы подразделяют на открытые,

полузакрытые, закрытые. В открытых сепараторах  ввод молока и вывод его фракций не герметизированы, т. е. сливки и обезжиренное молоко контактируют с воздухом окружающей среды. В полузакрытых ввод молока может быть открытым или закрытым, но без напора, а вывод продукта — закрытым, под давлением, создаваемым в сепараторе. В закрытых сепараторах ввод молока,

разделение  на фракции и их выход герметизированы. Поступление молока и отведение фракций осуществляют под давлением.

Сепараторы  классифицируют также по способу  удаления осадка из бара-

бана: с  ручной выгрузкой осадка после их полной остановки и разборки барабана, центробежной периодической и непрерывной выгрузкой при непрерывной работе сепаратора.

Сепараторы  состоят из следующих основных частей: станины в виде чаши,

барабана, приемно-выводного устройства и  приводного механизма.

На станине  смонтированы все части и узлы сепаратора, в нижней ее части расположен приводной механизм. В чаше станины укреплены тормоза, стопоры, удерживающие барабан от произвольного вращения при сборке и разборке, а также приемно-выводное устройство. Внутренняя часть станины (картер) одновременно является масляной ванной.

  Барабан (сепарирующее устройство) — исполнительный орган сепаратора, где молоко разделяется на фракции. Сепарирующее устройство бывает с верхним и нижним вводом молока. Наибольшее применение получили сепарирующие устройства с верхним вводом молока. Конструкция сепарирующего устройства молокоочистителей и сливкоотделителей имеет следующие различия: в сливкоотделителе молоко в межтарелочное пространство поступает через отверстия в тарелках, а в молокоочистителях — с периферии, так как в тарелках молокоочистителя отсутствуют отверстия; приемно-выводное устройство молокоочистителя имеет один отводной патрубок (для очищенного молока), а сливкоотделителя — два (для сливок и обезжиренного молока); межтарелочный зазор у молокоочистителя больше (2—5 мм), чем у сливкоотделителя (0,6—0,8 мм); периферийное (грязевое) пространство молокоочистителя больше, чем сливкоотделителя.

  Приемно-выводные устройства, закрепленные в верхней  части сепаратора, обеспечивают подачу молока в барабан и отвод из него фракций молока (сливок, обезжиренного молока, а также очищенного молока). Герметичность всех соединений создается резиновыми уплотнительными кольцами. Конструкции приемно-выводных устройств различны, Однако у всех имеются приемник для сливок и обезжиренного молока и диски напора для каждой фракции. Приемник состоит из двух изолированных камер для сливок и обезжиренного молока. Сливки как более легкая фракция выходят из барабана по нижнему патрубку, а обезжиренное молоко — по верхнему. На выходном патрубке сливок установлены регулировочный винт, позволяющий регулировать жирность сливок, и ротаметр для определения количества сливок. Приемно-выводные устройства могут быть снабжены устройствами для нормализации молока по жиру.

  Все промышленные сепараторы имеют электрический  привод. Основными его частями являются электродвигатель; центробежная муфта, состоящая из ведущей и ведомой полумуфт; зубчатое ведущее колесо; ведомое колесо мультипликатора, вертикальный вал (веретено). В приводной механизм могут входить также и другие детали и узлы, усложняющие его конструкцию и обеспечивающие заданную частоту вращения барабана сепаратора. Передача движения от электродвигателя к барабану следующая. Вращение от вала электродвигателя передается ведущей центробежной полумуфте, затем после соприкосновения с ведомой центробежной полумуфтой вращение передается на горизонтальный вал. Ведущее зубчатое колесо на горизонтальном валу входит в зацепление с зубчатым колесом мультипликатора и передает вращение на вертикальный вал, а вместе с ним и на барабан. Этот способ передачи движения от электродвигателя на барабан сепаратора наиболее распространен, но известны и другие способы передачи вращения, обеспечивающие заданную частоту вращения барабана. 

                         2.3 Описание конструкции аппаратов 

                         2.3.1 Сепаратор - сливкоотделитель 

   Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. ) заключается в следующем. Исходная гетерогенная система по центральной трубке поступает в тарелкодержатсль, откуда по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх и растекается между тарелками. Под действием центробежной сипы легкая фракция оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По этой поверхности легкая фракция движется к центру барабана, далее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимается вверх барабана и отводится из сепаратора.

     
 
 
 
 
 

     

                                                                                                                   

   а                                                 б

   Рис.2.3.1 Схема процесса разделения (а) и осветления (б) в барабанах тарельчатых сепараторов:

   <—« - исходный продукт;    <—<- легкая фракция;

   оооо -осадок;      <—   тяжелая фракция;

   <—О - частицы, образующие осадок

   Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве оттесняется к нижней поверхности тарелки, фракция движется по этой поверхности к периферии тарелки, и далее по зазору между разделительной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана и отводится из сепаратора.

   Сепаратор-сливкоотделитель (рис. 2.6) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гидроузла, чаши станины с приемником осадка 7 и глушителя, а также из пульта управления [36].

   Молоко  подается по трубопроводу и центральной  трубке приемно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее устройство. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора происходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройства и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давления. Молоко подается в сепарирующее устройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, распределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков.

   Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из молока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройства, где происходит их накопление и уплотнение. Во избежание потерь молока применяют только частичную выгрузку осадка при открытии каналов.

   Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего осадок выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы. 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

               Сепаратор - сливкоотделитель 

Производительность  сепаратора П, м³/с,

       (2.36)

   где η – КПД сепаратора (η = 0,5…0,7); n – частота вращения ротора, с־¹,

   z - количество тарелок; α - угол наклона образующей конуса тарелки

     (α = 45...60° );  Rб – большой радиус тарелки, м; Rм – меньший радиус тарелки;

    - плотность дисперсионной среды  (плазмы), кг/м³; - плотность дисперсионной фазы (жира), кг/м³; - динамическая вязкость дисперсионной среды Па·с: d - предельный диаметр жирового шарика, м;  
 

   Размер  жировых шариков d, мм,

    мм     (2.37)

   где m - массовая доля жира в обезжиренном молоке (m = 0,01 %).

   Давление  жидкости, выходящей из сепаратора р, Па,

    МПа    (2.38)

   где - плотность обезжиренною молока (пахты), кг/м³ ( = 1028,5 кг/м³); 

   r_k - внутренний радиус кольца жидкости, м, (r_k = 0,2 м).

   Время непрерывной работы сепаратора между  разгрузками τ, ч,

   

    с      (2.39)

   где а - объемная концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте, % .

   Критическая частота вращения вала ω_Кр, т. е. скорость, при которой происходит разрушение вала, с^-1,

           (2.40)

   где К - сила, вызывающая прогиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с жестко зацепленным (без амортизатора) верхним радиальным подшипником;

   

   

                                             (2.41)

   где Е - модуль упругости материала вал к Н/м² (Е =2·10¹¹ Н/м² для сталей);

   I - момент инерции сечения вершкального вала, м ,

              (2.42)

     здесь d_в - диаметр.вала, м , d_в = 0,06 м; 

    ; 

   Мощность  электродвигателя сепаратора N, работающего в установившемся режиме, кВт,

          (2.43)

   где - КПД привода ( = 0,92...0,95); N₁ - мощность, затрачиваемая для сообщения

   выбрасываемой из сепаратора жидкости избыточного давления, кВт,

           (2.44)

   здесь p - давление жидкости на выходе, Па; p= (2,0...2,5)·10⁵ Па;

    - КПД напорного диска ( ~ 0,3);

   N₂ - мощность, необходимая для преодоления сил трения барабана о воздух, кВт,

                     (2.45)

   здесь - плотность воздуха, кг/м' ( =1,23 кг/м³);

   F - общая площадь поверхности трения барабана, м².

                                 (2.46)

   здесь - окружная скорость барабана, м/с,

                             (2.47)

   где N₃ - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипниках, кВт,

           (2.48)

   здесь μ - коэффициент трения (μ=0,03 для шарикоподшипников);

     - линейная скорость вращения вала, м/с,

             (2.49)

   где - диаметр вала, м. 
 
 

3. Обоснование  выбора материалов для изготовления  оборудования 
 
 
 
 

     Для изготовления сепараторов, емкостей, насосов  и др. используются нержавеющие пищевые стали. Трубопроводы изготавливаются из стекла, пищевых пластмасс, пищевой резины. Причем все оборудование подвергается мойке холодной и горячей водой с добавлением щелочи и кислоты. Поэтому в дополнение к сказанному необходимо, чтобы материалы были коррозионно стойкими в этих растворах.