Особенности расчета и выбора электрооборудования молочного блока производительностью 2,5 тонны молока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

сельскохозяйственный электрооборудование молочный

В наше время сельское хозяйство переживает сложные социально-экономические проблемы, связанные с тяжелым экономическим положением нашей страны. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства напрямую связано с развитием его энергетической базы. Электрическая энергия - одна из основных видов энергии, используемой на животноводческих и птицеводческих комплексах, в теплицах, в кормоприготовительном хозяйстве и т.д. Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве снижает трудоемкость работ, повышает производительность труда. Для того чтобы добиться надежных поставок республике качественных продовольствия и промышленного сырья нужно укрепить материально-техническую базу сельскохозяйственного производства путем увеличения темпов механизации, электрификации и автоматизации технологических процессов.

Большая часть электрической энергии преобразуется в механическую при использовании электроприводов сельхозмашин. Часть электрической энергии преобразуется в тепловую, там где требуются автоматическое поддержание заданных режимов и значений температуры для обеспечения микроклимата в помещении.

В повышении эффективности сельскохозяйственного производства более важное значение приобретает автоматизация технологических процессов по производству и переработке сельскохозяйственной продукции. Автоматизация сельскохозяйственных предприятий позволит поднять технический уровень производства на более высокую ступень научно-технического процесса.

Таким образом, повсеместная электрификация сельского хозяйства рассматривается как основной фактор роста производительности труда. При этом существенное внимание должно оказываться комплексному использованию электроэнергии. Всестороннее использование электроэнергии в силовых стационарных и мобильных процессах, тепловых процессах, в процессах по обеспечению необходимого облучения и освещения в системах обеспечения заданного микроклимата и процессах электротехнологий позволяет увеличить продуктивность как в животноводчестве, так и в кормоприготовительном хозяйстве. В месте с тем должен осуществляться качественный переход от автоматизации отдельных производственных процессов и операций к полной автоматизации предприятий, в том числе и сескохозяйственных. Потребление электроэнергии в сельском хозяйстве постоянно увеличивается, что ведет к необходимости размещения линий электроснабжения.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производств, повышение их эффективности является основой ускорения социально-экономического развития нашей страны.

Молокопроизводство занимает одну из ведущих ролей в технологическом процессе производства с/х продукции. Так как основная часть оборудования морально устарела и износилась, требуется внедрение нового прогрессивного энергосберегающего оборудования, внедрение новых технологических процессов, обучение персонала и набор квалифицированных кадров.

Задачей данного дипломного проекта является расчет и выбор электрооборудования молочного блока производительностью 2,5 тонны молока в сутки с использованием установки для электрокоагуляции белков молочной сыворотки.



1. Технологическая часть

1.1 Производственная характеристика предприятия

СПК «Присожье» образован в июне 2003 года путем реорганизации колхоза «Присожье».

Участниками кооператива, помимо работающих членов, является также бывшие члены колхоза, находящиеся на пенсии.

Высшим органом управления является собрание членов производственного кооператива.

В период между общими собраниями руководство кооперативом осуществляет правление. Правление избирается на общем собрании членов кооператива. Оно осуществляет руководство текущей деятельности кооператива во главе с председателем, который организует выполнение решений общего собрания и правления кооператива.

СПК « Присожье» Славгородского района Могилевской области находится в 9 км от районного центра, где расположен Славгородский маслодельно-сыродельный завод, в 80 км от г. Могилева, где расположен Могилевский мясокомбинат, 60 км от железнодорожной станции г. Кричев, 120 км Климовичи, где расположен Климовичский комбинат хлебопродуктов.

СПК «Присожье» объединяет 3 населенных пункта:

Д.Шеломы-1, д. Уречье-1. На территории хозяйства проживает 505 человек, из них работающих в СПК 107 человека (21,2%).

Климат хозяйства умеренно-континентальный с мягкой зимой и относительно прохладным летом. Климатические условия вполне благоприятные для возделывания сельскохозяйственных культур. На большей части территории хозяйства распространен холмисто-равнинный и холмисто-ложбинный тип рельефа.

Общая земельная площадь хозяйства 4045 га., в т.ч. сельскохозяйственных угодий - 3771 га., из них пашни - 2235 га., луга 1536 га. Удельный вес пашни в структуре сельскохозяйственных угодий составляет - 59%

Балл сельскохозяйственных угодий - 29,5. Балл пашни - 33,7.

Среднесписочная численность на 1.01.2010 года 128 человек.

По сравнению с 2002 годом численность работающих существенно уменьшилось (на 59 человек). Нагрузка на одного работающего в сельскохозяйственном производстве составила 29,4 га сельскохозяйственных угодий, в т.ч. 17,5 га пашни.

Настоящим бизнес-планом развития предприятия, рассчитано:

- увеличение валовой продукции сельского хозяйства в процентах к соответствующему периоду предшествующего года на 16,0%.

- увеличение среднемесячного дохода 7,7%.

- увеличение выработки на одного среднегодового работника на 20%.

- увеличение производства продукции сельского хозяйства и реализации на 27%.

- снижение себестоимости реализуемой продукции на 3%.

- увеличение рентабельности реализации продукции и рентабельности производства продукции.

1.2 Характеристика проектируемого объекта

Молочный блок располагается в 9 км от районного центра, где расположен Славгородский маслодельно-сыродельный завод.

Объектом проектирования является молочный блок к ферме КРС на 240 голов. План молочного блока указан на листе 1 графической части дипломного проекта.

Данный проект предназначен для строительства в климатических районах с расчётной зимней температурой наружного воздуха -20С^о, со следующими условиями:

- вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности для 1-го и 2-го географического района СНГ - 70 кгс и 100 кгс;

скоростной напор ветра для второго географического района СНГ - 35 кгс/м;

- сейсмичность района строительства не более 6 баллов;

- рельеф территории - спокойный, грунтовые воды отсутствуют, грунты не пучинистые, непосадочные со следующими нормативными характеристиками нормативный угол внутреннего трения Yн - 0,49 рад или 28 град, нормативное удельное сцепление Сн = 2 КПа, модуль деформации нескальных грунтов Е = 14,7 МПа, плотность грунта;

- Х = 1,8 т/м. Коэффициент безопасности по грунту Кг = 1.

Здание одноэтажное, в плане прямоугольной формы с размером в осях 20х12 м, высота внутри помещения у наружных стен от пола до низа потолочных конструкций - 3 м. Фундамент- монолитные железобетонные блоки. Стены из глиняного обожженного кирпича. Оштукатурены цементным раствором и окрашены известковой краской с добавлением красного колера.

Крыша выполнена из железобетонных плит и покрыта битум.

Отопление здания осуществляется от центральных теплосетей.

Таблица №1 - Характеристика помещений молочного блока

№ на плане	Наименование и размеры (длина, ширина, высота, м) помещения	Характеристика поверхностей
		стен	потолка
1	Первый молочный блок (9х7х3)	Бетонная штукатурка, окрашенная светлой масляной краской	Бетонные штукатурка, окрашенные светлой известковой краской
2	Второй молочный блок (9х7х3)	То же	То же
3	Компрессорная (8,5х3х3)	То же	То же
4	Щитовая (3х3х3)	То же	Бетонная плиты, окраш. светлой извест. краской
5	Кладовое помещение (8,5х3х3)	То же	То же
6	Коридор (27х2х3)	То же	То же

Молочный блок предназначен для первичной обработки и кратковременного хранения молока. Блок, сблокирован с коровниками.

Доение коров выполняется установками АДМ-8, двукратное механическое в стойлах. Производство молока составляет 4000 ц в год при удое на одну фуражную корову - 4000 кг.

Далее молоко по молокопроводам после предварительной очистки в сепараторах молоко - очистителях попадает в резервуары охладители, где охлаждается и хранится до тех пор, пока при помощи молоковоза его не доставляют на молокоперерабатывающие производства.

В целом в молочном блоке осуществляются следующие технологические процессы:

- очистка молока;

- охлаждение молока;

- мойка танков и молокопроводов;

- выработка компрессии.

1.3 Выбор технологического оборудования

Выбор технологического оборудования будет оптимальным, если он будет соответствовать объекту производства, обеспечивать высокие производственные показатели и низкую себестоимость выпускаемой продукции.

Изучая технологическую схему, выясняем функции и роль каждого процесса в здании молочного блока, устанавливаем производственные циклы, ритм и фронт работ.

При выборе технологического оборудования следует принимать отечественную или зарубежную технику аналогичного назначения, существующую или спроектированную. Правильно выбранное оборудование способствует увеличению производительности и качеству производимой продукции. Технологическое оборудование выбирается по требуемой производительности, условиям окружающей среды, габаритов.

Произведём расчёт требуемой производительности поточной линии обработки молока. Расчет ведется на максимуи суточного удоя в наиболее продуктивный месяц лактации стада, что бы иметь гарантированый запас производственной мощности линии в остальное время:

(1)



где - коэффициент неравномерности удоя ();

- среднегодовой удой на корову, кг;

m - число коров на ферме, голов.

При двухразовом доении утром получают до 60 процентов удоя. Суточный удой получается неравномерно. Неравномерность модет быть охарактеризована коэффициентом .

Производительность поточной линии обработки молока:

где Т - принятая длительность обработки в молочном блоке, ч.

.

По значению производительности определяют необходимые параметры технологических линий, подбираются машины по каталогу. Результаты сводятся в таблицу № 2.

Таблица № 2 - Выбор технологического оборудования

Рабочая машина	Марка машины	Количество	Производительн	Мощ., кВт	Прим.
Доильная установка	АДМ - 8А	2	50 гол/ч	5,1
- молочный насос	НМУ-6	2	1200 - 3600 дм3/ч	1,1
- вакуум-насос	УВУ 60/45	2	60 м3/ч	4
Резервуар охладитель	РНО-2,5	2	2500 м3	9,37
Сепаратор молокооч.	ОМА-3М	2	1000 дм3/ч	1,1
Водонагреватель	УАП-200/0,9	2	100 дм3/ч	6



2. Расчетная часть

2.1 Расчет и выбор электродвигателей

Выбор силового электрооборудования сводится к определению его мощности и других параметров, связанных с работой. Необходимо так же учитывать условия окружающей среды, в которой работает электрооборудование; и продолжительность работы.

Определяется расчетная мощность электродвигателя для привода сепаратора молока

, (3)

где з = 1 - для прямой передачи [3].

.

По расчетной мощности из каталога выбирается электродвигатель с паспортной мощностью .

Принимается асинхронный сельскохозяйственный электродвигатель единой серии марки АИР71В2У3 Р_Н= 1,1 кВт; I_Н= 2,55 А; n = 2730 мин^-1; К_I = 6,0; з = 0,79; cosц = 0,83, [5].

Рассчитывается коэффициент каталожной неувязки:



Принимается коэффициент загрузки машины k_ЗМ = 1 -для сепараторов [3].

Определяется мощность, присоединенного к сети электропривода:

(5)

.

Рассчитывается коэффициент загрузки электродвигателя:

(6)

.

Для остальных машин электродвигатели рассчитываются аналогично, результаты сводятся в таблицу № 3.

Таблица № 3 - Основные параметры электроприводов

Наименование рабочей машины. Марка	К-во	Марка электрод.	РН, кВт	IН, А	Кi	cos	,
Молочный насос НМУ-6	2	АИР71В2У3	1,1	2,55	6,0	0,83	79
Вакуумная установка УВУ60/45	2	АИР100L4У3	4,0	8,5	7,0	0,83	85,0
Сепаратор молокооч. ОМА-3М	2	АИР71В2У3	1,1	2,55	6,0	0,83	79
Резервуар охлад. молока РНО-2,5
- мешалка	2	АИР63А4УЗ	0,25	0,83	5,0	0,67	0,68
- насос	2	АИР71В4У3	0,75	1,52	5	0,73	0,73
- компрессор	2	АИР100L2У3	5,5	10,6	7,5	0,89	0,88



2.2 Выбор пускозащитной аппаратуры

Управление электроприёмниками и их защита от аварийных режимов работы осуществляется с помощью электротехнических устройств, называемых аппаратами управления и защиты.

Для увеличения срока службы электроприёмников необходимо технически грамотно выбрать необходимую аппаратуру управления и защиты. Выбрать аппарат, значит, отобрать из множества однотипных самый экономичный, технические данные которого наиболее полно соответствуют условиям окружающей среды. Кроме этого, надо учитывать технику безопасности.

От правильного выбора пусковой и защитной аппаратуры в большей мере зависят надёжность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного процесса, электробезопасность людей.

Для пуска и остановки электродвигателя служит магнитный пускатель, который также защищает электродвигатель от недопустимого снижения напряжения в сети. Для защиты от токов короткого замыкания или значительных перегрузок применяют автоматический выключатель, также который может работать как коммутирующий аппарат для нечастых включений и отключений цепи. Защиту электродвигателей от тепловых перегрузок выполняет тепловое реле, которое встраивается в магнитный пускатель и поставляется с ним.

Выбор аппаратов управления и защиты производится исходя из установленной мощности приёмника энергии по расчётному току питаемой, управляемой и защищаемой цепи. А также учитывается условие селективности по всем линиям [ПУЭ 3.1.8; 3.1.9].

Магнитные пускатели принимаются исходя из напряжения коммутируемой сети



, (7)

номинального тока нагрузки

(8)

а также исходя из конструктивных особенностей.

Для дистанционного управления и включения сепаратора принимаем магнитный пускатель ПМЛ-121002 степень защиты IP54.

Выбор теплового реле производят по условию, что номинальный ток реле должен быть больше или равен номинальному току двигателя

I_н.т.р?I_н.д

где I_н.т.р - номинальный ток реле, А, пределы регулирования расцепителя реле должны охватывать значения номинального тока двигателя.

Для защиты электропривода сепаратора выбираем тепловое реле:

25 А>2,55 А

Из каталога, с учётом этих условий, выбираем электротепловое реле типа РТЛ-100704, для которого номинальный ток реле равен 25 А, среднее значение тока теплового элемента 2,0 А, с пределами регулирования тока несрабатывания 1,5-2,6 А. Регулятор настройки устанавливаем на ток 2,6 А. Для остального оборудования магнитные пускатели с тепловыми реле выбираем аналогично.

Выбираем автоматический выключатель для защиты электродвигателя от токов короткого замыкания и перегрузки.

Автоматический выключатель выбирают по следующим параметрам:

- по номинальному напряжению:

где - номинальное напряжение коммутируемой цепи, В

- номинальный ток автомата должен соответствовать току электроприемника:

(11)

- номинальный ток теплового расцепителя должен соответствовать длительному току электроприемника:

Принимается автомат АД-14 номинальный ток автомата I_НА=25А; номинальное напряжение U_НА=660В; номинальный ток расцепителя I_НТР=3А, пределы регулирования 0,8…1,0 I_НТР; кратность срабатывания 10 I_НТР .

Проверяем выбранный автомат на возможность ложных срабатываний, при этом должно соблюдаться условие

(13)



где - каталожный ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А;

- расчетный ток срабатывания электромагнитного расцепителя,

(14)

где - пусковой ток электродвигателя, А.

,

.

Вывод: ложных срабатываний не будет.

Для остального оборудования выбор автоматических выключателей

производится аналогично, при необходимости учитываем условие селективности (на один габарит больше). Результаты выбора приведены на принципиальной схеме распределительной сети (лист 3 графической части).

2.3 Расчет электрического освещения

При разработке светотехнической части проекта осветительной установки придерживаемся следующей последовательности рассмотрения вопросов: выбор источников света; выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса; выбор системы и вида освещения; выбор осветительных приборов; размещение светильников; светотехнический расчет осветительной установки.

Характеристика помещений молочного блока приведена в таблице №1.

В соответствии с требованиями СНиП для помещений производственного назначения (№1,2,3) принимаем газоразрядные лампы низкого давления, а в помещениях вспомогательного характера (№ 4,5,6) - лампы накаливания.

По таблице П.3.12 [6] определяется нормированное значение освещенности Е_min и расчетную поверхность. Коэффициенты запаса принимаем К_з=1,5 - для ламп газоразрядных и К_з=1,3 - для ламп накаливания. Результаты снесены в таблицу №4.

Так как во всех помещениях отсутствует крупногабаритное оборудование, то во всех помещениях принимаем систему общего освещения с равномерным размещением светильников. Вид освещения - рабочее.

Определяем категорию помещения по условиям окружающей среды таблица 3.15 [6] и минимально допустимую степень защиты светильника таблица П3.13 [6]. Результаты сводим в таблицу № 4.

Производится выбор светильников для помещения №1 - помещение первого молочного блока.

0,8 м, то целесообразней принять светильник, имеющий кривую силы света Д-2 или Д-3. Учитывая назначение помещения, оставляем светильники, имеющие прямой (П) класс светораспределения. Окончательно принимаем светильник ЛСП01-1х40 прямого светораспределения (П) с кривой силы света (Д-2) и степенью защиты 2.0. Аналогично производим выбор светильников для других помещений, таблица № 4.

Таблица № 4 - Результат выбора светильников

№ на плане и наименование помещения	Категория среды	Еmin, лк	Кз	Рабо чая поверхность	Система освещения	Вид осве-щения	Степень защиты минима ,льная	Принятый светильник
								тип	тип КСС	степень защиты
1 Первый молочный блок	Сухая	150	1,5	Г-0,8	То же	То же	2.0	ЛСП01-1х40	Д-2	2.0
2 Второй молочный блок	Сырая	150	1,5	Г-0,8	То же	То же	2.0	ЛСП01-1х40	Д-2	2.0
3 Компрессорная	Сухая	75	1,5	Г-0,8	То же	То же	2.0	ЛСП01-1х40	Д-2	2.0
4 Щитовая	Сухая	50	1,3	В-1,5	То же	То же	2.0	НСП21-100	Д-2	5.3
5 Кладовое помещение	Сухая	20	1,3	Пол	То же	То же	2.0	НСП21-100	Д-2	5.3
6 Коридор	Сухая	50	1,3	Пол	То же	То же	2.0	НСП21-100	Д-2	5.3

Размещаем светильники в помещении №1:

Рассчитывается высота подвеса:

(15)

где - высота прокладки троса, м;

- высота до рабочей поверхности, ;

- высота светильника, .

.

Для светильников ЛСП01-1х40 (таблица П.3.14 [6]). Расстояние между рядами светильников:

(16)

.

Расстояние от стены до крайнего ряда светильников:

(17)

.

Число рядов:

(18)

где В - ширина помещения, м;

.

Принимается . Расстояние от стены до крайнего ряда .



Действительное расстояние между рядами светильников:

(19)

.

Размещаем светильники в помещении №4 - Щитовая.

Рассчитывается высота подвеса:

.

Для светильников НСП21-100 (таблица П.3.14 [6]). Расстояние между рядами светильников и светильниками в ряду:

.

Расстояние от стены до крайнего ряда светильников и до крайнего светильника в ряду:

.

Число рядов:

.

Принимается .

Число светильников в ряду:



.

Принимаем 2 светильников в ряду.

Общее число светильников:

(20)

.

Расстояние от стены до крайнего ряда и до крайнего светильника в ряду .

Действительное расстояние между рядами светильников:

.

Действительное расстояние между светильниками в ряду:

.

Аналогично размещаем светильники в остальных помещениях, результаты сносим в таблицу № 5.

Таблица № 5 - Параметры размещения светильников в помещениях

№ на плане и наименование помещения	НР, м	Количество, шт	Расстояние, м
		N2	N1	LA	LВ	lА	lВ
1 Первый молочный блок	2,034	3	-	-	2,5	1	1
2 Второй молочный блок	2,034	3	-	-	2,5	1	1
3 Компрессорная	2,034	1	-	-	-	1,5	1,5
4 Щитовая	1,5	2	2	1,5	1,5	0,75	0,75
5 Кладовое помещение	2,6	2	4	2,16	2	1	0,75
6 Коридор	2,6	1	10	2	2	1	1
	2,6	1	3	2,33	2	1	1

Расчет осветительной установки в помещении №1 - помещение первого молочного блока производится методом коэффициента использования светового потока

Определяется в зависимости от материала и окраски поверхностей коэффициенты отражения (таблица П.3.22 [6]) потолка - стен -рабочей поверхности - .

Индекс помещения:

(21)

где А и B - длина и ширина помещения, м

.

Для КСС светильника Д-2 индекса помещения и коэффициентов отражения поверхностей определяется коэффициент использования светового потока в нижнюю полусферу (таблица П.3.23 [6]) . Аналогично определяем коэффициент использования светового потока в верхнюю полусферу (таблица П.3.25 [6]). Из номенклатуры светильников определяется КПД в нижнюю полусферу: ; - и верхнюю полусферу: . Вычисляется коэффициент использования светового потока:



(22)

.

Выбираем тип источника света лампу ЛБ-40, Ф_Л=3200 лм.

Суммарное число светильников в помещении:

(23)

где z - коэффициент минимальной освещенности, z = 1,1 - для светильников с люминесцентными лампами [6] ;

S - площадь помещения, м²;

n_C - количество ламп в светильнике, штук.

.

Принимаем .

Число светильников в ряду:

(24)

.

Действительное расстояние от стены до крайнего светильника в ряду . Рассчитывается действительное расстояние между светильниками в ряду с учетом длинны светильника :



(25)

.

Расчет осветительной установки в помещении №4 - Электрощитовая

Табличное значение удельной мощности (таблица П.3.19 [6]):

.

Коэффициенты отражения (таблица П.3.22 [6]) потолка - стен -рабочей поверхности - .

Вычисляются поправочные коэффициенты:

(26)

где и - коэффициент запаса реальный и табличный;

.

- так как коэффициенты отражения поверхностей совпадают с табличными;

- так как .

Реальное значение удельной мощности:



(27)

где - минимальная освещенность в помещении, ;

.

Расчетное значение мощности лампы:

(28)

где S - площадь помещения, м²;

- условный КПД светильника, ;

- количество светильников в помещении, штук;

- количество ламп в светильнике, штук.

.

Подбирается мощность лампы с учетом требований:

, (29)

,

.

Принимается лампа Б 215-225-60.



Проверяется возможность установки лампы в светильник:

. (30)

Для остальных помещений расчет ведется аналогично, результаты сведены в таблицу 6.3 и на листе 2 графической части.

Определяем расчетную мощность освещения. При использовании в осветительных установках газоразрядных источников излучения необходимо при определении расчетной мощности учитывать потери мощности в пускорегулирующих аппаратах: для люминесцентных ламп они составляют 20...30%, а для ламп типа ДРЛ 8...12% [9].

Расчетную мощность освещения определяем по формуле:

Рр.о = Ру.о.лн +1.2Ру.о.лл, (31)

где Ру.о.лн - установленная мощность светильников с лампами накаливания, кВт;

Ру.о.лн - установленная мощность светильников с люминесцентными лампами, кВт.

.

Таблица № 6 - Результаты расчетов освещения

№ на плане и наименование помещения	Тип светильника	Количество ламп в светильнике	Количество светильников	Тип источника света	Мощность источника света, кВт	Установленная мощность осветительной установки, кВт
1 Первый молочный блок	ЛСП01-1х40	1	9	ЛБ-40	0,04	0,36
2 Второй молочный блок	ЛСП01-1х40	1	9	ЛБ-40	0,04	0,36
3 Компрессорная	ЛСП01-1х40	1	3	ЛБ-40	0,04	0,12
4 Щитовая	НСП21-100	1	4	Б215-225-60	0,06	0,24
5 Кладовое помещение	НСП21-100	1	8	Б215-225-15	0,015	0,12
6 Коридор	НСП21-100	1	10	Б215-225-25	0,025	0,25
	НСП21-100	1	3	Б215-225-40	0,04	0,12

2.4 Расчет максимальной мощности на вводе

Под электрической нагрузкой понимают величину электрического тока протекающего в сети при включенном электроприемнике или группе электроприемников.

По электрическим нагрузкам производят выбор проводников (конструктивное исполнение, сечение) на всех ступенях выработки, преобразования, передачи и использование потребителем электрической энергии и ее распределении. Существует 3 метода определения электрических нагрузок объектов:

1 Метод построения суточного графика электрических нагрузок;

2 Метод упорядоченных диаграмм или метод эффективного числа электроприемников;



3 Аналитический метод

Для расчета нагрузки на вводе в здание молочного блока применяется метод построения суточного графика электрических нагрузок. Так как на объекте можно установить четкий по времени цикл технологического оборудования.

Для построения графика нагрузок составляется вспомогательная таблица № 7.

Таблица № 7. - Вспомогательная таблица для построения графика нагрузок.

Технологическая операция	Мощность, кВт	Длительность действия операции
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
1 Молоко -насос	2,2
2 Вакуум - насос	8
3 Охладитель	18,74
4 Сепаратор	2,2
5 Нагреватель	12
6 Освещение	1,74

Составляется суточный график нагрузок (рисунок 1).

Рисунок 1- График электрических нагрузок.

Из графика видно, что максимальная активная мощность:

.

Определяется установленная мощность суммированием всех нагрузок, имеющихся на объекте:

, (32)

где - мощность i-й нагрузки, кВт.

.

Электропотребление за сутки определяется через геометрическую площадь графика:



(33)

Среднее значение электропотребления за сутки:

(34)

Среднее значение коэффициента мощности нагрузок, участвующих в формировании максимума нагрузок:

(35)

Определяется полная мощность на вводе:

(36)

Ток на вводе в момент максимума нагрузки:

(37)



По рабочему току определяем сечение вводного кабеля, исходя из условия.

I_доп ? Iр_, (38)

I_{доп = 65А}? I_{р = 52,65А.}

Принимаем к установке кабель на вводе АВБбШв 5*25.

2.5 Расчет силовой и осветительной сети

Схемы принципиальные выполняются в соответствии с ГОСТ-21.613-88 «СПДС. Силовое электрооборудование. Рабочие чертежи».

Схема электроснабжения потребителей на их последней ступени от распределительного устройства трансформаторной подстанции до ввода в здание и распределительным пунктом и далее от распределительных пунктов до электроприемников называют схемами распределения электрической энергии, условно разделяют на питающую сеть и распределительную сеть.

Для создания наиболее оптимального варианта схемы распределения электрической энергии необходимо учитывать многие факторы, оказывающие существенное влияние на построение рациональной схемы:

- требования обеспечения нормального технологического процесса;

- обеспечение безопасной работы обслуживающего персонала;

- условия окружающей среды здания;

- категория электроприемников в надежности электроснабжения;

- обеспечение наименьших затрат на сеть;

Окончательный выбор вариантов схемы производится по совокупности всех факторов, с учетом конкретных условий проектируемого объекта.

Порядок разработки принципиальных схем:

а) изучаем и анализируем технологические задания;

б) изучаем и анализируем задания смежных профессий инженерного обеспечения;

в) анализируем электроприемники по мощности, расположению, принадлежности к технологическим линиям и т.д.;

г) определяем, какое технологическое оборудование поставляется комплектно;

д) все электроприемники разбивают на группы, относящиеся к тому или иному распредустройству;

е) составляем схему распределения; на основании изученных фактов определяем вид схемы: магистральная, радиальная или смешанная.

Принимаем для нашего случая радиальная схему распределения.

На принципиальных схемах не приводим:

1) Технологическое оборудование, марки, сечение и длины кабелей, если они поставляются комплектно с электрооборудованием;

2) Марки и сечения проводов в пределах низковольтных комплектных устройств.

На чертеже принципиальной схемы приводим сводные таблицы потребности основных материалов: кабелей и проводов, защитных труб.

Горизонтальная, жирная линия означает «сеть» данного электроприемника.

Под термином «сеть» понимают совокупность всех устройств и изделий, необходимых для работы электроприемников. А именно, коммутационные и защитные аппараты, аппараты управления, сигнализации, электрические связи между ними (кабели, провода, шины). А также другие изделия, относящиеся к данному электроприемнику (металлоконструкции, защитные трубы, фитинги, металлорукава и т.п.).

При выполнении чертежа принципиальной схемы записываем все данные, относящиеся к рассматриваемой сети. Текстовые записи размещаем в соответствующих графах над линией сети.

Данные для разработки принципиальных схем берем из ранее разработанного материала, а также плана расположения силового электрооборудования и электропроводок. Способы и приемы выполнения схем питающих сетей в общем случае аналогичны схемам распределительной сети.

Так как гаражи имеют одну линию питания, вводное устройство и распределительный пункт совмещены, то принципиальные схемы питающей и распределительной сетей выполняем совместно. Чертеж приводим в графической части дипломного проекта на листе 3 и называем его принципиальная схема питающей и распределительной сетей.

Порядок разработки принципиальных схем:

а) изучаем и анализируем технологические задания;

б) изучаем и анализируем задания смежных профессий инженерного

обеспечения;

в) анализируем электроприемники по мощности, расположению, принадлежности к технологическим линиям и т.д.;

г) определяем, какое технологическое оборудование поставляется комплектно;

д) все электроприемники разбивают на группы, относящиеся к тому или иному распредустройству;

е) составляем схему распределения; на основании изученных фактов определяем вид схемы: магистральная, радиальная или смешанная.

Количество групповых щитков осветительной установки определяется, исходя из размеров здания и рекомендуемой протяженности групповых линий. Для четырехпроходных трёхфазных групповых линий напряжением 380/220 В рекомендуемая протяженность 80м, а однофазных 35м.

Ориентировочное количество групповых щитков можно определить по формуле:



(39)

где r - рекомендуемая протяженность групповой линии, м;

А и В - длинна и ширина здания, м.

.

Принимается один щиток.

Для уменьшения протяженности и сечения проводов групповой сети щиток устанавливают по возможности в центре электрической нагрузки.

Для этого определяются координаты центра нагрузки:

(40)

где - координаты центра электрических нагрузок в координатных осях x,y,м;

Р_i - мощность i-й электрической нагрузки, кВт.

,

.

Таким образом, щит размещаем в стене коридора (9;6,6). Что облегчит доступ к щиткам освещения и будет максимально близко к центрам нагрузок.

Распределительные устройства выбираем по напряжению, условиям окружающей среды, способу установки и присоединения проводов, числу, типу и номинальным параметрам аппаратов защиты.

Исходя из вышеперечисленных требований, принимается в качестве вводно-распределительного устройства ПР85-Ин1-1136-1У354РН. Номинальный ток которого 350 А, аппарат ввода ВА51-31 на номинальный ток 160А, аппараты защиты на девяти отходящих линиях - АД-14.

Осветительный щиток - ЩО 31-32 У3 с двенадцатью групповыми линиями, оснащенными автоматическими выключателями. И имеющий вводной аппарат типа ВА51-31.

Выбор конструктивного выполнения силовых сетей связан с определением вида электропроводок, способа прокладки, марки проводов, кабелей.

Выбирается способ прокладки в пластмассовых трубах, проложенных в земле под подливкой полов, а также в коробах и лотках проложенных по поверхности стен и в резиновых, гибких рукавах. В местах, где возможны повреждения проводников, на подводах к оборудованию применяется прокладка в металлических трубах.

Производится расчет сечение кабеля.

Определяется допустимый ток проводника 6Н1:

а) (41)

б) (42)

где I_ПР - длительно допустимый ток проводника, А;

К_П - поправочный коэффициент, учитывающий условия прокладки проводов и кабелей, К_П=1,04 [8];

К_З - кратность допустимого тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата, К_З=1;

I_P - номинальный ток теплового расцепителя автомата, А;

I_ДЛ - длительный расчетный ток электроприемника или рассматриваемого участка, А

а)

б)

Принимается стандартный I_ПР=21 А, для пятижильного кабеля с алюминиевыми жилами, проложенного в трубе и соответствующее ему сечение жилы 2,5 мм².

Проверяем выбранное сечение проводника по допустимой потере напряжения, которое для внутренних электропроводников не должно быть больше 2,5%.

(43)

где Р_РАСЧ - расчетная мощность, передаваемая по линии (участку), кВт;

l - длинна участка, м;

S - сечение провода, мм²;

С - коэффициент, значение которого зависит от напряжения, числа фаз и материала провода, С=46.

.



Выбранное сечение подходит. Принимаем кабель АВВГ 5х2,5.

На остальных участках расчет сечений проводников и их выбор производим аналогично, результаты приводим на принципиальной схеме распределительной сети, лист 3 графической части.

Для расчета осветительной сети составляется расчетная схема (рисунок 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема осветительной сети.

Схема составляется исходя из плана помещения и намеченных трасс прокладки осветительной сети.

Принимаются располагаемые допустимые потери напряжения и коэффициент спроса таблица П5.5 [6].

Тогда расчетное значение проводника на участке 0-1:

(44)

где - сумма моментов рассчитываемого и всех последующих участков с тем же числом проводов, что и у рассчитываемого, кВт•м;

Р - расчетная мощность, кВт;

l - длина участка, м;

- сумма моментов всех ответвлений с числом проводов, отличающихся от числа проводов рассчитываемого участка, кВт•м;

- коэффициент приведения моментов, зависит от числа проводов рассчитываемого участка и в ответвлениях, - при трехфазной линии и однофазных ответвлениях, таблица П.5.3 [6];

С - коэффициент, зависящий от материала проводов, системы питания и напряжения сети, - для сети 380/220 В, с алюминиевыми жилами, таблица П.5.4 [6].

C учетом механической прочности (таблица П.5.6 [6]) принимаем ближайшее большее стандартное сечение .

Приняв для люминесцентных ламп одноламповых светильников для двухламповых для ламп накаливания определяется коэффициент мощности на участке 0-1:

(45)

где - расчетная нагрузка i-го потребителя с коэффициентом мощности равным, .

_.



Определяется расчетный ток на участке 0-1:

(46)

.

Проверяется выбранное сечение на нагрев. Длительно-допустимый ток для данного сечения . Тогда:

(47)

.

Условие выполняется.

Определяется действительная потеря напряжения на участке 0-1:

(48)

.

Определяется сечение первой групповой линии №1:

.

С учетом механической прочности принимается сечение 2,5 мм² алюминиевых жил расчетный ток на участке:



,

Тогда .

Ближайшая стандартная установка автоматического выключателя 6 А.

Определяется действительная потеря напряжения на участке 1-2:

.

Определяется действительная потеря напряжения на участке 2-3:

.

Общая потеря напряжения в конце первой групповой линии:

(43)

,

.

Для остальных групповых линия сечения определяется аналогично, результаты сносим в таблицу № 8.

Таблица № 8 - Результат расчета осветительной сети

Обозначение на плане	Марка кабеля	Количество жил и сечение	Ток установки, А
№1	АВВГ	3х2,5	6
№2	АВВГ	3х2,5	6
№3	АВВГ	3х2,5	6
№4	АВВГ	3х2,5	6
№5	АВВГ	3х2,5	6
№6	АВВГ	3х2,5	6
№7	АВВГ	3х2,5	6
№8	АВВГ	3х2,5	6



3. Специальная часть

3.1 Анализ способов выделения белков из молочной сыворотки

Мировое производство молочной сыворотки в настоящее время составляет более 90 млн. тонн в год, из них: в США-20,2; Франции-9,75; Италии-5,25; России-10; Белорусии-0,9 млн. тонн. В странах с развитой молочной промышленностью от 50% до 95% молочной сыворотки подвергают промышленной переработке, в Беларуси - не более 20%.

В настоящее время известны следующие основные пути использования молочной сыворотки: 1) в неизменном виде - на корм скоту; 2) переработка на напитки; 3)выделение из сыворотки белков и изготовление из них пищевых продуктов и полуфабрикатов; 4) выделение молочного сахара; 5) сгущение и сушка молочной сыворотки для пищевых и кормовых целей; 6) использование в качестве среды для микроорганизмов при получении молочной кислоты, спирта, кормовых дрожжей и других продуктов.

Проблема полного использования молочной сыворотки не решена ни в одной стране. По данным Международной молочной федерации (ММФ), в настоящее время, до 50% молочной сыворотки сливают в канализацию, тем самым создавая проблему защиты окружающей среды. По мнению экспертов ММФ, эта тенденция сохраниться и в ближайшие годы.

Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога, казеина и относится к вторичному сырью. В зависимости от вида вырабатываемого продукта получают подсырную, творожную и казеиновую сыворотки. В нее переходит до 50% сухих веществ молока, в том числе тонкодиспиргированный молочный жир, легкоусвояемые растворимые белки, уникальный углевод животного происхождения - лактоза, комплекс витаминов, макро- и микроэлементы. Всего в сыворотке содержится более 200 соединений, обнаруженных в молоке.

По питательной ценности 3кг молочной сыворотки эквивалентны 1кг питьевого молока. Средняя кормовая ценность свежей молочной сыворотки 0,087

кормовых единиц. В сухом веществе основные компоненты распределяются следующим образом: молочный сахар-70%, белковые вещества-14,5%, минеральные соли-8% и жир-7,5%.

В настоящее время разработаны или разрабатываются различные методы выделения белка из сыворотки: тепловые, термохимические, химические, механические, электрические.

Тепловые способы основаны на выделении белков термической коагуляцией при 90…95°С и выдержке 20…30 мин. Выход белка из подсырной сыворотки составляет 23%, а из творожной около 40%.

Термохимическая коагуляция включает нагревание до 92°С и подкисления сыворотки различными минеральными и органическими кислотами, например: соляной, уксусной, фосфорной и др. Выход белка увеличивается до 55%.

Химическая коагуляция основана на введении в сыворотку ионов - коагулянтов, в частности кальция. Этим методом можно выделить свыше 50% белка. Однако, хлористый кальций хорошо действует только в свежей подсырной сыворотке.

Из механических способов наиболее известны ультрафильтрация, гель-фильтрация, ультра-центрифугирование. Ультрафильтрация, т.е. разделение растворов (без превращения фаз) через полупроницаемую перегородку (мембрану). Количество исследований, посвященных ультрафильтрации молока и молочных продуктов, в последнее время возросло, разработаны различные конструкции установок. Гель-фильтрация - процесс молекулярно-ситового хромотографирования растворимых в воде веществ. Молекулярное сито представляет собой трехмерно сшитый полимер, набухающий в воде с образованием геля. Ультра-центрифугирование - выделение белков под действием центробежной силы.

Предложен также способ выделения белков с помощью пенного фракционирования. В емкость заливают сыворотку, нагретую до 70…80°С и пропускают воздух до получения пены. Путем одноразового вспенивания можно удалить около 50% растворенного белка.

Электрические способы основаны на электротермической и электрохимической коагуляции. В последнем случае используют растворимые алюминиевые электроды. Гидроокись этого металла выступает в роли активатора процесса выделения белков.

Большой интерес представляют электрические способы которые основаны на нагревании сыворотки электрическим током, то есть термическая коагуляция или электролиз сыворотки. Оптимальные условия: pH=5,5…6,0, температура обработки 30…40°С. В Кишиневском политехническом институте разработан метод выделения белков электрофлотацией. В основе метода лежит электрокоагуляция с использованием растворимых электродов и последующая флотация частиц белка газами, образующимися при электролизе сыворотки. Пену содержащую в основном белки, снимают с поверхности скребковыми механизмами.

Таким образом, наиболее распространенные способы выделяют около 55% белков и обладают определенными преимуществами. Например: тепловые способы наиболее изучены, просты; механические способы имеют теоретически высокую степень выделения белков в нативном состоянии, затраты энергии малы, а тепловая энергия не затрачивается совсем.

Наиболее существенными недостатками способов являются: тепловых - низкая степень выделения белков и высокая энергоемкость; химических - проницаемость мембран во время работы снижается, образуя на поверхности фильтра слой с повышенной концентрацией. Это обуславливает большие размеры производственных установок. Степень выделения белков отличается от теоретических, вследствие трудности установления наличия трещин, неплотностей, пор увеличенного размера. Также механические способы продолжительны и требуют сложного и дорогостоящего оборудования. В электрических способах недостатками являются: наличие трудно-растворимого и трудно-используемого осадка. Для всех перечисленных способов выделения белка составляет только 50…60%.

Устранение или снижение отмеченных недостатков возможно при электротермохимическом способе коагуляции, основанном на непосредственном воздействии электрического тока на коллоидную среду путем создания в ней концентрации анионов и катионов, соответствующей изоэлектрической точке.

Энергия коагуляции зависит преимущественно от электрокинетического потенциала белковых молекул, который можно заменить, варьируя количеством электричества, протекающего через среду.

Таблица № 9 - Сравнительные показатели способов коагуляции белков молочной сыворотки

Способ коагуляции	Конечная температура, °С	Выделение белков, %	Энергоемкость, (мДж/кг) белка
Тепловой	95	25…40	0,34
Химический	20	40…55	-
Термохимический	92	45…50	0,30
Электрохимический	92	45…50	0,28
Электротермохимический	30	65…80	0,12

Таким образом, электротермохимический способ коагуляции (таблица 9) повышает выделение белков из молочной сыворотки на 15…20% по сравнению с альтернативными, снижает расход энергии, улучшает экологическую безопасность.



3.2 Устройство и принцип работы установки для электрокоагуляции белков молочной сыворотки

Молочная сыворотка имеет в своем составе ряд сложных химических веществ, повышенную кислотность, что определяет более агрессивное взаимодействие с металлом, особенно в условиях электрического контакта сыворотка - металл.

Поэтому материал электродов должен обеспечивать надежный токоподвод к обрабатываемой массе, обладать высокой стойкостью к воздействию среды, отсутствием или безвредностью продуктов электролитического разложения. Материал электродов выбирают по их эрозийной стойкости и стоимости. Такими материалами являются сталь марок Ст.3 или 12х18 Н9Т либо графит.

Установка для электрокоагуляции белков молочной сыворотки (рисунок 5) состоит из ячейки прямоугольной формы со сменными электродами, автотрансформатора АОМН-40220-75У4, амперметра, вольтметра и потенциометра, с подключенной к нему термопарой для контроля за температурой. Ячейка изготовлена из органического стекла, по торцам которой закреплены быстросъемные электроды (из графита ГЭ). Быстросъемные электроды представляют собой круг диаметром 29мм и толщиной 10мм.

Тоководы заканчиваются медными пластинами, которые механически плотно прижимаются друг к другу. Подвод и отвод жидкости осуществляется через специальные отверстия, расположенные непосредственно у рабочих электродов, что обеспечивает их равномерное омывание сывороткой.

Конструкция ячейки обеспечивает ее герметичность. Кроме основных (рабочих) электродов в ячейке предусмотрены измерительные электроды, позволяющие контролировать величину падения напряжения на расчетном участке между рабочими электродами.



Рисунок 3 - Установка для электрокоагуляции белков молочной сыворотки: 1-корпус; 2-крышка; 3-прокладка; 4-токовод; 5-электрод; 6-измерительный электрод; 7-шпилька; 8-электровывод; 9-винт; 10-мембрана.

3.3 Обоснование выбора материала электродов по их эрозионной стойкости и стоимости

Можно предложить, что использование в качестве анода углеродистых сталей Ст.3 при электрохимической обработке молочной сыворотки вызывает реакции:

Fe - 2e > Fe²⁺;

Fe²⁺+H₂O > Fe (OH)⁺ + H⁺.

При дальнейшем окислении Fe²⁺ до Fe³⁺ возможно образование и выпадение плохо растворимых гидрооксидов железа Fe²⁺ и Fe³⁺:

Fe²⁺ + 2H²O > Fe (OH)₂ v + 2H⁺;

Fe³⁺ + 3H²O > Fe (OH)₃ v + 3H⁺;



Кроме того протекает процесс восстановления ионов H⁺:

2H⁺ + 2e > H₂ ^,

что приводит к более быстрому росту рН в катодной и падение в анодной областях, образованную гидрооксидов двух- и трехвалентного железа, выпадающего в осадок.

Использование в качестве анода нержавеющей стали (12х18 Н9Т) ведет к окислению железа и ионов ОН^-. Поэтому предпочтительнее использование анода из графита.

Коррозионную стойкость оценивали по ГОСТ 5272-70, согласно которому металл относят к той или иной группе устойчивости в зависимости от скорости разрушения. Расчет скорости эрозий при готовом фонде рабочего времени установки 3600 часов и максимально допустимой плотности тока приведен в таблице № 10.

Таблица № 10 - Основание материала электродов

Материал электрода (марка)	Скорость эрозии, 10-4 кг · (м2 · с)-1	Потери материала, Кг · м-2 · год-1	Относительная стоимость материала
Ст.3	2,76	10,65	1,00
12х18 Н9Т	1,76	7,63	7,27
ГЭ	0,52	1,68	2,73

* Относительная стоимость Ст. принята равной1.

Выводы:

- характер коррозии на всех материалах практически равномерный;

- отложение продуктов коррозии на поверхности электродов для стали Ст.3 и графита отсутствуют; на поверхности нержавеющей стали 12х18 Н9Г наблюдается некоторое отложение продуктов коррозии;

- из исследованных материалов при плотности тока от 0,05-0,15 А/см² наиболее устойчив к коррозии графита.

Таким образом материалом для изготовления электродов при плотностях тока от 0,05-0,15 А/см² в среде молочной сыворотки является графит.



4. Технико-экономическая часть

4.1 Актуальность проблемы

Одной из важнейших задач современного сельского хозяйства Беларуси является повышенная экономическая и энергетическая часть производства. Ее достижения могут быть достигнуты организационными, техническими и технологическими мероприятиями. В условиях невозможности влияния хозяйств на реализационную схему, основной их задачей является максимальное снижение себестоимости конечной продукции и получения на этой основе более высокой прибыли. Это обеспечивает рост рентабельности производства, повышает финансовую устойчивость предприятия и конкурентоспособность продукции на внутреннем рынках. Однако подавляющее большинство новых технологий требует значительных капиталовложений, которые в условной рыночной экономики должны бать экономически обоснованы. В этом плане не является исключением применение в молочных блоках установки для коагуляции молочной сыворотки в кормосмесях. Отсюда основанной целью экономического раздела настоящего диплома является обоснование экономической целесообразности применения предлагаемой установки для интенсификации процесса получения говядины или свинины, на основе рыночных показателей экономической эффективности.

4.2 Выбор вариантов и их краткая эффективность

Базовый вариант основанный на централизованной закупке, а предлагаемый проект базируется на применении установки для коагуляции молочной сыворотки.

Достоинством является гарантируемое получение белков путем их выделения из отходов молочного завода. При этом появляется возможность избежать резких колебаний цен на белковые добавки которые имеют место на рынках кормов.

4.3 Натуральные технико-экономические показатели

Допустим корма готовятся для 1120 голов свиней, из которых: 500 - свиньи на откорме, 60 - свиноматки, 560 - молодняк.

Количество кормлений в сутки и дозы кормления различны для всех возрастных групп. Кормление свиней на откорме и свиноматок производиться два раза в сутки, молодняка - два раза в сутки, поросят-отъемышей - три раза в сутки.

Таблица № 11 - Расход кормов за один прием, кг

Компоненты корма	Возрастные группы
	Свиньи на откорм	Свиноматки	Молодняк	Поросята-отъемыши
Белок	0,16	0,13	0,043	-

Произведем расчет необходимого количества корма в сутки, т/сут:

V = V_белка, (50)

где V_белка - требуемое количество белка в сутки, т/сут;

V_белка = У · V_белка · m_i · n_i · 10^-3, (51)

где m_i - количество кормлений для данной возрастной группы в сутки;

n_i - количество животных данной возрастной группы, гол.



V_белка = (0,16 · 2 · 500 + 0,13 · 2 · 60 + 0,043 · 3 · 560) · 10^-3 = 0,248 т/сут = 0,248 · 365 = 90,52 т/год.

Произведем расчет затрат труда при производстве на месте из молочной сыворотки.

Затраты труда на годовой объем работ определяются как сумма затрат рабочего времени основных и вспомогательных рабочих, чел · ч:

Т = Т₀ + Т_т + Т_э , (52)

где Т₀ - затраты труда основных рабочих, занятых в производственном процесс се, чел · ч;

Т_т - затраты труда на техобслуживание оборудования(схемы автоматизации), чел · ч;

Т_э - затраты труда электромонтеров по эксплуатации и обслуживанию электрооборудования, чел · ч.

Затраты труда основных рабочих равны, чел · ч:

Т₀ = n_pi · t_i

где n_pi - количество рабочих, занятых в обслуживании схемы автоматизации, чел;

t_i - годовые затраты времени по i-му рабочему процессу, ч.

Т₀ = 2 · 3285 = 6570 чел · ч.

Затраты труда электромонтеров по эксплуатации и обслуживанию электрооборудования, чел · ч: