Разработка конструкции ванны длительной пастеризации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Молоко - это биологическая жидкость, выделяемая молочной железой млекопитающих и предназначенная для жизни и роста новорожденного. Молоко синтезируется клетками эпителиальной ткани молочной железы из питательных веществ, поступающих в молочную железу с кровью.

Сырьем в молочной промышленности являются цельное молоко и его отдельные компоненты, в частности, жир, белок, казеин, лактоза. Различают истинные компоненты молока, которые синтезируются в процессе обмена веществ при секреции молока, и неистинные (посторонние, чужеродные)- антибиотики, гербициды, инсектициды, радиоизотопы и др.

При переработке молока происходят некоторые изменения состава и свойств составляющих его компонентов. Поэтому в процессе производства необходимо учитывать количество отдельных компонентов молока, а также характер их изменений под воздействием технологических факторов.

В зависимости от назначения молоко оценивают по различным показателям. Если молоко используют как непосредственный продукт питания, то главными показателями являются санитарно- гигиенические и экономические. В случае применения молока в качестве сырья для молочной и пищевой промышленности наряду с вышеназванными показателями большое значение приобретают его физико- химические свойства.

Молоко состоит из воды и сухого остатка, включающего жир, фосфатиды, стерины и другие азотистые вещества, белки, молочный сахар, минеральные соли, а также микроэлементы, газы, витамины, ферменты, гормоны.

ВДП представляет собой двухстенную емкость с термоизоляцией и наружной облицовкой. Внутренняя часть, или рабочая ванна, изготавливается из некорродирующего материала -- чаще всего из листовой нержавеющей стали, значительно реже -- из "пищевого" алюминия. Для наружной облицовки используют как нержавеющую, так и обычную тонколистовую сталь, защищенную от коррозии покраской. В междонном пространстве помещена несущая рама, которая воспринимает нагрузку от всей конструкции и продукта и передает ее на опоры, устанавливаемые на фундаменте. Там же размещены устройства для охлаждения [4].

ванна пастеризация молоко

1. Назначение, устройство и принцип действия ванны длительной пастеризации

1.1 Основные требования к молоку и назначение ВДП

Для переработки должно использоваться сыропригодное молоко, отвечающее следующим требованиям:

1. молоко должно иметь чистый вкус и запах, без посторонних примесей несвойственный свежему молоку привкусов и запахов.

2. по внешнему виду и консистенции оно должно представлять собой однородную незамороженную жидкость без слизи, осадка или хлопьев белка, цветом от белого до слабо желтого.

По физико-химическим показателям молоко должно отвечать следующим требованиям:

Степень чистоты - не ниже 1 гр.;

Плотность - не менее 1,027 г/см ²;

Кислотность - не менее 16, но не более 18 ^оТ;

Редуктазная проба - I и II класса.

ВДП предназначен для хранения молока. ВДП на заводах выполняют функции накопителей молока перед его переработкой. Они необходимы вследствие разницы от доставки молока во времени до его переработки. ВДП предназначен для использования на предприятиях пищевой промышленности.

Рабочий объем ванны 1200 л.

Особенности цилиндрического ВДП:

- отличается аккуратным и привлекательным внешним видом;

- надежен в эксплуатации;

- все соприкасающиеся с продуктами.

Ванна длительной пастеризации ВДП-300:

1 - внутренняя ванна;

2 - внешняя ванна;

3 - обшивка;

4 - мешалка;

5 - переливная труба;

6 - кольцевая труба.

1.2 Принцип работы ВДП

При заполнении ванны поток молока из наливной трубы подается на стенку ванны, чтобы по возможности исключить пенообразование. Уровень молока в ванне определяют через смотровое окно или по молокомерному стеклу. Переполнение ванны предупреждается сигнальными устройствами (поплавковыми). Ток подается к корпусу ванны или к специальной трубе, вставленной в середину ванны, а также к контакту, установленному в верхней части ванны. При заполнении ванны поплавок поднимается. Когда ванна заполнена продуктом, поплавок, касаясь верхнего контакта, замыкает цепь, в результате чего включается световой или звуковой сигнал.Ванны для хранения молока также оснащаются приборами контроля качества продукта (например, прибор для определения рН)[4,5].

2. Расчет и проектирование

2.1 Определение объема металла ВДП

Формула для определения объема металла, необходимого для изготовления сосуда

, (1)

где D и Н -- внутренние диаметр и высота сосуда, м;

д, д_д - толщина боковой стенки и днища, м.

Внутренний объем сосуда

(2)

(3)

Подставляя (2) в уравнение (1), получим

(4)

Высоту ванны выражаем из уравнения

(5)

Из уравнения (5) находим объем внешней стенки

, (6)

где D^Ч - внешний диаметр ванны, м

H^Ч - высота ванны, м.

2.2 Определение толщины стенки ванны

Давление на стенки сосуда

Р = р_жgН, (1)

где Н -- высота цилиндрического сосуда (точнее, уровня жидкости в сосуде), м;

р_ж -- плотность жидкости, кг/м';

g -- ускорение свободного падения, м/с².

Таким образом, уравнение для определения окружного напряжения оболочек примет вид

, (2)

Так как цилиндрический сосуд опирается нижней частью, то меридиональное напряжение равно нулю

(3)

Напряжение в стенке сосуда в радиальном направлении обычно принимают равным нулю у_r=0.

При получении расчетных формул можно исходить из теории наибольших касательных напряжений, согласно которой эквивалентное напряжение

, (4)

В данном случае у₁= у_t и у₃? 0, следовательно,

, (5)

где [у] -- допускаемое напряжение на растяжение.

В формулу (9) обычно вводят:

ц -- коэффициент прочности сварного шва (ц = 0,7-1,0);

D -- внутренний диаметр сосуда;

С -- прибавка на коррозию;

S_p - расчетная толщина стенки.

Так как цилиндрический сосуд опирается нижней частью, то меридиональное напряжение равно нулю

(6)

Напряжение в стенке сосуда в радиальном направлении обычно принимают равным нулю у_r=0.

При получении расчетных формул можно исходить из теории наибольших касательных напряжений, согласно которой эквивалентное напряжение

, (7)

В данном случае у₁= у_t и у₃? 0, следовательно,

, (8)

где [у] -- допускаемое напряжение на растяжение.

В формулу (9) обычно вводят:

ц -- коэффициент прочности сварного шва (ц = 0,7-1,0);

D -- внутренний диаметр сосуда;

С -- прибавка на коррозию;

S_p - расчетная толщина стенки.

Тогда толщина стенки цилиндрического аппарата, находящегося под внутренним давлением, определяется по формуле

, (9)

где Р-- внутреннее давление, МПа;

D -- внутренний диаметр цилиндрического аппарата, м;

ц -- коэффициент прочности сварного шва (ц = 0,7... 1,0);

[у] -- допускаемое напряжение на растяжение для материала аппарата, МПа;

С -- прибавка на коррозию (С = (1...3) 10^-3 м), м. Прибавка к толщине стенки на коррозию для аппаратов из углеродистых сталей составляет 1...3 мм в зависимости от агрессивности обрабатываемой среды, срока службы аппарата и его размеров.

С_о -- прибавка на округление размера до стандартного значения толщины листового проката, м.

, (10)

где V_м - объем металла, необходимого для ванны, м³;

с_ст- плотность стали, с_ст= 7800 кг/ м³.

Капитальные затраты

, (11)

М - масса оборудования, кг,

С_ст - стоимость 1 кг стали.

Затраты на амортизацию

, (12)

где б - коэффициент амортизации, б=0,142

Затраты на техническое обслуживание и ремонт

ТОР=0,06*К, (13)

Амортизация на здание

Азд=в*S*С_пола, (15)

где в - коэффициент амортизации на здание, в - 0,02,

S - производственные площади, занимаемые оборудованием,

С_ст - стоимость 1 м² пола.

Себестоимость оборудования

С=А+ТОР+А_зд, (14)

Приведенные затраты

П=С+0,15*К, (15)

Удельные приведенные затраты

, руб/т (16)

2.3 Исследование целевой функции и выбор критерии оптимизации

Так как необходимо рассчитать ванну таким образом, чтобы при нужных размерах приведенные затраты были минимальны, необходимо произвести расчет при различных значениях конструктивных параметров ванны, т.е. диаметре. Значениями этого параметра поочередно варьируем с постоянным и малым шагом, а затем выбираем оптимальный вариант по определяемому критерию Кр. Так реализуется метод многомерной оптимизации циклического покоординатного спуска. Для такого многократного расчета используем программу Microsoft Excel. В результате расчетов определяются конструктивные параметры, соответствующие минимальным приведенным затратам. Результаты расчетов приведены в таблицах приложений А и Б. Согласно данным этих таблиц строим графики зависимости приведенных затрат от варьируемого параметра D на формате А1 графического материала (лист ТОЖПП 35.20.00.Г). Анализ кривой позволил установить, что оптимальный внутренний диаметр ванны равен 1 м, т.е. при данном диаметре наименьшие приведенные затраты. Анализ других кривых позволил установить, что при различном отношении цены металла к стоимости пола оптимальные размеры диаметра ванны варьируют, и чем больше это отношение, тем больше оптимальный диаметр ванны.

По рассчитанным конструктивным параметрам выполняем рабочий чертеж ванны на формате А1 графического материала (лист ТОЖПП 65.17.00. ВО) [1].

Выводы

В процессе выполнения работы изучены основные требования к молоку и назначение ванны. Произведен обзор и анализ существующих конструкций ванн. Подробно описано устройство и работа ванны цилиндрического вертикального типа.

Произведен выбор критерия оптимизации и разработана математическая модель для ванны. На основе данной модели разработан вычислительный алгоритм в среде Microsoft Excel для оптимизации параметров ванны. Из расчета установлено, что приведенные затраты зависят от диаметра ванны, а оптимальный диаметр зависит от отношения стоимости 1 кг стали к 1 м ² пола. На приведенные затраты главным образом оказывают влияние диаметр самой ванны. Даже при различном отношении цены металла к стоимости пола оптимальные размеры диаметра ванны варьируют не в широких пределах. Минимум приведенных затрат достигается при внутреннем диаметре ванны 1 м (стоимость металла 350 руб./кг и стоимость пола 20000 руб./1 м²).

Разработана конструкция ванны с оптимальными конструктивными параметрами и выполнен сборочный чертеж вертикальной ванны цилиндрического типа. Основные конструктивные параметры ВДП: оптимальное значение внутреннего диаметра ванны равна 1 м, а высота ванны при этом равна 1,6 м. При полученной внутреннем диаметре и высоте ванны были найдены внешние диаметр и высота, которые составляют соответственно 1,1 м и 1,7 м.

Библиографический список

1. Митин В.В. Курсовое и дипломное проектирование оборудования предприятий мясной и молочной промышленности. - М.: Колос, 1992. - 272с.

2. Остриков А.Н., Абрамов О.В. Расчет и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 352 с.

3. Самойлов В.А. Справочник технолога молочного производства. В.А. Самойлов, П.Г. Нестеренко, О.Ю. Толмачев. - Том 7.

4. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. М.: Колос, 1992. - 399 с.

5. Сурков В.Д. технологическое оборудование предприятий молочной промышленности / В.Д. Сурков, Н.Н. Липатов, Ю.П. Золотин - М.: легкая и пищевая промышленность, 1983. - 432.

Размещено на Allbest.ru