Проект участка приготовления сахарного сиропа производственной мощностью 1500 тонн в год

Федеральное агентство по образованию РФ ФГОУ СПО «Сарапульский техникум пищевой промышленности»

Специальность 150 411

Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования Курсовой проект по дисциплине «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт оборудования отрасли»

Тема: Проект участка приготовления сахарного сиропа производственной мощностью 1500 тонн в год Студент гр. М-62 Шакиров Р.Т.

Руководитель Мымрина Л.А.

Сарапул 2008г

Содержание Введение

1. Машинно-аппаратурная схема производства

2. Подбор и техническая характеристика оборудования

3. Расчётная часть

3.1 Теплотехнический расчёт

3.2 Конструктивный расчёт

3.3 Расчёты на прочность

4. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт станции

5. Охрана труда Использованная литература

Введение

Кондитерское производство является высокорентабельной отраслью и входит в десятку бюджетообразующих отраслей пищевой промышленности.

Российский кондитерский рынок — один из самых больших в мире, страна занимает четвертое место после Великобритании, Германии и США.

Кондитерская промышленность характеризуется как успешно функционирующее звено АПК. В отрасли проводится целенаправленная работа по оптимизации ассортимента в сторону увеличения мучных, сахаристых, диетических изделий, как традиционно производимых, так и совершенно новых, идет внедрение современных инновационных технологий, новых видов упаковки, повышается качество продукции.

Отдел главного механика СКФ является самостоятельным структурным подразделением предприятия. Он создается и ликвидируется приказом директора предприятия. Отдел возглавляет главный механик, назначаемый приказом директора.

Отдел главного механика (ОГМ) состоит из группы планово-предупредительного ремонта и ремонтно-механического цеха.

Задачами ОГМ являются: качественный и своевременный ремонт оборудования предприятия, поддержание парка оборудования предприятия в рабочем состоянии, использование современных технологий ремонта и экономия средств предприятия за счёт эффективного обслуживания оборудования.

Отдел главного механика следит за обеспечением бесперебойной и технически правильной эксплуатации и надёжной работы оборудования, за содержанием его в работоспособном состоянии на требуемом уровне точности. ОГМ производит анализ показателей использования оборудования, межремонтное обслуживание, своевременный и качественный ремонт и модернизацию оборудования, работу по повышению надежности и долговечности оборудования. Отдел проводит подготовку предложений по аттестации, учету и планированию рабочих мест, по модернизации оборудования, реконструкции, техническому перевооружению предприятия, внедрению средств комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, охраны окружающей среды. ОГМ определяет устаревшее оборудование, объекты, требующие капитального ремонта и установление очерёдности производства ремонтных работ. Отдел производит экспериментальные, наладочные и другие работы по внедрению и освоению новой техники, а также проводит мероприятия по предупреждению внеплановых остановок оборудования, продлению сроков службы узлов и деталей, улучшению сохранности оборудования, специализированный ремонт, централизованное изготовление запасных частей и сменного оборудования. Отдел главного механика изучает причины повышенного износа оборудования.

1. Машинно-аппаратурная схема производства Аппарат служит для получения карамельной массы и состоит из трёх частей: греющей, выпарной и ловушки, соединённых между собой трубопроводом.

Греющая часть представляет собой сварной стальной цилиндр, внутри которого смонтирован греющий медный змеевик с двумя рядами витков соединённых между собой последовательно.

Выпарная часть аппарата состоит из двух стальных обечаек, приёмного сборника, соединённых между собой фланцами и откидными болтами. Внутри между обечайками помещён медный конус, который вместе с верхней обечайкой и сферической крышкой образует варочную вакуум-камеру. К патрубку в крышке вакуум-камеры подключён трубопровод выпарной линии, идущей к мокровоздушному насосу.

Ловушка аппарата задерживает частички карамельной массы, уносимые со вторичным паром при работе насоса. Она представляет собой цилиндрический стальной сварной сосуд с плоской крышкой и перегородкой внутри расположенной напротив входного патрубка.

Увариваемый сироп из расходного сиропного бака плунжерным насосом непрерывно нагнетается в змеевик аппарата под давлением 0,4 МПа.

Одновременно в корпус греющей части аппарата через верхний штуцер подаётся греющий пар. В паровом пространстве аппарата греющий пар омывает змеевик и конденсируется. Конденсат непрерывно отводится через штуцер в конденсатоотводчик. Давление греющего пара контролируется манометром, в случае увеличения давления пара выше допустимого срабатывает предохранительный клапан. Поступающий в сдвоенный змеевик сироп поднимается сначала по виткам внутреннего змеевика, затем переходит по вертикальной соединительной трубе в нижний виток наружного змеевика и движется далее вверх по его виткам; из верхнего витка наружного змеевика уваренная масса переходит по соединительному трубопроводу в вакуум-камеру аппарата, в которой конденсатором смешения создаётся разрежение, поддерживаемое с помощью поршневого мокровоздушного вакуум-насоса, присоединяемого к вакуум-камере. Масса, получаемая в результате выпаривания сиропа в змеевике, непрерывно поступает в вакуум-камеру, при этом процесс уваривания массы до конечной влажности 1,5−2,5% продолжается благодаря интенсивному самоиспарению влаги в разреженном пространстве. Расположенный у сферической крышки вакуум-камеры отбойник препятствует уносу массы в конденсатор.

По мере накопления готовой массы в вакуум-камере ее периодически, через каждые 2 мин, выгружают.

2. Подбор и техническая характеристика оборудования Подбор оборудования производится в зависимости от производственной мощности предприятия: 1500 тонн в год. Известно, что предприятие работает 250 дней в году, тогда за одни сутки производственная мощность составит: 1500:250 = 6 т в сутки.

Часовая производительность сироповарочной станции составляет 850 кг; за одну смену работы (8 ч) станция произведёт 850×8 = 6800 ч.

Подобранное оборудование сводится в таблицу, где приводятся технические характеристики оборудования.

Таблица 2.1 — Технические характеристики оборудования

Таблица 2.2 — Техническая характеристика станции

Рисунок 1.1 — машинно-аппаратурная схема производства

1 — ёмкость для сиропа,

2 — плунжерный насос (дозатор),

3 — варочная колонка,

4 — вакуум-камера,

5 — ловушка для карамельной массы,

6 — вакуум-насос,

7 — конденсатор.

3. Расчётная часть Данные для расчёта

— производительность П = 850 кг/ч

— влажность сиропа W_с = 16%

— влажность готовой карамельной массы W_к = 3%

— разряжение в вакуум-камере р_вак = 74,7 кПа

— диаметр витка змеевика (средний) D_зм = 0,6 м

— потери тепла в окружающую среду Q_п = 18 600 Вт Остальные данные принять по литературным источникам и в соответствии с промышленными конструкциями.

3.1 Теплотехнический расчёт аппарата Составляем расчётную схему греющей части аппарата (рис.1) обозначением тепловых потоков и концентрации сиропа и готового продукта:

а_с — концентрация сиропа, %;

а_к — концентрация готового продукта, %;

q_н, q_к — соответственно начальное и конечное удельное теплосодержание увариваемой массы, Дж/кг;

Q_п — потери тепла в окружающую среду конвекцией, Вт;

D — потребное количество пара, кг;

i₁^', i₁^'' — удельное теплосодержание греющего пара и конденсата, Дж/кг;

G_с — количество исходного сиропа, кг;

G_к — количество получаемой карамельной массы, кг;

D₂ — количество выпаренной влаги (вторичного пара), кг/с;

i₂^'' — теплосодержание вторичного пара, Дж/кг Рисунок 3.1 — Расчетная схема греющей части аппарата Составляем уравнение теплового баланса:

G_с q_с + Di₁'' = G_к q_к + D₂ i₂^''+Di₁^' + Q_п [1.c62,ф1]

или при q = ct, G_к = П

G_с c_с t₁ + Di₁'' = П c_к t_к + D₂i₂'' + Di₁' + Q_п [1.c62,ф2] Вт Определяем требуемое количество исходного сиропа из уравнения материального баланса сухих веществ:

G_с a_с = G_к a_к; [1.c62,ф3]

G_с = [1.c62,ф4] кг/кг

G_к = 850 кг/ч;

G_к =

а_с = ,

а_с =

a_к =

a_к =

G_с = .

Определяем температуру кипения карамельного сиропа по графику температур при W_с = 16% и давлении р_а = 98 кПа (атмосферном):

t_с = 122 °C Т_с = t_с + 273,15; Т_с = 395,15°К Определяем по тому же графику температуру кипения карамельной массы t_к в зависимости от заданной влажности W_к = 3% и давлении (абсолютном) в вакуум-камере Р_а, определяем по формуле:

Р_а = Р₀ + (-Р_вак) [1.c63,ф8]

Р_а = 98 — 74,7 = 23,3 кПа

t_к = 118 °C Т_к = 391,15°К Определяем удельную теплоёмкость сиропа С_с и карамельной массы С_к по формуле В. В. Яновского [4,с.43] для сахаристых веществ, в том числе и для сахаро-паточного сиропа, имеющей общий вид:

С = 4190 — (2514 — 7,54t) а [1.c63,ф9] Дж/(кгК) Для сиропа:

С_с = 4190 — (2514 — 7,54 t_с) а_с [1.c63,ф10]

С_с = 4190 — (2514 — 7,54 · 122) · 0,84 = 2850 Дж/(кгК) Для карамельной массы:

С_к = 4190 — (2514 — 7,54 · t_к)а_к [1.c64,ф11]

С_к = 4190 — (2514 — 7,54 · 118) · 0,97 = 2614 Дж/(кгК) Количество образовавшегося вторичного пара определяем из уравнения материального баланса:

G_с = G_к + D₂

или G_с = П + D₂

G_са_с = Па_к

Решая совместно последние два уравнения, получим:

D₂ =

D₂ =

Теплосодержание вторичного пара i₂^'' определяется по абсолютному давлению в вакуум-камере аппарата по таблице М. П. Вукаловича «Термодинамические свойства водяного пара» :

i₂^'' = 2620 кДж/кг.

Теплосодержание греющего пара i₁^'' и конденсата i₁^' определяем по таблице М. П. Вакуловича при р = 0,6 МПа и t_нас = 158,8 °С:

i₁^'= 670,4 кДж/кг = 670 400 Дж/кг

i₁^'' = 2 756 400 Дж/кг.

Определяем полезно затраченное тепло:

Q_пол = G_к c_к t_к + D₂ i₂^'' — G_с c_с t_с;

Q_пол = 0,236 · 2614 · 118 + 0,037 · 2620 · 10³ — 0,27 · 2850 · 122 = 75 856 Дж/с (Вт).

Расход греющего пара:

кг/с;

.

3.2 Конструктивный расчёт аппарата Определяем поверхность теплопередачи (поверхность змеевика) по формуле:

м²,

где Дt — средняя разность между температурой греющего пара и средней арифметической температурой увариваемого вещества:

Дt = °С Дt = °С;

к — коэффициент теплопередачи змеевика, к — 406 Вт/м² К [4,с.51]

Тогда:

.

Длину трубки змеевика определяем по формуле:

При принимаемом d_н = 50 мм = 0,05 м

.

Задавшись средним диаметром змеевика D_зм = 0,6 м и шагом витков S=0,08 м, находим угол подъёма витка змеевика (см. схему на рис. 3.2) по формуле:

Рисунок 3.2 — Схема к расчёту угла подъёма змеевика Длина витка змеевика составит Число витков змеевика Диаметр корпуса греющей части определяется по формуле:

D_к = D_зм + d_н + 0,1 [4,с.51]

D_к = 0,6 + 0,05 + 0,1 = 0,75 м

Принимаем диаметр по ближайшему диаметру стандартных штампованных днищ 0,8 (800 мм). Эскиз змеевика с обозначением некоторых конструктивных размеров на рис. 3.3. Высота змеевика Н_зм составит:

Н_зм = Sn + h_к,

где h_к — конструктивная добавка с учётом высоты штампованных днищ (h_к = 300 мм).

При наличии двуспирального змеевика Рисунок 3.3 — Схема к расчёту змеевика

3.3 Расчёты на прочность Толщина стенки корпуса определяется по формуле [1, с. 52]:

где р — давление в аппарате, МПа (р = 0,6 МПа);

D_в — внутренний диаметр сосуда, м (D_в = 0,8 м);

_д — допускаемое напряжение на растяжение, МПа (для стали Ст. 5 принимаем равным 150 МПа);

ц — коэффициент прочности сварного шва (ц = 0,7 ?0,8);

с — прибавка на коррозию, м (С = 0,0015 м).

Принимаем толщину стенки 0,004 м (4 мм).

Толщину эллиптического днища (рис. 4) определяем по формуле:

где h_в — высота выпуклой части днища

(h_с0,2 D_в [2,с.128]).

Принимаем h_в = 0,16 м.

_д = 0,004 м (4 мм).

Рисунок 3.4 — Эскиз днища Болтовое соединение рассчитываем исходя из условия герметичности (плотности) [2.с.140]. Усилие, действующее на один болт (Р₀) определяется по формуле:

где k — коэффициент затяжки болта,

Q — усилие, отрывающее крышку от фланца;

где z — число болтов на фланце,

D_в — внутренний диаметр корпуса, р — давление в корпусе.

Принимаем:

k = 2,0; D_в = 0,8 м; z = 32; р = 0,6 МПа Номинальный диаметр болта определяется по формуле: [2, с. 142]:

где _в — предел прочности материала болта на растяжение, МПа;

n_в — запас прочности.

Принимаем: n_в = 6,5; _в = 500МПа Принимаем болты М24 по ГОСТу 9150 — 59.

Определяем толщину () кругового приварного фланца, расчётная схема которого показана на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 — Схема к расчёту фланца

Расчёт проводится по формуле [2,с. 143]:

где — коэффициент, зависящий от конструкции фланца и вида прокладки; принимаем равным 0,43 [2,с. 143];

R₀ — радиус окружности центров болтовых отверстий, м;

R_в — внутренний радиус корпуса, м;

d — диаметр болтового отверстия, м;

S — расстояние между болтами (шаг болтов), м.

Остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

Принимаем:

R₀ = 0,45 м R_в = = 0,4 м; d = 0,025 м; S = ;

S = ;

4. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт станции Корпуса вакуум-аппаратов изготовляют из листовой меди марки М2 или М3, содержащей 99,7−99,5% чистой меди, а также из стали.

Монтаж выпарных аппаратов производят в соответствии с установочными чертежами в следующем порядке:

1. размечают место установки аппарата;

2. производят установку греющей части аппарата;

3. крепят выпарную часть аппарата;

4. изготовляют обслуживающую площадку;

5. присоединяют к аппарату трубопроводы и контрольно-измерительные приборы;

6. испытывают аппарат на герметичность.

Греющую часть аппарата устанавливают на фундаменте и крепят тремя фундаментными болтами М20. Отклонение от горизонтали не должно превышать 0,3 мм на 1 м длины. Выпарную часть крепят на тягу к перекрытию (или на кронштейнах к стене). К аппарату подводят трубопроводы карамельного сиропа, карамельной массы, греющего пара, слива конденсата, продувки и вакуумной линии.

После монтажа площадки к аппарату присоединяют трубопроводы и устанавливают вакуум-насос. При монтаже выпарных аппаратов так располагают трубопроводы, чтобы они не мешали обслуживанию аппарата и чтобы легко можно было осуществлять чистку, ремонт и наблюдение за их состоянием.

Хорошая работа вакуум-аппарата возможна лишь при надёжном разрежении в нём, поэтому необходимо обеспечить полную герметизацию системы. В связи с этим при монтаже вакуум-аппаратов особенно тщательно выполняют соединения, обеспечивающие герметичность установки (фланцы, места сварки, вентили, задвижки, смотровые и осветительные окна и т. п.). При монтаже вакуум-насосов также уделяется особое внимание герметичности соединений. В качестве прокладок применяют листовую резину или асбестовый картон марки АС и С. Затяжку болтовых соединений производят равномерно.

Воздух проникает в насос чаще всего из-за негерметичности сальниковых уплотнений. Для сальников вакуум-насосов применяются набивки. Такие набивки выдерживают давление до 20 мН/м² при максимальной температуре сальников 100 °C.

По окончании монтажа трубопроводов вакуум-аппарата герметичность их соединений испытывают следующим образом. Испытуемое место соединения покрывают мыльным раствором и затем в аппарате создают воздушное давление до 20 кН/м². Появление пузырей в местах соединения свидетельствует о негерметичности. Создание воздушного давления свыше 200 кН/м² недопустимо, так как это может привести к разрушению аппарата.

Герметичность соединений можно проверить также под вакуумом. Для этого подключают аппарат к вакуум-сети, создают в нём разряжение, после чего к испытуемому месту подносят горящую свечу. Если в каком-нибудь месте пламя отклоняется в сторону испытуемого места, то это означает, что здесь герметичность нарушена. Плотность нагревательной камеры проверяют путём гидравлического испытания и наружного осмотра.

Очистка поверхностей нагрева. Накипь, отлагающаяся на стенках аппаратов, удаляют с помощью минеральных органических веществ.

Способ очистки зависит от вида и степени загрязнения, а также конструкции аппарата. Существуют следующие способы очистки теплообменных поверхностей: механический (для очистки мягких осадков применяются шомпола, волосяные щетки и щетки из латунной поволоки, металлические ерши, резиновые шарики или пробки, проталкиваемые струей воды или сжатым воздухом. Твердая накипь удаляется порошками, жесткими проволочными щетками и механическими долотами); химический (аппараты заполняют химическими реактивами с последующей промывкой, загрязнения органического характера удаляют с помощью 5%-ного раствора каустической соды, раствора хлорной извести. Осадки, отлагающиеся в результате исходной жесткости воды, удаляют 3−5%-ным раствором соляной кислоты; слизь маслянистого, глинистого или илистого вида -3−5% -ным раствором едкого натра, иногда с добавкой керосина); гидравлический (применяется для удаления неприлипающих отложений — песка, листвы щепы и т. д. — с помощью струи воды или потоком воды с повышенной циркуляционной скоростью); термическийприменяется для удаления очень твердой — накипи путем прогрева трубок паром с последующим опрыскиванием холодной водой. Вследствие резкого изменения температуры накипь отделяется и смывается. При очистке аппаратов жесткой конструкции пользоваться этим способом следует осторожно, так как из-за резких изменений Температуры может нарушиться плотность вальцовки трубок).

При эксплуатации теплообменных аппаратов следует руководствоваться правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, необходимо постоянно следить за температурой и давлением входящего теплоносителя и температурой выходящего продукта; в вакуум-аппаратах наблюдают за разрежением. Необходимо систематически контролировать состояние конденсатоотводчиков, предохранительных клапанов и воздушных кранов. Воздушный кран для отвода из парового пространства аппарата воздуха и других неконденсирующихся газов следует держать приоткрытым, чтобы температура отводящей трубы была около 50° С. Категорически запрещается повышать давление и температуру в аппаратах и трубопроводах сверх допустимых пределов. Необходимо следить за плотностью фланцевых соединений и исправностью ограждений у движущихся деталей. Смазка движущихся деталей и набивка сальников на ходу не разрешается. Периодически, не реже 1 раза в год, проводят наружный осмотр аппаратов, одновременно контролируют правильность его эксплуатации Внутренний осмотр проводится не реже 1 раза в 3 года. При этом проверяется состояние внутренних поверхностей аппарата, сварных и заклепочных швов. Если внутренний осмотр невозможен, проводится гидравлическое испытание. Гидравлическое испытание с предварительным внутренним осмотром проводится не реже 1 раза в 6 лет. Если аппарат находился в бездействии свыше года или подвергался ремонту с нанесением заплат или сменой листов, то перед пуском обязательно должно быть проведено гидравлическое испытание. Осмотр и ремонт внутренних частей аппарата допускается только после его остывания до температуры 30 °C. При этом работу должны вести два человека: один — внутри аппарата, другой снаружи. Освещение внутри аппарата, так же как и электроинструменты, разрешается применять с напряжением до 12 В. Во время работ внутри аппаратов все трубопроводы для подачи в них пара, продукта, воды и т. д. должны быть отключены, а на запорной арматуре должны быть вывешены таблички «Нe включать, работают люди» или другие надписи аналогичного содержания.

Категории сложности оборудования Период работы оборудования между капитальными ремонтами, а также с момента ввода его в эксплуатацию до первого капитального ремонта называется межремонтным циклом. Структура и продолжительность ремонтных циклов берётся из приложения 1, где К — капитальный ремонт, С — средний ремонт, Т — текущий ремонт, П — профилактический осмотр (надзор).

Таблица 4.1 — Структура и продолжительность ремонтного цикла.

Таблица 4.2 — Категории сложности ремонта и нормы простоя оборудования в ремонте

Сложность ремонта машин зависит от сложности их конструкции. Для оценки степени сложности вводится понятие «Категории сложности ремонтной единицы» .

Одна ремонтная единица ремонта механической части оборудования характеризуется трудоёмкостью капитального ремонта 35 чел/ч.

Ремонтная единица для электротехнического оборудования характеризуется трудоёмкостью 12 чел/ч.

Нормы трудоёмкости разных видов ремонта по отношению к капитальному ремонту принято в следующих соотношениях: К: С:Т:П = 1,0: 0,6: 0,2: 0,03.

Простой оборудования из-за ремонта исчисляется с момента остановки оборудования и сдачи его в эксплуатацию.

Д = Р_м х Н, где Р_м — количество ремонтных единиц механической части оборудования,

Н — норма простоя оборудования в ремонте на ремонтную единицу (определяется по приложению 2).

Таблица 4.3 — Годовой график ремонтов и осмотров оборудования на 2008 г.

Для составления годового графика структуру ремонтного цикла изображают графически, принимая, что ввод в эксплуатацию оборудования 1 января 2005 г.

5. Охрана труда Анализ производственного травматизма в кондитерских отраслях показывает, что наибольшее количество несчастных случаев наблюдается при эксплуатации основного технологического оборудования.

Оборудование, используемое в кондитерской промышленности для растворения, уваривания, темперирования сырья и полуфабрикатов (вакуум-варочные аппараты, варочные котлы и др.), должно отвечать требованиям, изложенным в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и оснащаться манометрами, вакуумметрами, предохранительными клапанами, а также термометрами.

С целью исключения ожогов паром, горячей водой, маслом или при контакте с нагретой поверхностью предусматривается: теплоизоляция, герметизация и блокировка крышек аппаратов с выключающими устройствами для пуска пара, горячей воды, при наличии давления в аппарате. Вакуум-аппараты и трубопроводы для пара и сиропа тщательно теплоизолируют, чтобы обеспечить температуру на наружной поверхности изоляции не выше 45 °C.

Конструкция оборудования не должна затруднять загрузку, полное удаление продукта и санитарную обработку оборудования, должна обеспечивать безразборную мойку и исключать образование заторных зон.

Все операции по обработке, мойке и чистке оборудования должны быть механизированы и безопасны для обслуживающего персонала.

Смазку оборудования необходимо проводить только при полном останове, перекрытии запорной арматуры и обязательном вывешивании на пусковых устройствах плакатов «Не включать! Работают люди!» .

Для организаций с численностью 100 и более человек назначается инженер по охране труда. Он организует работу по охране труда на предприятии. Обязанности инженера по охране труда:

— ежегодно издает приказы о назначении ответственных лиц за охрану труда в каждом цехе;

— разрабатывает инструкции на каждое рабочее место через каждые 5 лет;

— проводит обучение: инструктажи, стажировки, аттестации;

— проводит аттестации рабочих мест по условиям труда, профосмотры;

— предоставляет льготы и процентные ставки к тарифу, а также

дополнительные отпуска и ведомости на спецжиры;

— осуществляет контроль за безопасностью труда.

Виды инструктажа на производстве: вводный, первичный, повторный, внеплановый и целевой.

Использованная литература

1. Лазарев И. А. «Ремонт и монтаж оборудования предприятий пищевой промышленности». М, 1981

2. Никитин В. С. «Охрана труда в пищевой промышленности». М, 1996 г.

3. Лунин О. Г. «Технологическое оборудований предприятий кондитерской промышленности». М, «Пищевая промышленность» 1975 г.

4. Зайцев Н. В. «Ремонт и монтаж оборудования предприятий пищевой промышленности». М, «Пищевая промышленность» 1972 г.

5. Рудольф В. В. «Планово-предупредительный ремонт» М, «Пищевая промышленность» 1966 г.