Курсовой проект - Механизм подъема и поворота стрелового поворотного крана общего назначения (Курсовая)

Курсовой проект - Расчет абсорбционной холодильной установки (Курсовая)

Курсовой проект - Расчет котельного агрегата Е-420-140 (Курсовая)

Курсовой проект - Проектирование сверлильного и фрезерного приспособлений (Курсовая)

Курсовой проект - Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки (Курсовая)

Курсовой проект - Проект горизонтального пластинчатого конвейера (Курсовая)

n13.doc

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Расчет экстрактора »

специальность 110303 – механизация переработки

сельскохозяйственной продукции

Студент : А.М. Знаменщиков

Руководитель проекта: канд. техн. наук, доцент Н.Н. Устинов

Тюмень - 2010

Бланк технического задания на курсовой проект
Тюменская государственная сельскохозяйственная академия

Механико-технологический институт

Специальность 110303 – механизация переработки сельскохозяйственной продукции

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Задание №3

Тема (№ варианта) расчет экстрактора (3) __________________________
Срок представления работы (проекта) к защите «10» января 20 10 г.
Содержание курсовой работы (проекта)

Давление пара в экстракторе P = 1 кгс/м 2

Давление пара в рубашке P 1 = 7 кгс/м 2

Внутренний диаметр экстрактора D в = 600 мм

Внутренний диаметр рубашки D = 700 мм

Длина цилиндрической части корпуса L = 900 мм

Диаметр окружности установки болтов D б = 800 мм

Угол раствора конуса 2? = 100 0

Диаметр верхнего люка d = 38 мм

Диаметр патрубка для входа пара d 1 = 60 мм

Диаметр патрубка для выхода d 2 = 40 мм

Температура экстрагируемого вещества t = 150 0 C

Обязательный графический материал:

Эскиз экстрактора

Дата выдачи задания: «2 » сентября 2010 г.
Руководитель: Н.Н. Устинов
Задание принял

К исполнению: А.М. Знаменщиков
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. 
   НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО АППАРАТА 7
2. 
   РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННИКОВ 12
   1. 
      Расчет гладких обечаек нагруженных внутренним избыточным давлением 12

1. 
   Расчет цилиндрических обечаек 12
2. 
   Расчет конических обечаек 13
3. 
   Расчет выпуклой крышки 13
1. 
   Расчет обечаек, днищ и крышек, нагруженных наружным давлением 14
   1. 
      Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением 14
   2. 
      Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением 15
2. 
   Расчет сопряжений рубашки с корпусом 17
   1. 
      Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца 18
3. 
   Расчёт фланцевого соединения 21
   1. 
      Определение конструктивных параметров соединения 21
   2. 
      Расчёт на герметичность фланцевого соединения: 24
4. 
   Подбор и расчет опор 30
5. 
   Укрепление вырезов отверстий 33
   1. 
      Отверстие под патрубок верхнего люка 33
   2. 
      Отверстие под патрубок дна сосуда 34

1. 
   Отверстие под входной патрубок рубашки сосуда 36
2. 
   Отверстие под выходящий патрубок рубашки сосуда 38
1. 
   ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 45

ПРИЛОЖЕНИЯ 46

СПЕЦИФИКАЦИЯ 48
ВВЕДЕНИЕ

Процесс извлечения веществ из твердых тел является довольно сложный. В некоторых случаях полезные вещества находятся не в растворенном состоянии, и растворитель проникая в поры твердых тел, растворяет извлекаемые компоненты, переходящие затем в основную массу экстрагирующей жидкости.

Независимо от состояния извлекаемых компонентов в ткани растительного сырья процесс экстракции характеризуется, главным образом, молекулярной диффузией внутри твердой частицы и массообменном на ее поверхности, каждую из составляющих необ­ходимо учитывать количественно.

На коэффициент массообмена в экстракционных аппаратах большое влияние оказывают конструктивные особенности этих ап­паратов при определенных технологических условиях проведения процесса.

В пищевой промышленности для экстрагирования полезных ком­понентов из твердых тел широко применяются экстракторы различных конструкций непрерывного и периодического действия.

В данной работе производится расчет конструкции экстрактора периодического действия, применяющегося в пищевой промышленности. Особое внимание уделяется расчету на прочность.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО АППАРАТА

Экстракторы (экстракционные аппараты) применяются для экстрагирования полезных веществ из растительного (или органического) сырья путем воздействия на него экстрагентом-растворителем.

В качестве экстрагента могут быть использованы вода, различные водные растворы или другие жидкости.

Целесообразно использовать под резервные емкости тепловые аппараты - экстракторы (рис. 1). Загрузка аппарата отваром осуществляется через верхнюю крышку, отбор продукта - через нижний штуцер.

В паровую рубашку подают горячую воду, чтобы температуру отвара поддерживать на уровне 90-95° С. Контроль за температурой осуществляется дистанционным термометром, вмонтированным в продуктопровод, подающий отвар на сушку.

Рисунок 1 - Резервные емкости для жидкого отвара.
Техническая характеристика подобного аппарата – экстрактора:

Несмотря на наличие резервной емкости, не рекомендуется накапливать жидкие отвары, особенно овсяный, в больших количествах, так как происходит нарастание кислотности, что приводит к ухудшению продукта.

Нарастание кислотности овсяного отвара по стадиям технологического процесса характеризуется следующими показателями (в °Т): после варки - 7,2, при выходе из протирочной машины- 8,1, после гомогенизатора-9,0, при выходе из сборников перед сушкой - 11,7.

Рассмотрим подобные конструкции экстракторов на примере выпускаемых установок на заводе АГРОМАШ.

Экстрактор периодического действия

Емкость-экстрактор (рис. 2) представляет собой герметичный вертикальный цилиндрический аппарат. Исходное растительное (или органическое) сырье помещается в специальных мешках или сетках.

Циркуляция раствора - экстрагента осуществляется с помощью насоса (или гидродинамического генератора). Забор раствора из аппарата осуществляется при помощи специального заборного устройства щелевого типа, а подача с помощью специального распылителя.

Рисунок 2 - Емкость-экстрактор с гидродинамическим перемешиванием

Технические характеристики

Объем общий, л 650*

Мощность эл.дв. насоса, кВт 1,1

Экстрактор периодического действия с мешалкой

Емкость-экстрактор (рис. 3) представляет собой сосуд с герметичными люками, подъемной крышкой с механическим подъемником, внутренними решетками. Циркуляция раствора-экстрагента осуществляется с помощью мешалки специальной конструкции. Эффективно используется во всех отраслях промышленности.

Технические характеристики*

Объем общий, л 650*

Мощность электродвигателя привода мешалки, кВт 5

Рисунок 3 - Экстрактор периодического действия с мешалкой

Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Процесс экстрагирования происходит в экстракционной камере (рис. 4) аппарата, куда загружается сырье.

Пары экстрагента из испарительной камеры, обогреваемой паровой рубашкой, поступают в ректификационную колонну, откуда летучие фракции поступают в дефлегматор и конденсируются.

Технические характеристики*

Объем общий, л 1700

Рисунок 4 - Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Для проектирования исходного аппарата и его узлов я выбрал жаропрочную, жаростойкую и коррозионностойкую сталь 12Х18Н10Т, т.к. она наиболее подходящая для данного агрегата. Узлы конструкции из такого материала способны выдержать большие нагрузки, а так же надежное применение в агрессивных химических средах. При цене листа за кг 300 руб.

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

1. 
   Расчет гладких обечаек нагруженных внутренним избыточным давлением
   1. 
      Расчет цилиндрических обечаек

Расчетные схемы цилиндрических обечаек приведены на рис.5

Рисунок 5 – Гладкие цилиндрические обечайки с выпуклыми или коническими днищами: а – обечайка с отбортованными днищами; б – обечайка с неотбортованными днищами

Расчетная толщина стенки цилиндрических обечаек следует по формуле

Где p – расчетное давление, МПа

D – внутренний диаметр, м.

1. 
   Расчет конических обечаек

Расчетную толщину стенки гладкой конической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением определяют по формуле

Где
- внутренний диаметр при основании конуса, м

- половина угла при вершине конуса (см. рис. 5)

Исполнительная толщина стенки

Условие применимости расчётных формул при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диаметром в пределах

1. 
   Расчет выпуклой крышки

Расчетная толщина стенки эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением

Радиус кривизны в вершине крышки

Где
- для эллиптических крышек с

Исполнительная толщина стенки крышки

Условие применимости расчетных формул при отношении толщины стенки к диаметру

1. 
   Расчет обечаек, днищ и крышек, нагруженных наружным давлением
   1. 
      Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением

При определении расчетной длины обечайки или длину примыкающего элемента следует определять по формуле

мм - для конических днищ без отбортовки.

1. 
   Определяем вспомогательные коэффициенты

Где - запас устойчивости оболочки (при рабочих условиях = 2,4)

1. 
   Определяем приближенно толщину стенки

Где

Коэффициент
следует принимать по номограмме, приведенной в приложении А

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия прочности

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

Где

1. 
   Допускаемое наружное давление

1. 
   Проверяем условие

1. 
   Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением

Где D 1 – внутренний диаметр при вершине конуса, мм

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия прочности:

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

Значение коэффициента В 1 определяем по формуле

1. 
   Допускаемое наружное давление определяем по формуле

1. 
   Проверяем условие устойчивости

1. 
   Расчет сопряжений рубашки с корпусом

Рубашечную поверхность теплообмена выполняют в виде U-образной рубашки (см. рис. 7). При этом сопряжение (соединение) рубашки и корпуса осуществляется при помощи кольца.

Расчетное давление для рубашки равно p 2 и расчетное давление для сосуда p 1 , если p 1 > 0.

Рисунок 7 – Сосуды с U-образной рубашкой

А) – с сопряжением при помощи конуса; б) - с сопряжением при помощи кольца

1. 
   Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца

Рисунок 8 – Сопряжение рубашки с корпусом при помощи кольца

1. 
   Определяем расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда

1. 
   Определяем высоту кольца

Где р 2 – давление пара в рубашке, МПа)

[?] 2 - допускаемое напряжение для материала стенки рубашки при расчетной температуре, МПа

1. 
   Определяем размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях

=168 МПа

1. 
   Определяем расчетные коэффициенты прочности сварного шва

1. 
   Определяем параметры кольца

- относительный размер кольца

Относительное давление

Геометрический параметр кольца

P0 - коэффициент прочности сварного радиального шва в кольце сопряжения

B 0 - ширина кольца

1. 
   Определяем относительный момент нагружения

Где А – коэффициент осевого усилия по формуле:

Где d 1 – диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда (рис.9). Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию

Рисунок 9 – Сопряжение рубашки с днищем

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в стенке сосуда

P 2 >p 1 >0, то в формулу подставляем p 1 = 0

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в стенке рубашки

, т.к.

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда

1. 
   Определяем допускаемое избыточное давление в рубашке определяем по формуле

1. 
   Уточняем значение высоты кольца

Собственный вес вызывает в кольце осевое усилие

Где - собственный вес сосуда и его содержимого, при том, что опоры располагаются на рубашке.

Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в U-образной рубашке следует проводить по формуле:

1. 
   Расчёт фланцевого соединения
   1. 
      Определение конструктивных параметров соединения

1. 
   Толщина S 0 =7 мм втулки фланца в зависимости от его конструкции (тип фланца – свободный) принимается таким образом, что удовлетворяет условию S 0 > S. S 0 = 7 мм

Рисунок 10 – Расчётная схема

1. 
   Высота h в втулки свободного фланца:

1. 
   Внутренний диаметр свободного кольца D s принимаем

1. 
   Диаметр D б болтовой окружности фланцев:

Где u 1 – нормативный зазор между гайкой и обечайкой (u 1 = 8 мм);

D 6 =20 мм – наружный диаметр болта;

D s – внутренний диаметр свободного кольца.

1. 
   Наружный диаметр фланца:

Где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца.

1. 
   Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия

Где D s1 – наружный диаметр бурта ()

1. 
   Средний диаметр прокладки

Где b – ширина прокладки

1. 
   Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

1. 
   Высота (толщина) фланца ориентировочно:

Где? ф = 0,46 – коэффициент, принимаемый по рис. 11

S экв – эквивалентная толщина втулки фланца

Рисунок 11 - График для определения коэффициента? ф в плоских (1) и приварных встык (2) фланцах.

Где? 1 – коэффициент, определяемый по рис. 12

Рисунок 12 - График для определения коэффициента? 1

1. 
   Расчёт на герметичность фланцевого соединения:

1. 
   Определяем нагрузки в соединений при монтаже – F б1 и в рабочих условиях - F б2 (см. рис. 8)

Рисунок 8 - Схема действия нагрузок на фланец в рабочих условиях

1. 
   Равнодействующая от сил внутреннего давления

1. 
   Реакция прокладки

Где b 0 – эффективная ширина прокладки, м (при b
k пр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки

1. 
   Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций

Где? ф, ? б, ? с – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов и свободного кольца;

T ф, t б, t с - соответственно температуры фланца, болтов, свободного кольца;

Y б, y п, y ф, y с – податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, свободного кольца, определяемые по формулам:

Где E б – модуль упругости материала болтов

F б – расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

L б – расчётная длина болта.

Где l бо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки, определяется по формуле

Где h п – высота стандартной прокладки;

D = d б – диаметр отверстия под болт

Податливость прокладки

Где к п = 0,09 – коэффициент обжатия прокладки из резины;

Е п – модуль упругости материала прокладки

Податливость фланцев

Где Е – модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

V, ? ф – безразмерные параметры.

Где? 1 ? 2 – коэффициенты, определяемые по формулам:

Податливость свободного кольца

Где Е с – модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

H с – высота свободного кольца, м (h с = h ф).

1. 
   Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:

1. 
   Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

Где: F – внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила (F = 0 – в нашем случае);

М – внешний изгибающийся момент (М = 0);

[?] ?20 – допускаемое напряжение для материала болта при 20є С, Н/м 2

Р пр – минимальное давление обжатия прокладки, МПа.

1. 
   Приведённый изгибающий момент:

1. 
   Проверяем условия прочности болтов

1. 
   Проверяем условие прочности неметаллических прокладок:

1. 
   Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S 0

Где? 1 – максимальное напряжение в сечение фланца, ограниченном размером S х,МПа,

F ф – безразмерный параметр, определяемый по монограмме (Приложение Б) в зависимости от S 1 /S 0

Т ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

1. 
   Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

Меридиональное

1. 
   Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S 0:

Где [?] 0 – допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений 2·10 3 .

1. 
   Проверяем условие прочности для свободного кольца:

Где
– приведённый изгибающийся момент, определяемый из условия:

Где
и
Допускаемое напряжения для материала свободного кольца при 20єС и расчётной температуре соответственно.

1. 
   Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота свободного кольца:

Где
- допустимый угол поворота кольца

1. 
   Подбор и расчет опор

1. 
   Предварительно выбираем сварные опоры (см. рис. 14) по ГОСТ 26296-84, учитывая вес аппарата. Вес аппарата определятся, суммой веса деталей, сборочных единиц с учетом веса, находящегося в аппарате продукта. Опорная лапа 1-10000 ГОСТ 26296-84

Рисунок 14 – Лапа опорная сварная

1. 
   Определяем плечо нагрузки по следующей формуле (см. рис. 15):

1. 
   Вычисляем нагрузку действующую на одну опору по формуле

1. 
   Определяем соотношение параметров аппарата и опоры:

1. 
   Определяем напряжение от действия внутреннего давления

1. 
   Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяем по формуле

1. 
   Максимальное напряжение при изгибе от реакции опоры определяем по следующей формуле:

Рисунок 15 – Схема для определения плеча нагрузки

1. 
   Проверим условие прочности

1. 
   Укрепление вырезов отверстий
   1. 
      Отверстие под патрубок верхнего люка

Расчет на прочность укреплений одиночных отверстий выполняют в следующей последовательности:

1. 
   

Для эллиптической крышки при Н = 0,25 D

1. 
   

Определяют расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия или кругового отверстия без штуцера определяют по формуле

Проверяем по условию
если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию, то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

1. 
   Отверстие под патрубок дна сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Проверяем по условию

1. 
   

Рисунок 16 – Укрепление отверстий отбортовкой

1. 
   Отверстие под входной патрубок рубашки сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для цилиндрической обечайки

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию

1. 
   Отверстие под выходящий патрубок рубашки сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию, то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

Условие не выполняется, проводим укрепление отверстия.

1. 
   Определяем расчетные и исполнительные размеры укрепления

Расчетная длина внешней и внутренней частей круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис.16), определяют по формуле:

Исполнительные длины штуцеров l 1 , l 2 должны удовлетворять условию

Ширину зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах определяют по формуле

Расчетную ширину зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища в окрестности штуцера при наличии отбортовки

Исполнительная ширина зоны укрепления l должна удовлетворять условию l > l Р.

Отношения допускаемых напряжений для внешней части штуцера:

Расчетный диаметр определяют по формуле

1. 
   Проверяем условие укрепления одиночных отверстий

ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

В России государственный контроль и надзор за соблюдением требований охраны труда осуществляется федеральной инспекцией труда при Министерстве здравоохранения и социального развития Российской Федерации и федеральными органами исполнительной власти (в пределах своих полномочий).

Федеральная инспекция труда контролирует выполнение законодательства, всех норм и правил по охране труда. Государственный санитарно-эпидемиологический надзор, осуществляемый органами Министерства здравоохранения Российской Федерации, проверяет выполнение предприятиями санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемиологических норм и правил. Государственный энергетический надзор при Министерстве топлива и энергетики Российской Федерации контролирует правильность устройства и эксплуатации электроустановок. Государственный пожарный надзор контролирует выполнение требований пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации зданий и помещений.

Лица, виновные в нарушении требований ОТ, невыполнении обязательств по ОТ, предусмотренных коллективными договорами и соглашениями, трудовыми договорами (контрактами), или препятствующие деятельности представителей органов госнадзора и контроля за соблюдением требований ОТ, а также органов общественного контроля, несут дисциплинарную, административную, гражданско-правовую и уголовную ответственность в соответствии с законодательством РФ.
Различают следующие виды дисциплинарных взысканий:

• 
  Замечание;
• 
  Выговор;
• 
  Увольнение по соответствующим основаниям.

К административным взысканиям за нарушение требований ОТ относятся административный штраф и дисквалификация. Уголовная ответственность за нарушение требований охраны труда предусматривает следующие виды наказаний:

• 
  штраф;
• 
  лишение права занимать определённые должности и заниматься определённой деятельностью;
• 
  исправительные работы;
• 
  лишение свободы на определённый срок.

Техника безопасности

1. Производственное оборудование должно обеспечивать безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации, как в случае автономного использования, так и в составе технологических комплексов при соблюдении требований (условий, правил), предусмотренных эксплуатационной документацией.

Примечание. Эксплуатация включает в себя в общем случае использование по назначению, техническое обслуживание и ремонт, транспортирование и хранение.

2. Безопасность конструкции производственного оборудования обеспечивается:

1) выбором принципов действия и конструктивных решений, источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих процессов, системы управления и ее элементов;

2) минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при функционировании оборудования;

3) выбором комплектующих изделий и материалов для изготовления конструкций, а также применяемых при эксплуатации;

4) выбором технологических процессов изготовления;

5) применением встроенных в конструкцию средств защиты работающих, а также средств информации, предупреждающих о возникновении опасных (в том числе пожаровзрывоопасных) ситуаций*;

* Опасная ситуация - ситуация, возникновение которой может вызвать воздействие на работающего (работающих) опасных и вредных производственных факторов.

6) надежностью конструкции и ее элементов (в том числе дублированием отдельных систем управления, средств защиты и информации, отказы которых могут привести к созданию опасных ситуаций);

7) применением средств механизации, автоматизации (в том числе автоматического регулирования параметров рабочих процессов) дистанционного управления и контроля;

8) возможностью использования средств защиты, не входящих в конструкцию;

9) выполнением эргономических требований;

10) ограничением физических и нервнопсихических нагрузок на работающих.

3. Требования безопасности к производственному оборудованию конкретных групп, видов, моделей (марок) устанавливаются на основе требований настоящего стандарта с учетом:

1) особенностей назначения, исполнения и условий эксплуатации;

2) результатов испытаний, а также анализа опасных ситуаций (в том числе пожаровзрывоопасных), имевших место при эксплуатации аналогичного оборудования;

3) требований стандартов, устанавливающих допустимые значения опасных и вредных производственных факторов;

4) научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также анализа средств и методов обеспечения безопасности на лучших мировых аналогах;

5) требований безопасности, установленных международными и региональными стандартами и другими документами к аналогичным группам, видам, моделям (маркам) производственного оборудования;

6) прогноза возможного возникновения опасных ситуаций на вновь создаваемом или модернизируемом оборудовании.

Требования безопасности к технологическому комплексу должны также учитывать возможные опасности, вызванные совместным функционированием единиц производственного оборудования, составляющих комплекс.

4. Каждый технологический комплекс и автономно используемое производственное оборудование должны укомплектовываться эксплуатационной документацией, содержащей требования (правила), предотвращающие возникновение опасных ситуаций при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации. Общие требования к содержанию эксплуатационной документации в части обеспечения безопасности приведены в приложении.

5. Производственное оборудование должно отвечать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации при выполнении потребителем требований, установленных в эксплуатационной документации.

6. Производственное оборудование в процессе эксплуатации не должно загрязнять природную среду выбросами вредных веществ и вредных микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных стандартами и санитарными нормами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-графических работ, по конструированию и выбору экстрактора. Спроектированный теплообменный аппарат позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

Проведя анализ работы экстрактора, я разобрал принципы конструирования узлов агрегата. Выяснил основные моменты, которые мне помогли глубже понять основы конструирования машин и аппаратов пищевого производства. В ходе проведения проектных и расчетных работ (конструктивный расчет, гидравлический расчет, расчет на прочность) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически-обоснованный выбор (материал, длина и т. д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

Мой проект является основанием закрепления дисциплин, связанных с проектированием, которые я благополучно буду применять на практике, при освоении новых дисциплин, связанных с моей специальность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Соколов В. И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Машиностроение, 1983. - 447 с.
2. 
   Харламов С.В Практикум по расчету и. конструированию машин и
   аппаратов пищевых производств: Учебное пособие. - Л.: Агропромиздат, 1991.
3. 
   Кононюк Л. В., Басанько В. А. Справочник конструктора оборудования пищевых производств. - К.: Техника, 1981.
4. 
   Остриков А. Н., Абрамов О. В, Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Учебник для вузов. - СПб.: ГИОРД, 2003.
5. 
   Курочкин А.А., Зимняков В.В. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. – М.: Колос, 2006.
6. 
   ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
7. 
   ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий
8. 
   ГОСТ 25867-83 Сосуды и аппараты. Сосуды с рубашками. Нормы и методы расчета на прочность
9. 
   ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Номограмма для расчета на устойчивость в пределах упругости цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением

Приложение Б

График для определения коэффициента f

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Расчет экстрактора»

специальность 110303 – механизация переработки

Сельскохозяйственной продукции

Студент: Никонов Николай Юрьевич

Руководитель проекта: канд. техн. наук, доцент Н.Н. Устинов

^

Тюмень - 2010

Бланк технического задания на курсовой проект
Тюменская государственная сельскохозяйственная академия

Механико-технологический институт

Специальность 110303 – механизация переработки сельскохозяйственной продукции

^ ЗАДАНИЕ НА

Задание №3

Тема (№ варианта) расчет экстрактора (7) __________________________
Срок представления работы (проекта) к защите « 10 » января 20 10 г.
Содержание курсовой работы (проекта)

Давление пара в экстракторе P = 1 кгс/м 2

Давление пара в рубашке P 1 = 6 кгс/м 2

Внутренний диаметр экстрактора D в = 1000 мм

Внутренний диаметр рубашки D = 1100 мм

Длина цилиндрической части корпуса L = 1500 мм

Диаметр окружности установки болтов D б = 1200 мм

Угол раствора конуса 2α = 100 0

Диаметр верхнего люка d = 38 мм

Диаметр патрубка для входа пара d 1 = 80 мм

Диаметр патрубка для выхода d 2 = 38 мм

Температура экстрагируемого вещества t = 70 0 C

Продукт: экстрагирование сахара из свеклы

^ Обязательный графический материал:

Эскиз экстрактора

Дата выдачи задания: «2 » сентября 2010 г.
Руководитель: Н.Н. Устинов
Задание принял

К исполнению: Н.Ю. Никонов
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

^ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО АППАРАТА 7

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННИКОВ 12

1. 
   Расчет гладких обечаек нагруженных внутренним избыточным давлением 12
   1. 
      Расчет цилиндрических обечаек 12
   2. 
      Расчет конических обечаек 13
   3. 
      Расчет выпуклой крышки 13
2. 
   Расчет обечаек, днищ и крышек, нагруженных наружным давлением 14
   1. 
      Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением 14
   2. 
      Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением

15

1. 
   Расчет сопряжений рубашки с корпусом 17
   1. 
      Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца 18
2. 
   Расчёт фланцевого соединения 21
   1. 
      Определение конструктивных параметров соединения 21
   2. 
      Расчёт на герметичность фланцевого соединения: 24
3. 
   Подбор и расчет опор 30
4. 
   Укрепление вырезов отверстий 33
   1. 
      Отверстие под патрубок верхнего люка 33
   2. 
      Отверстие под патрубок дна сосуда 34

1. 
   Отверстие под входной патрубок рубашки сосуда 36
2. 
   Отверстие под выходящий патрубок рубашки сосуда 38

^ ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 45

ПРИЛОЖЕНИЯ 46

ВВЕДЕНИЕ

Процесс извлечения веществ из твердых тел является довольно сложный. В некоторых случаях полезные вещества находятся не в растворенном состоянии, и растворитель проникая в поры твердых тел, растворяет извлекаемые компоненты, переходящие затем в основную массу экстрагирующей жидкости.

Независимо от состояния извлекаемых компонентов в ткани растительного сырья процесс экстракции характеризуется, главным образом, молекулярной диффузией внутри твердой частицы и массообменном на ее поверхности, каждую из составляющих необ-ходимо учитывать количественно.

На коэффициент массообмена в экстракционных аппаратах большое влияние оказывают конструктивные особенности этих ап-паратов при определенных технологических условиях проведения процесса.

В пищевой промышленности для экстрагирования полезных ком-понентов из твердых тел широко применяются экстракторы различных конструкций непрерывного и периодического действия.

В данной работе производится расчет конструкции экстрактора периодического действия, применяющегося в пищевой промышленности. Особое внимание уделяется расчету на прочность.

^

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО АППАРАТА

Экстракторы (экстракционные аппараты) применяются для экстрагирования полезных веществ из растительного (или органического) сырья путем воздействия на него экстрагентом-растворителем.

В качестве экстрагента могут быть использованы вода, различные водные растворы или другие жидкости.

Целесообразно использовать под резервные емкости тепловые аппараты - экстракторы (рис. 1). Загрузка аппарата отваром осуществляется через верхнюю крышку, отбор продукта - через нижний штуцер.

В паровую рубашку подают горячую воду, чтобы температуру отвара поддерживать на уровне 90-95° С. Контроль за температурой осуществляется дистанционным термометром, вмонтированным в продуктопровод, подающий отвар на сушку.

Рисунок 1 - Резервные емкости для жидкого отвара.
Техническая характеристика подобного аппарата – экстрактора:

Несмотря на наличие резервной емкости, не рекомендуется накапливать жидкие отвары, особенно овсяный, в больших количествах, так как происходит нарастание кислотности, что приводит к ухудшению продукта.

Нарастание кислотности овсяного отвара по стадиям технологического процесса характеризуется следующими показателями (в °Т): после варки - 7,2, при выходе из протирочной машины- 8,1, после гомогенизатора-9,0, при выходе из сборников перед сушкой - 11,7.

Рассмотрим подобные конструкции экстракторов на примере выпускаемых установок на заводе АГРОМАШ.

Экстрактор периодического действия

Емкость-экстрактор (рис. 2) представляет собой герметичный вертикальный цилиндрический аппарат. Исходное растительное (или органическое) сырье помещается в специальных мешках или сетках.

Циркуляция раствора - экстрагента осуществляется с помощью насоса (или гидродинамического генератора). Забор раствора из аппарата осуществляется при помощи специального заборного устройства щелевого типа, а подача с помощью специального распылителя.

Рисунок 2 - Емкость-экстрактор с гидродинамическим перемешиванием

Технические характеристики

Объем общий, л 650*

Мощность эл.дв. насоса, кВт 1,1

Экстрактор периодического действия с мешалкой

Емкость-экстрактор (рис. 3) представляет собой сосуд с герметичными люками, подъемной крышкой с механическим подъемником, внутренними решетками. Циркуляция раствора-экстрагента осуществляется с помощью мешалки специальной конструкции. Эффективно используется во всех отраслях промышленности.

Технические характеристики*

Объем общий, л 650*

Мощность электродвигателя привода мешалки, кВт 5

Рисунок 3 - Экстрактор периодического действия с мешалкой

Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Процесс экстрагирования происходит в экстракционной камере (рис. 4) аппарата, куда загружается сырье.

Пары экстрагента из испарительной камеры, обогреваемой паровой рубашкой, поступают в ректификационную колонну, откуда летучие фракции поступают в дефлегматор и конденсируются.

Технические характеристики*

Объем общий, л 1700

Рисунок 4 - Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Для проектирования исходного аппарата и его узлов я выбрал жаропрочную, жаростойкую и коррозионностойкую сталь 08Х18Н10Т, т.к. она наиболее подходящая для данного агрегата. Узлы конструкции из такого материала способны выдержать большие нагрузки, а так же надежное применение в агрессивных химических средах. При цене листа за кг 230 руб.

^ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

1. 
   Расчет гладких обечаек нагруженных внутренним избыточным давлением
   1. 
      Расчет цилиндрических обечаек

Расчетные схемы цилиндрических обечаек приведены на рис.5

Рисунок 5 – Гладкие цилиндрические обечайки с выпуклыми или коническими днищами: а – обечайка с отбортованными днищами; б – обечайка с неотбортованными днищами

Расчетная толщина стенки цилиндрических обечаек следует по формуле

Где p – расчетное давление, МПа

D – внутренний диаметр, м.

1. 
   Расчет конических обечаек

Расчетную толщину стенки гладкой конической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением определяют по формуле

Где
- внутренний диаметр при основании конуса, м

- половина угла при вершине конуса (см. рис. 5)

Исполнительная толщина стенки

Условие применимости расчётных формул при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диаметром в пределах

1. 
   Расчет выпуклой крышки

Расчетная толщина стенки эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением

Радиус кривизны в вершине крышки

Где
- для эллиптических крышек с

Исполнительная толщина стенки крышки

Условие применимости расчетных формул при отношении толщины стенки к диаметру

1. 
   Расчет обечаек, днищ и крышек, нагруженных наружным давлением
   1. 
      Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением

При определении расчетной длины обечайки или длину примыкающего элемента следует определять по формуле

мм - для конических днищ без отбортовки.

1. 
   Определяем вспомогательные коэффициенты

Где - запас устойчивости оболочки (при рабочих условиях = 2,4)

1. 
   Определяем приближенно толщину стенки

Где

Коэффициент
следует принимать по номограмме, приведенной в приложении А

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия прочности

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

Где

1. 
   Допускаемое наружное давление

1. 
   Проверяем условие

1. 
   Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением

Где D 1 – внутренний диаметр при вершине конуса, мм

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия прочности:

1. 
   Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

Значение коэффициента В 1 определяем по формуле

1. 
   Допускаемое наружное давление определяем по формуле

1. 
   Проверяем условие устойчивости

1. 
   Расчет сопряжений рубашки с корпусом

Рубашечную поверхность теплообмена выполняют в виде U-образной рубашки (см. рис. 7). При этом сопряжение (соединение) рубашки и корпуса осуществляется при помощи кольца.

Расчетное давление для рубашки равно p 2 и расчетное давление для сосуда p 1 , если p 1 > 0.

Рисунок 7 – Сосуды с U-образной рубашкой

А) – с сопряжением при помощи конуса; б) - с сопряжением при помощи кольца

1. 
   Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца

Рисунок 8 – Сопряжение рубашки с корпусом при помощи кольца

1. 
   Определяем расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда

1. 
   Определяем высоту кольца

Где р 2 – давление пара в рубашке, МПа)

[σ] 2 - допускаемое напряжение для материала стенки рубашки при расчетной температуре, МПа

1. 
   Определяем размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях

=160,5 МПа

1. 
   Определяем расчетные коэффициенты прочности сварного шва

1. 
   Определяем параметры кольца

- относительный размер кольца

Относительное давление

Геометрический параметр кольца

φ P0 - коэффициент прочности сварного радиального шва в кольце сопряжения

B 0 - ширина кольца

1. 
   Определяем относительный момент нагружения

Где А – коэффициент осевого усилия по формуле:

Где d 1 – диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда (рис.9). Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию

Рисунок 9 – Сопряжение рубашки с днищем

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в стенке сосуда

P 2 >p 1 >0, то в формулу подставляем p 1 = 0

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в стенке рубашки

, т.к.

1. 
   Определяем относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда

1. 
   Определяем допускаемое избыточное давление в рубашке определяем по формуле

1. 
   Уточняем значение высоты кольца

Собственный вес вызывает в кольце осевое усилие

Где - собственный вес сосуда и его содержимого, при том, что опоры располагаются на рубашке.

Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в U-образной рубашке следует проводить по формуле:

1. 
   Расчёт фланцевого соединения
   1. 
      Определение конструктивных параметров соединения

1. 
   Толщина S 0 = 10 втулки фланца в зависимости от его конструкции (тип фланца – свободный) принимается таким образом, что удовлетворяет условию S 0 > S. S 0 =10 мм

Рисунок 10 – Расчётная схема

1. 
   Высота h в втулки свободного фланца:

1. 
   Внутренний диаметр свободного кольца D s принимаем

1. 
   Диаметр D б болтовой окружности фланцев:

Где u 1 – нормативный зазор между гайкой и обечайкой (u 1 = 8 мм);

D 6 =20 мм – наружный диаметр болта;

D s – внутренний диаметр свободного кольца.

1. 
   Наружный диаметр фланца:

Где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца.

1. 
   Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия

Где D s1 – наружный диаметр бурта ()

1. 
   Средний диаметр прокладки

Где b – ширина прокладки

1. 
   Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

1. 
   Высота (толщина) фланца ориентировочно:

Где λ ф = 0,28 – коэффициент, принимаемый по рис. 11

S экв – эквивалентная толщина втулки фланца

Рисунок 11 - График для определения коэффициента λ ф в плоских (1) и приварных встык (2) фланцах.

Где β 1 – коэффициент, определяемый по рис. 12

Рисунок 12 - График для определения коэффициента β 1

1. 
   Расчёт на герметичность фланцевого соединения:

1. 
   Определяем нагрузки в соединений при монтаже – F б1 и в рабочих условиях - F б2 (см. рис. 8)

Рисунок 8 - Схема действия нагрузок на фланец в рабочих условиях

1. 
   Равнодействующая от сил внутреннего давления

1. 
   Реакция прокладки

Где b 0 – эффективная ширина прокладки, м (при b < 15 мм b 0 = b = 15 мм);

K пр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки

1. 
   Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций

Где α ф, α б, α с – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов и свободного кольца;

T ф, t б, t с - соответственно температуры фланца, болтов, свободного кольца;

Y б, y п, y ф, y с – податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, свободного кольца, определяемые по формулам:

Где E б – модуль упругости материала болтов

F б – расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

L б – расчётная длина болта.

Где l бо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки, определяется по формуле

Где h п – высота стандартной прокладки;

D = d б – диаметр отверстия под болт

Податливость прокладки

Где к п = 0,09 – коэффициент обжатия прокладки из резины;

Е п – модуль упругости материала прокладки

Податливость фланцев

Где Е – модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

V, λ ф – безразмерные параметры.

Где ψ 1 ψ 2 – коэффициенты, определяемые по формулам:

Податливость свободного кольца

Где Е с – модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

H с – высота свободного кольца, м (h с = h ф).

1. 
   Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:

1. 
   Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

Где: F – внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила (F = 0 – в нашем случае);

М – внешний изгибающийся момент (М = 0);

[σ] σ20 – допускаемое напряжение для материала болта при 20º С, Н/м 2

Р пр – минимальное давление обжатия прокладки, МПа.

1. 
   Приведённый изгибающий момент:

1. 
   Проверяем условия прочности болтов

1. 
   Проверяем условие прочности неметаллических прокладок:

1. 
   Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S 0

Где σ 1 – максимальное напряжение в сечение фланца, ограниченном размером S х,МПа,

F ф – безразмерный параметр, определяемый по монограмме (Приложение Б) в зависимости от S 1 /S 0

Т ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

1. 
   Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

Меридиональное

1. 
   Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S 0:

Где [σ] 0 – допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений 2·10 3 .

1. 
   Проверяем условие прочности для свободного кольца:

Где
– приведённый изгибающийся момент, определяемый из условия:

Где
и
Допускаемое напряжения для материала свободного кольца при 20ºС и расчётной температуре соответственно.

1. 
   Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота свободного кольца:

Где
- допустимый угол поворота кольца

1. 
   Подбор и расчет опор

1. 
   Предварительно выбираем сварные опоры (см. рис. 14) по ГОСТ 26296-84, учитывая вес аппарата. Вес аппарата определятся, суммой веса деталей, сборочных единиц с учетом веса, находящегося в аппарате продукта. Опорная лапа 1-25000 ГОСТ 26296-84

Рисунок 14 – Лапа опорная сварная

1. 
   Определяем плечо нагрузки по следующей формуле (см. рис. 15):

1. 
   Вычисляем нагрузку действующую на одну опору по формуле

1. 
   Определяем соотношение параметров аппарата и опоры:

1. 
   Определяем напряжение от действия внутреннего давления

1. 
   Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяем по формуле

1. 
   Максимальное напряжение при изгибе от реакции опоры определяем по следующей формуле:

Рисунок 15 – Схема для определения плеча нагрузки

1. 
   Проверим условие прочности

1. 
   Укрепление вырезов отверстий
   1. 
      Отверстие под патрубок верхнего люка

Расчет на прочность укреплений одиночных отверстий выполняют в следующей последовательности:

1. 
   

Для эллиптической крышки при Н = 0,25 D

1. 
   

Определяют расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия или кругового отверстия без штуцера определяют по формуле

Проверяем по условию
если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию, то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

1. 
   Отверстие под патрубок дна сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Проверяем по условию

1. 
   

Рисунок 16 – Укрепление отверстий отбортовкой

L 1 > l 1р.

Исполнительная ширина зоны укрепления l должна удовлетворять условию l > l Р.

1. 
   

1. 
   Отверстие под входной патрубок рубашки сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для цилиндрической обечайки

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию

Условие не выполняется, проводим укрепление отверстия.

1. 
   Определяем расчетные и исполнительные размеры укрепления

Расчетная длина внешней и внутренней частей круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис.16), определяют по формуле:

Исполнительные длины штуцеров l 1 , l 2 должны удовлетворять условию

L 1 > l 1р.

Ширину зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах определяют по формуле

Расчетную ширину зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища в окрестности штуцера при наличии отбортовки

Исполнительная ширина зоны укрепления l должна удовлетворять условию l > l Р.

Отношения допускаемых напряжений для внешней части штуцера:

Расчетный диаметр определяют по формуле

1. 
   Проверяем условие укрепления одиночных отверстий

1. 
   Отверстие под выходящий патрубок рубашки сосуда

1. 
   Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

Где s – толщина стенки укрепляемой оболочки;

S p – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р – расчетные диаметры укрепляемых элементов:

Для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

1. 
   Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию, то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

^ ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

В России государственный контроль и надзор за соблюдением требований охраны труда осуществляется федеральной инспекцией труда при Министерстве здравоохранения и социального развития Российской Федерации и федеральными органами исполнительной власти (в пределах своих полномочий).

Федеральная инспекция труда контролирует выполнение законодательства, всех норм и правил по охране труда. Государственный санитарно-эпидемиологический надзор, осуществляемый органами Министерства здравоохранения Российской Федерации, проверяет выполнение предприятиями санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемиологических норм и правил. Государственный энергетический надзор при Министерстве топлива и энергетики Российской Федерации контролирует правильность устройства и эксплуатации электроустановок. Государственный пожарный надзор контролирует выполнение требований пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации зданий и помещений.

Лица, виновные в нарушении требований ОТ, невыполнении обязательств по ОТ, предусмотренных коллективными договорами и соглашениями, трудовыми договорами (контрактами), или препятствующие деятельности представителей органов госнадзора и контроля за соблюдением требований ОТ, а также органов общественного контроля, несут дисциплинарную, административную, гражданско-правовую и уголовную ответственность в соответствии с законодательством РФ.
Различают следующие виды дисциплинарных взысканий:

• 
  Замечание;
• 
  Выговор;
• 
  Увольнение по соответствующим основаниям.

К административным взысканиям за нарушение требований ОТ относятся административный штраф и дисквалификация. Уголовная ответственность за нарушение требований охраны труда предусматривает следующие виды наказаний:

• 
  штраф;
• 
  лишение права занимать определённые должности и заниматься определённой деятельностью;
• 
  исправительные работы;
• 
  лишение свободы на определённый срок.

Техника безопасности

1. Производственное оборудование должно обеспечивать безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации, как в случае автономного использования, так и в составе технологических комплексов при соблюдении требований (условий, правил), предусмотренных эксплуатационной документацией.

Примечание. Эксплуатация включает в себя в общем случае использование по назначению, техническое обслуживание и ремонт, транспортирование и хранение.

2. Безопасность конструкции производственного оборудования обеспечивается:

1) выбором принципов действия и конструктивных решений, источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих процессов, системы управления и ее элементов;

2) минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при функционировании оборудования;

3) выбором комплектующих изделий и материалов для изготовления конструкций, а также применяемых при эксплуатации;

4) выбором технологических процессов изготовления;

5) применением встроенных в конструкцию средств защиты работающих, а также средств информации, предупреждающих о возникновении опасных (в том числе пожаровзрывоопасных) ситуаций*;

* Опасная ситуация - ситуация, возникновение которой может вызвать воздействие на работающего (работающих) опасных и вредных производственных факторов.

6) надежностью конструкции и ее элементов (в том числе дублированием отдельных систем управления, средств защиты и информации, отказы которых могут привести к созданию опасных ситуаций);

7) применением средств механизации, автоматизации (в том числе автоматического регулирования параметров рабочих процессов) дистанционного управления и контроля;

8) возможностью использования средств защиты, не входящих в конструкцию;

9) выполнением эргономических требований;

10) ограничением физических и нервнопсихических нагрузок на работающих.

3. Требования безопасности к производственному оборудованию конкретных групп, видов, моделей (марок) устанавливаются на основе требований настоящего стандарта с учетом:

1) особенностей назначения, исполнения и условий эксплуатации;

2) результатов испытаний, а также анализа опасных ситуаций (в том числе пожаровзрывоопасных), имевших место при эксплуатации аналогичного оборудования;

3) требований стандартов, устанавливающих допустимые значения опасных и вредных производственных факторов;

4) научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также анализа средств и методов обеспечения безопасности на лучших мировых аналогах;

5) требований безопасности, установленных международными и региональными стандартами и другими документами к аналогичным группам, видам, моделям (маркам) производственного оборудования;

6) прогноза возможного возникновения опасных ситуаций на вновь создаваемом или модернизируемом оборудовании.

Требования безопасности к технологическому комплексу должны также учитывать возможные опасности, вызванные совместным функционированием единиц производственного оборудования, составляющих комплекс.

4. Каждый технологический комплекс и автономно используемое производственное оборудование должны укомплектовываться эксплуатационной документацией, содержащей требования (правила), предотвращающие возникновение опасных ситуаций при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации. Общие требования к содержанию эксплуатационной документации в части обеспечения безопасности приведены в приложении.

5. Производственное оборудование должно отвечать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации при выполнении потребителем требований, установленных в эксплуатационной документации.

6. Производственное оборудование в процессе эксплуатации не должно загрязнять природную среду выбросами вредных веществ и вредных микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных стандартами и санитарными нормами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-графических работ, по конструированию и выбору экстрактора. Спроектированный теплообменный аппарат позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

Проведя анализ работы экстрактора, я разобрал принципы конструирования узлов агрегата. Выяснил основные моменты, которые мне помогли глубже понять основы конструирования машин и аппаратов пищевого производства. В ходе проведения проектных и расчетных работ (конструктивный расчет, гидравлический расчет, расчет на прочность) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически-обоснованный выбор (материал, длина и т. д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

Мой проект является основанием закрепления дисциплин, связанных с проектированием, которые я благополучно буду применять на практике, при освоении новых дисциплин, связанных с моей специальность.

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Соколов В. И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Машиностроение, 1983. - 447 с.
2. 
   Харламов С.В Практикум по расчету и. конструированию машин и
   аппаратов пищевых производств: Учебное пособие. - Л.: Агропромиздат, 1991.
3. 
   Кононюк Л. В., Басанько В. А. Справочник конструктора оборудования пищевых производств. - К.: Техника, 1981.
4. 
   Остриков А. Н., Абрамов О. В, Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Учебник для вузов. - СПб.: ГИОРД, 2003.
5. 
   Курочкин А.А., Зимняков В.В. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. – М.: Колос, 2006.
6. 
   ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
7. 
   ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий
8. 
   ГОСТ 25867-83 Сосуды и аппараты. Сосуды с рубашками. Нормы и методы расчета на прочность
9. 
   ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Номограмма для расчета на устойчивость в пределах упругости цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением

Приложение Б

График для определения коэффициента f

ЛЕКЦИЯ 16

ЭКСТРАКЦИЯ

16.1. ЭКСТРАКЦИЯ В СИСТЕМЕ ЖИДКОСТЬ - ЖИДКОСТЬ

16.1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Экстракцией в системе жидкость - жидкость называют процесс извлечения растворенного вещества или веществ из жидкости с помощью специальной другой жидкости, не растворяющейся или почти не растворяющейся в первой, но растворяющей экстрагируемые компоненты.

Принципиальная схема экстракции приведена на рис. 16.1.1.

Антибиотик" href="/text/category/antibiotik/" rel="bookmark">антибиотиков , разлагающихся при повышенных температурах.

Во многих случаях экстракцию применяют в сочетании с ректификацией. Поскольку расход теплоты на ректификацию уменьшается с увеличением концентрации исходного раствора, предварительное концентрирование раствора экстракцией позволяет сократить расход теплоты на разделение исходной смеси.

16.1.2. РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ

Переход распределяемого вещества из одной жидкой фазы (исходного раствора) в другую (экстрагент) происходит до установления равновесия, т. е. до выравнивания химических потенциалов в фазах. В процессе участвуют три компонента (К=3) и две фазы (Ф=2). Согласно правилу фаз вариантность системы F=3. Однако температура и давление при проведении процесса экстракции, как правило, поддерживаются постоянными. Тогда вариантность экстракционной системы будет равняться единице.

Следовательно, данной концентрации распределяемого вещества в одной фазе в состоянии равновесия соответствует определенная концентрация в другой.

Равновесие в процессах экстракции характеризует коэффициент распределения φ, который равен отношению равновесных концентраций экстрагируемого вещества в обеих жидких фазах - в экстракте и рафинате.

В простейших системах достаточно разбавленных растворов, подчиняющихся закону Бертло - Нернста, при постоянной температуре коэффициент распределения не зависит от концентрации распределяемого вещества и φ=ур/х, где ур, х - равновесные концентрации распределяемого вещества в экстракте и рафинате. В этом случае линия равновесия - прямая:

DIV_ADBLOCK7">

Коэффициент распределения, как правило, в промышленных системах определяется экспериментальным путём.

Если считать обе жидкие фазы нерастворимыми друг в друге, то каждая из фаз будет представлять собой двухкомпонентный раствор. В этом случае процесс экстракции по аналогии с другими массообменными процессами может быть изображён в координатах y - x .

При частичной взаимной растворимости жидких фаз каждая из них при экстракции будет представлять собой трёхкомпонентный раствор. Составы трёхкомпонентных смесей представляют в треугольной системе координат (Рис. 16.1.2).

DIV_ADBLOCK8">

При извлечении распределяемого вещества М из смеси N и точки, соответствующие получаемым составам, будут лежать на прямой РМ, и чем более будет разбавлен раствор, тем ближе к стороне треугольника LE .

Баланс материальный" href="/text/category/balans_materialmznij/" rel="bookmark">материального баланса

R +Э= N ,

где: R , Э, N - масса соответственно рафината, экстракта, исходной смеси, кг.

По правилам рычага имеем

https://pandia.ru/text/78/416/images/image007_81.jpg" width="243" height="244 src=">

Рис. 16.1.4. Линия равновесия в треугольной диаграмме

Составы однородных двухкомпонентных растворов М и L и М и Е характеризуются точками на сторонах диаграммы LM и ЕМ. Растворители L и Е образуют однородные растворы только на небольших участках LR и ЭЕ. Смесь растворителей на участке R Э расслаивается на два однородных двухкомпонентных насыщенных раствора R (насыщенный раствор Е в L ) и Э (насыщенный раствор L в Е). Причем количество насыщенных растворов в каждом из двух слоев определяется положением точки N и находится по правилу рычага [(см. уравнение (16.1.2)].

При добавлении вещества М в смесь состава N образуется тройная смесь состава, характеризуемого точкой N 1 лежащей на прямой NM . Смесь состава https://pandia.ru/text/78/416/images/image009_88.gif" width="92" height="23 src=">. При дальнейшем добавлении в смесь распределяемого вещества M 2 , M 3 , … получим тройные смеси составов N 2 , N 3 ..., которые также расслаиваются на фазы с равновесными составами R2 и Э2, R3 и Э3 и т. д. При этом меняются и массовые соотношения равновесных расходов до того момента, когда одна из фаз исчезнет в рассматриваемом случае при составе N4. После этого при добавлении распределяемого вещества М образуются однородные тройные растворы состава N 5 и др. Если соединить R 1 и Э1 , R2 и Э2 … прямыми линиями, получим хорды равновесия R 1 Э1, R 2 Э2, ..., соответствующие равновесным составам. Хорды равновесия сходятся в точке К, называемой критической. Наклон хорды равновесия определяется природой компонентов и составом фаз. Соединив точки, характеризующие равновесные составы R , R 1 R 2 , ... и Э, Э1 Э2, ..., плавной кривой, получим кривую равновесия (бинодальную кривую). Ветвь RK кривой равновесия характеризует равновесные составы фазы растворителя L , а ветвь ЭК - равновесные составы фазы растворителя Е.

Бинодальная кривая на треугольной диаграмме разграничивает области, соответствующие двухфазным смесям (под бинодальной кривой) и однофазным растворам (вне бинодальной кривой).

Приведенная на рис. 16.1.4 диаграмма равновесия составлена для постоянной температуры и называется изотермой.

На практике приходится иметь дело с компонентами, обладающими частичной растворимостью в определенных интервалах концентраций. Соответственно поведению компонентов треугольные диаграммы бывают с двумя и тремя зонами ограниченной растворимости.

На равновесие системы влияет также температура. Взаимная растворимость компонентов, как правило, с повышением температуры увеличивается, следовательно, область существования гетерогенных систем уменьшается. С увеличением температуры бинодальная кривая на рис. 16.1.4 будет приближаться к оси LE , при этом площадь под линией RK Э будет уменьшаться.

16.1.3. МАССОПЕРЕДАЧА ПРИ ЭКСТРАКЦИИ

Кинетические закономерности процесса экстракции определяются основными законами массопередачи.

Для увеличения площади поверхности фазового контакта одну из фаз диспергируют в виде капель в другой сплошной фазе. Площадь поверхности фазового контакта определяется задержкой дисперсной фазы в экстракторе и средним поверхностно-объемным диаметром капель. Распределяемое вещество диффундирует из сплошной фазы к поверхности капель, а затем внутрь капли либо, наоборот, из капли через поверхность раздела фаз в сплошную фазу.

Массопередача внутри капель осуществляется молекулярной и конвективной диффузией . Конвекция внутри капель возникает за счет циркуляции жидкости. Форма и размер капель в процессе экстракции многократно меняются за счет диспергирования и коалесценции. При этом происходит обновление поверхности межфазного контакта.

Для описания массопередачи в процессах экстракции пользуются вторым законом Фика.

В общем случае, когда диффузионным сопротивлением в сплошной и дисперсной фазах пренебречь нельзя, коэффициент массопередачи определяется выражениями

https://pandia.ru/text/78/416/images/image005_121.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="17" height="24 src=">.gif" width="55" height="24">. Тогда основное уравнение массопередачи перепишется так:

В случае, если основное диффузионное сопротивление сосредоточено в дисперсной фазе, т. е..gif" width="113" height="25 src=">.

Коэффициенты массоотдачи в фазах рассчитывают по критериальным уравнениям, которые получают на основании экспериментальных данных. Критериальные уравнения приводятся ниже при описании конструкций экстракторов.

Среднюю движущую силу рассчитывают с учетом фактора масштабного перехода с введением в расчетные уравнения его значения.

16.1.4. СХЕМЫ И РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ЭКСТРАКЦИИ

В промышленности используют периодическую или непрерывную экстракцию по следующим схемам: одноступенчатой, многоступенчатой противоточной и многоступенчатой с перекрестным током экстрагента.

Одноступенчатая экстракция применяется в тех случаях, когда высок коэффициент разделения. Она может осуществляться периодическим и непрерывным способами по схеме, приведенной на рис. 16.1.5,а. В аппарат - смеситель загружают исходный раствор F в количестве L кг растворителя концентрацией Хн и экстрагент Е, которые перемешиваются мешалкой, а затем разделяются на два слоя: экстракт Э и рафинат R .

https://pandia.ru/text/78/416/images/image025_42.gif" width="97" height="24 src="> (16.1.5)

Полагая, что у=φ x и модуль экстракции m = E / L , получим концентрации рафината

https://pandia.ru/text/78/416/images/image028_36.gif" width="77" height="48 src="> (16.1.7)

При этом степень извлечения

https://pandia.ru/text/78/416/images/image030_37.gif" width="80" height="21">

Рассмотрим процесс одноступенчатой экстракции на треугольной и прямоугольной диаграммах (рис. 16.1.5, б, в) . При перемешивании исходного раствора с экстрагентом образуется тройная смесь, состав которой характеризует точка N , расположенная на линии смешения FE . После расслаивания этой смеси образуются экстракт и рафинат, составы которых определяются точками R и Э , лежащими на хорде равновесия, проходящей через точку N . Модуль экстрагента определяется по правилу рычага: E / F = FN /(EN )

Количество рафината R = https://pandia.ru/text/78/416/images/image032_34.gif" width="79" height="24">.

Состав рафината определяет точка RK , а экстракта - точка Эк на стороне треугольника LM .

Экстремальные значения модулей экстрагента определяют точки N 1 и N 2 на бинодальной кривой: и .

При взаимной нерастворимости исходного раствора и экстрагента на диаграмме у -х процесс экстракции изображается прямой линией АВ , для построения которой из точки хн проводят линию под углом DIV_ADBLOCK13">

Модуль экстрагента для получения рафината с заданной концентрацией хк

Чем больше модуль экстрагента, тем меньше тангенс угла наклона и концентрации экстрагируемого компонента в рафинате и экстракте: и . Однако с увеличением модуля экстрагента возрастает стоимость его регенерации. Оптимальными значениями экстракционного фактора являются 1,2< mφ <2.

Многоступенчатая экстракция проводится в многосекционных экстракторах или экстракционных установках, в которых каждый агрегат представляет самостоятельную установку. Многоступенчатая экстракция может проводиться с противотоком экстрагента, при перекрестном токе исходного раствора и экстрагента или комбинированным способом при наличии нескольких экстрагентов.

Противоточная экстракция может осуществляться по различным схемам. Например, в распылительных, насадочных и тарельчатых экстракторах состав обеих фаз меняется непрерывно по длине аппарата, В других экстракторах или установках состав обеих или одной фазы меняется скачкообразно при переходе от секции к секции.

В многосекционных противоточных установках (рис. 16.1.6,а) исходный раствор F и экстрагент Е поступают с противоположных концов установки. Экстракт с концентрацией экстрагируемого компонента, близкой к насыщению, взаимодействует в первой ступени с исходным раствором F концентрацией хн. После разделения тройной смеси в первой ступени получают экстракт концентрацией = y к и рафинат концентрацией x 1 . Рафинат состава х1 во второй ступени взаимодействует с экстрактом состава Э3. После разделения получают рафинат состава R 2 и экстракт состава Э2. В последней n-й ступени обедненный экстрагируемым компонентом рафинат Rn -1 концентрацией взаимодействует со свежим экстрагентом Е концентрацией DIV_ADBLOCK14">

Изобразим процесс многоступенчатой противоточной экстракции в диаграмме у - х (рис. 16.1.6,б ). Для этого составим уравнение рабочей линии процесса.

Материальный баланс для всей установки по экстрагируемому компоненту, пренебрегая взаимной растворимостью раствора и экстрагента, запишем в концентрациях, отнесенных к 1 кг экстрагента:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image043_26.gif" width="169" height="24 src=">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image045_26.gif" width="151" height="41 src=">

которое является уравнением прямой с тангенсом угла наклона

https://pandia.ru/text/78/416/images/image047_21.gif" width="57" height="24"> и до точки .

Положение кинетической линии определяется коэффициентом извлечения и гидродинамической обстановкой в аппарате.

Процесс на треугольной диаграмме представлен на рис. 16.1.6 в .

В первой секции экстракционной установки на ходу исходного раствора последней F взаимодействует с экстрактом с предыдущей второй ступени Э2 с образованием тройной смеси точки N 1 , после разделения которой в сепараторе получают экстракт Э1 и рафинат Rl в общем случае неравновесного состава.

Во второй ступени рафинат Rl взаимодействует с экстрактом из третьей ступени Э3 , образуя тройную смесь N 2 , которая разделяется на R 2 и Э2.

Соединив две точки, соответствующие составам фаз на входе и выходе из каждой секции, линиями F Э1, R Э2, R 2 Э3 и т. д. и продолжив их, получим точку пересечения Р.

Аналогичные процессы происходят и в остальных секциях экстрактора. В результате исходный раствор обедняется экстрагируемым компонентом и выходит из последней п-й секции концентрацией хк, а экстрагент насыщается компонентом до конечной концентрации ук.

Экстракция с перекрестным потоком экстрагента может осуществляться в нескольких секциях непрерывно (рис. 16.1.7,а) либо в одной секции периодически (рис. 16.1.7,б).

При непрерывном проведении процесса исходный раствор F вводится в первую секцию, в которой обрабатывается экстрагентом Е, после разделения получают рафинат R 1 и экстракт . Рафинат R 1 вводится во вторую секцию, в которой вновь обрабатывается свежим экстрагентом Е. Экстракты Э1 и Э2 выводятся из установки, а рафинат состава R 2 поступает в следующую секцию, где вновь процесс повторяется. В результате получают рафинат заданного состава Rn и экстракт переменного состава Э1, Э2, ..., Эп.

DIV_ADBLOCK16">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image035_26.gif" width="16" height="15 src=">, тангенс которого определяется экстракционным модулем.

Многоступенчатая противоточная экстракция является более эффективным процессом, чем экстракция в перекрестном токе. При противоточной экстракции достигается более высокая средняя движущая сила процесса, За счет выравнивания движущей силы в начале и конце установки происходит более полное извлечение компонента из раствора, при этом снижается экстракционный модуль по сравнению с экстракцией в перекрестном токе, однако увеличивается требуемое число ступеней контакта для достижения одинаковой степени очистки.

16.1.5. КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭКСТРАКТОРОВ

Эффективность массопередачи в процессах экстракции пропорциональна площади массообменной поверхности и средней движущей силе процесса. С целью увеличения площади массообменной поверхности в экстракторах одна из жидких фаз диспергируется и распределяется в другой в виде капель. Процесс массопередачи протекает между дисперсионной и сплошной фазами. Для проведения процесса с наибольшей движущей силой в экстракторах организуют взаимодействие потоков в условиях, приближающихся к идеальному вытеснению. Это достигается проведением процесса в тонком слое в насадочных, центробежных экстракторах, путем секционирования экстракторов либо использования многоступенчатых секционных экстракционных установок.

Экстракторы по принципу организации процесса бывают непрерывного и периодического действия.

В зависимости от способа контакта фаз экстракторы можно разделить на три группы: ступенчатые, или секционные, дифференциально-контактные и смесительно-отстойные.

Ступенчатые (секционные) экстракторы состоят из отдельных секций, в которых изменение концентрации в фазах происходит скачкообразно. В ряде случаев каждая секция приближается по полю концентраций к аппарату идеального смешения. Экстрактор, состоящий из нескольких таких секций, по полю концентраций приближается к аппарату идеального вытеснения.

Необходимость разделения фаз после каждой секции экстракции в случае плохо разделяемых эмульсий может приводить к значительному увеличению размеров экстрактора.

Дифференциально-контактные экстракторы обеспечивают непрерывный контакт между фазами и плавное непрерывное изменение концентраций в фазах. За счет продольного перемешивания фаз в таких аппаратах может иметь место значительное снижение средней движущей силы по сравнению с аппаратами идеального вытеснения.

Для диспергирования жидкой фазы требуются затраты энергии. В зависимости от вида затрачиваемой энергии экстракторы могут быть без подвода внешней энергии и с подводом ее. Внешняя энергия во взаимодействующие фазы может вводиться перемешивающими устройствами, вибраторами и пульсаторами, например в вибропульсационных экстракторах, в виде центробежной силы в центробежных экстракторах, кинетической энергии струи в инжекторных и эжекторных экстракторах.

Смесительно-отстойные экстракторы состоят из нескольких ступеней, каждая из которых включает смеситель и разделитель. В смесителе за счет подвода внешней энергии происходит диспергирование одной из жидких фаз с образованием дисперсионной фазы, которая распределяется в другой - сплошной фазе. Дисперсной фазой может быть как легкая, так и тяжелая фаза.

В разделителе, который представляет собой отстойник, а в современных установках - сепаратор, происходит разделение эмульсии на рафинат и экстракт. Схема простейшего смесительно-отстойного экстрактора приведена на рис. 16.1.9.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image055_12.jpg" width="197" height="253 src=">

Рис. 16.1.10. Тарельчатый экстрактор:

1 – цилиндрический корпус; 2 – переливное устройство; 3 – ситчатые тарелки

Диспергируемая фаза (легкая или тяжелая) проходит через отверстия в тарелках и дробится на капли. Сплошная фаза движется вдоль тарелки от перелива к переливу. Капли на тарелках коалесцируют и образуют сплошной слой жидкости над тарелкой (тяжелая жидкость) или под тарелкой (легкая жидкость). Подпорный слой секционирует экстрактор по высоте и обеспечивает подпор для диспергирования жидкости через отверстия тарелок. Секционирование экстрактора снижает обратное перемешивание фаз и приводит к увеличению средней движущей силы процесса.

Скорость дисперсной фазы в отверстиях тарелки определяют из условий создания струйного режима. Критическая скорость, соответствующая переходу от капельного режима к струйному, зависит от диаметра отверстий:

v к p =4,4/ d 0 .

Для работы экстрактора в устойчивом струйном режиме скорость увеличивают примерно на 20% по сравнению с критической.

Для определения коэффициентов массоотдачи в дисперсной фазе можно рекомендовать выражении

https://pandia.ru/text/78/416/images/image057_24.gif" width="116" height="25 src=">- диффузионное число Нуссельта (здесь (βд - коэффициент массоотдачи в дисперсной фазе; d э - эквивалентный диаметр капли; Dд - коэффициент диффузии в дисперсной фазе); - критерий Рейнольдса для капли (здесь - относительная скорость движения капли в сплошной фазе; vc - кинематическая вязкость сплошной фазы); - диффузионный критерий Прандтля для дисперсной фазы (здесь v - кинематическая вязкость дисперсной фазы).

Роторно-дисковый экстрактор (рис. 16.1.11) относится к экстракторам с механическим перемешиванием фаз. Он представляет собой вертикальный многосекционный аппарат, в цилиндрическом корпусе которого по оси установлен ротор с круглыми горизонтальными дисками. Диски вращаются в средней плоскости секции экстрактора и разделены кольцевыми перегородками, что препятствует продольному перемешиванию потоков и способствует увеличению движущей силы процесса. При вращении ротора диски создают осевые потоки сплошной фазы, направленные от оси ротора к стенкам экстрактора.

DIV_ADBLOCK20">

Диаметр дисков ротора Dp составляет 0,5...0,7 диаметра экстрактора, а диаметр отверстий кольцевых перегородок D =(0,6...0,8) D э (где D э - диаметр экстрактора), высота секции H =(0,15...0,3) D э .

В других конструкциях на роторе в средней плоскости каждой секции расположены открытые турбинные мешалки. Секционирование достигается с помощью кольцевых перегородок. В таких экстракторах чередуются зоны смешения и разделения.

Вместо кольцевых перегородок зоны перемешивания могут разделяться слоем насадки, например колец Рашига, в которой происходит разделение тройной смеси на легкую и тяжелую жидкость. На рис. 16.1.12 показан экстрактор с турбинными мешалками и отстойными зонами, заполненными кольцами Рашига.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image063_17.gif" width="157" height="27 src=">который определяет высокие коэффициенты массопередачи и площади поверхности межфазного контакта; разделение реакционного объема на секции, что приводит к увеличению средней движущей силы до значений, близких к таковым для аппарата идеального вытеснения; возможность регулирования частоты вращения ротора, что позволяет изменять производительность и эффективность работы экстрактора.

Для расчета и моделирования роторных экстракторов необходимо знать размеры образующихся капель, продолжительность задержки дисперсной фазы в экстракторе, коэффициенты массоотдачи, предельные нагрузки экстрактора по сплошной и дисперсной фазам, продольное и поперечное перемешивание фаз.

Если диффузионное сопротивление сосредоточено в сплошной фазе, то коэффициент массоотдачи можно определить из уравнения

https://pandia.ru/text/78/416/images/image065_18.gif" width="116" height="25 src="> - диффузионный критерий Нуссельта; βс - коэффициент массоотдачи в сплошной фазе; https://pandia.ru/text/78/416/images/image067_19.gif" width="119" height="25 src="> (16.1.11)

где: А=6,58 и 17,9 соответственно для неподвижных капель и для капель с внутренней циркуляцией, т. е. βд обратно пропорционален среднеобъемному диаметру капли.

Для капель с внутренней циркуляцией жидкости

DIV_ADBLOCK22">

DIV_ADBLOCK23">

Размер отверстий в тарелках экстрактора составляет 3...5 мм, площадь всех отверстий принимается равной 20...25% площади поперечного сечения колонны; расстояние между тарелками 50 мм.

Лучшее распределение и диспергирование достигаются на тарелках с прямоугольными отверстиями и направляющими лопатками.

В вибрационных экстракторах вибрация блока тарелок происходит при больших частотах и меньших амплитудах, чем пульсация жидкости в пульсационных экстракторах. Расход энергии на вибрацию блока тарелок значительно меньше, чем в пульсационных экстракторах на перемещение всего столба жидкости.

Преимущество пульсационных и вибрационных экстракторов - эффективная массопередача, которая достигается путем увеличения коэффициентов массоотдачи, средней движущей силы процесса и развитой поверхности фазового контакта. ВЭТС в таких экстракторах в 5...6 раз ниже, чем в тарельчатых ситчатых экстракторах.

Высокие удельные нагрузки превышают допустимые нагрузки в роторно-дисковых экстракторах.

Высокая эффективность массопередачи позволила значительно сократить металлоемкость экстракционного оборудования, что привело к снижению капитальных затрат.

В то же время для пульсационных и вибрационных экстракторов требуются более мощные фундаменты, выдерживающие значительные динамические нагрузки. Эксплуатационные затраты для таких экстракторов несколько выше, чем для обычных тарельчатых экстракторов.

В центробежных экстракторах (рис. 16.1.14) экстракция протекает при непрерывном контактировании движущихся противотоком фаз при минимальном времени взаимодействия.

В корпусе машины, состоящем из двух кожухов: верхнего и нижнего, расположен вал с закрепленным на нем ротором. Вал с двух концов полый и выполнен по типу «труба в трубе», а в центральной части цельный, с каналами для отвода легкой жидкости. Вал вместе с ротором вращается с частотой около 4500 мин-1.

Обрабатываемый раствор и экстрагент поступают в экстрактор с противоположных концов полого вала, как показано на рис. 16.1.14. Легкая жидкость подводится со стороны привода, а тяжелая - с противоположного конца вала. Вал уплотняется с помощью двойных торцевых уплотнений. Уплотнительной жидкостью служит обрабатываемая в экстракторе жидкость.

Внутри ротора находится пакет концентрических V-образных колец. В роторе предусмотрены каналы для прохода легкой и тяжелой жидкости. Тяжелая жидкость поступает в пакет ротора, в его центральную часть, в то время как легкая жидкость поступает в периферийную часть ротора. При вращении ротора вместе с пакетом колец тяжелая жидкость под действием центробежной силы устремляется к наружному периметру ротора, а легкая жидкость движется навстречу к валу ротора. Таким образом, жидкости контактируют в противотоке. За счет многократного диспергирования жидкости на капли и коалесценции капель достигается высокая эффективность экстракции.

После разделения тройной смеси жидкости выводятся по каналам в роторе в пустотелый вал: тяжелая жидкость выводится со стороны привода, а легкая - с противоположного конца вала, со стороны входа тяжелой жидкости.

Внутри ротора имеет место инверсия фаз. Если в периферийной части ротора происходит взаимодействие дисперсной фазы легкой жидкости со сплошной фазой тяжелой жидкости, то в зоне, прилежащей к оси ротора, наоборот, дисперсная фаза тяжелой жидкости контактирует со сплошной фазой легкой жидкости.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image071_6.jpg" width="335" height="224 src=">

Рис. 16.1.15. Схема непрерывнодействующей экстракционной установки:

1,2 - насосы; 3,4,5,6 - ёмкости; 5 - экстрактор

Производительность экстракторов определяют из предельной нагрузки, соответствующей «захлебыванию» экстрактора. В точке «захлебывания» нагрузку рассчитывают по максимальной удерживающей способности аппарата и по характеристической скорости капель, равной средней скорости осаждения капель в неподвижной сплошной фазе.

Воспользуемся уравнением Торнтона - Пратта

https://pandia.ru/text/78/416/images/image073_19.gif" width="115" height="37 src=">.gif" width="163" height="25 src="> (16.1.15)

и найдем удерживающую способность экстрактора

https://pandia.ru/text/78/416/images/image078_15.gif" width="41" height="24">. Характеристическую скорость капель v 0 определяют по соответствующим уравнениям для каждого типа экстракторов.

Рабочую скорость сплошной фазы принимают на 20...40 % ниже предельной:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image080_16.gif" width="143" height="25 src="> (16.1.18)

где: h с и h д - высота единиц переноса соответственно в сплошной и дисперсной фазах; - фактор экстракции.

Значения h с и h д определяют в зависимости от значения коэффициентов массоотдачи:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image083_12.gif" width="17" height="24 src="> и h д - коэффициенты массоотдачи соответственно в сплошной и дисперсной фазах, кмоль/(м2*с*кмоль/кмоль); - удельная площадь поверхности, м2/м3.

Значения βс, βД и рассчитывают по критериальным и эмпирическим уравнениям, полученным для экстракторов определенного типа. Например, для насадочных и тарельчатых экстракторов с ситчатыми тарелками для расчета коэффициента массоотдачи в дисперсной фазе может быть использовано уравнение

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" width="26 height=31" height="31"> капли.

Коэффициенты массоотдачи в сплошной фазе можно приближенно определить по уравнению

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" width="26" height="31 src=">.gif" width="16" height="17 src=">c - плотность сплошной фазы, кг/м3; µс - динамическая вязкость сплошной фазы, Па·с); Рrc=µс/с Dc - критерий Прандтля для сплошной фазы (здесь Dc - коэффициент диффузии в сплошной фазе, м2/с).

Для роторно-дисковых экстракторов коэффициент массоотдачи в дисперсной фазе определяют по уравнению (16.1.12), а в сплошной фазе по (16.1.10).

В случае, когда отсутствуют данные по коэффициентам массоотдачи или высоте единиц переноса ВЕП, высоту экстрактора рассчитывают методом определения числа теоретических ступеней изменения концентраций.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность процесса экстракции? Какие компоненты участвуют в процессе экстракции? 2. Какие факторы определяют равновесие в процессе экстракции? От чего зависит коэффициент распределения? 3. При каких условиях равновесие в процессе экстракции описывается прямой линией? 4. Какие диаграммы изображают процессы экстракции? 5. В каких случаях можно изобразить процесс экстракции на прямоугольной диаграмме у - х". 6. Какие схемы процессов экстракции применяют в пищевой промышленности ? 7. Что такое модуль экстракции и как он влияет на положение рабочей линии процесса на диаграмме у - х? 8. Как изображается процесс противоточной экст­ракции на треугольной диаграмме и в координатах у - х? 9. В каких аппаратах проводят процессы экстракции? 10. Каким законам массопередачи подчиняются процессы экстракции? 11. Как рассчитать коэффициент массопередачи при экст­ракции в общем и частных случаях? 12. Какие преимущества имеют экстракторы с перемешивающими устройствами по сравнению с гравитационными? 13. В чем заключается принцип действия центробежных экстракторов? Какие преимущества имеют центробежные экстракторы по сравнению с другими типами экстракторов? 14. В чем заключается кинетический расчет экстракторов? 15. Какими величинами определяется высота колонного экстрактора?

16.2. ЭКСТРАКЦИЯ В СИСТЕМЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО - ЖИДКОСТЬ

16.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Выщелачивание (частный случай экстракции) - это извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью растворителя, обладающего избирательной способностью.

В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного или животного происхождения.

В качестве растворителей применяют: воду - для экстрагирования сахара из свеклы, кофе, цикория, чая; спирт и водно-спиртовую смесь - для получения настоев в ликеро-водочном и пиво-безалкогольном производствах; бензин, трихлорэтилен, дихлорэтан - в маслоэкстракционном и эфиромасличном производствах и др. Выщелачивание - основной процесс в свеклосахарном производстве, применяют его для извлечения сахара из сахарной свеклы. С помощью бензина извлекается растительное масло из семян подсолнечника.

За выщелачиванием в технологической схеме часто следуют процессы фильтрования, выпаривания и кристаллизации.

16.2.2. СТАТИКА И КИНЕТИКА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Процесс выщелачивания заключается в проникновении растворителя в поры твердого тела и растворении извлекаемых веществ.

Равновесие при выщелачивании устанавливается при выравнивании химических потенциалов растворенного вещества и его химического потенциала в твердом материале. Достигаемая концентрация раствора, соответствующая его насыщению, называется растворимостью.

Вблизи поверхности твердого тела равновесие устанавливается в течение короткого промежутка времени. Поэтому при анализе процесса массопередачи принимают, что концентрация на поверхности раздела фаз твердое тело - растворитель равняется концентрации насыщенного раствора унас.

Основной задачей кинетики выщелачивания является определение продолжительности контакта взаимодействующих фаз, необходимой для достижения заданной степени извлечения экстрагируемого вещества. По продолжительности контакта фаз определяют размеры экстракционных аппаратов.

На массопередачу при выщелачивании большое влияние оказывает внутреннее строение твердого тела: размеры и форма капилляров, химический состав частиц. От внутреннего строения твердого тела зависит скорость массопередачи. Как было указано в главе 4.1, сложность внутреннего строения пористого тела затрудняет аналитическое описание процесса массопередачи внутри капиллярно-пористого тела.

Выщелачивание представляет собой сложный многостадийный процесс, который заключается в диффузии растворителя в поры твердого тела, растворении извлекаемых веществ или вещества, диффузии экстрагируемых веществ в капиллярах внутри твердого тела к поверхности раздела фаз и массопередачи экстрагируемых веществ в жидком растворителе от поверхности раздела фаз в ядро потока экстрагента.

Из перечисленных четырех стадий процесса лимитирующими общую скорость массопередачи являются, как правило, последние две, так как скорость массопереноса на первых двух стадиях обычно значительно выше по сравнению со скоростью протекания двух последующих стадий.

Таким образом, общее диффузионное сопротивление массопереноса складывается из диффузионных сопротивлений внутри твердого тела и в растворителе.

Скорость диффузии вещества внутри капиллярно-пористого тела описывается, как известно, уравнением массопроводности (12.30).

Скорость массоотдачи от поверхности раздела фаз в ядро потока экстрагента описывается уравнением массоотдачи (12.15).

Для оценки соотношения между скоростями массопроводности и массоотдачи используется критерий Био [см. уравнение (12.32)].

Особенно низкая скорость массопроводности имеет место в капиллярно-пористых телах растительного и животного происхождения.

На рис. 16.2.1 показана схема строения растительной клетки.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image095_13.gif" width="200" height="24 src=">, а в области низких концентраций -

В случае, когда основное диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе, для описания процесса может быть использовано уравнение массоотдачи (12.15).

Движущей силой процесса выщелачивания является разность между концентрацией экстрагируемого вещества у поверхности твердого тела и его средней концентрацией в массе экстратента уср.

Скорость процесса в этом случае

https://pandia.ru/text/78/416/images/image099_11.gif" width="21" height="25 src="> - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе.

Скорость молекулярной диффузии в пограничном слое толщиной δ определяется по уравнению Фика (12.9)

https://pandia.ru/text/78/416/images/image101_10.gif" width="319" height="25 src="> (16.2.2)

где: https://pandia.ru/text/78/416/images/image103_11.gif" width="59" height="21">. Тогда из (16.2.1) следует, что пропорционально D2/3. Путем обобщения экспериментальных данных с учетом указанной зависимости получено уравнение для расчета коэффициента массоотдачи https://pandia.ru/text/78/416/images/image104_11.gif" width="143" height="27 src="> (16.2.3)

где: https://pandia.ru/text/78/416/images/image106_10.gif" width="85" height="21"> - критерий Рейнольдса (здесь v - скорость экстрагента; µ - динамическая вязкость экстрагента); Pr=v / D - критерий Прандтля.

Из выражения (16.2.2) видно, что β увеличивается с уменьшением толщины диффузионного слоя δ. Из теории пограничного слоя известно, что толщина диффузионного слоя уменьшается с увеличением критерия Рейнольдса, т. е. с увеличением относительной скорости движения экстрагента (относительно твердых частиц). Следовательно, процесс выщелачивания можно интенсифицировать путем создания эффективной гидродинамической обстановки, в том числе за счет измельчения твердого материала.

Измельчение приводит к увеличению поверхности массопередачи, а также к уменьшению пути диффузии экстрагируемого материала из глубины капилляров к поверхности материала. В связи с тем что коэффициент массопроводности возрастает с повышением температуры, выщелачивание проводят при температурах, близких к температуре кипения экстрагента. При этом возрастает также концентрация насыщенного раствора унас, что приводит к увеличению движущей силы выщелачивания и растворения.

Скорость массопроводности также можно увеличить путем специальной обработки пищевого сырья, приводящей к снижению диффузионного сопротивления в клетке.

Практически интенсификация процесса может быть достигнута в экстракторах с эффективной гидродинамической обстановкой, например в экстракторах с псевдоожиженным слоем, а также в вибрационных и пульсационных экстракторах.

Как было отмечено, проведение процессов в псевдоожиженном слое с измельченными материалами приводит к резкому увеличению поверхности массопередачи и к снижению диффузионного сопротивления.

В главе 4.4 указывалось, что низкочастотные колебания взаимодействующих фаз приводят к существенной интенсификации процесса экстракции.

16.2.3. РАСЧЕТ ЭКСТРАКЦИОННЫХ АППАРАТОВ

Зональный метод расчета процессов экстракции из твердого тела, разработанный в последние годы, основан на решении задачи нестационарной массопроводности. Для расчета продолжительности процесса в телах правильной геометрической формы может быть использовано уравнение (18.11). Однако в связи с недостаточностью экспериментальных данных по коэффициентам массопроводности использование этого метода в расчетной практике затруднено. Поэтому для расчета экстракторов используют метод, основанный на определении числа теоретических ступеней изменения концентрации. Введение в расчеты коэффициентов полезного действия позволяет определить число реальных ступеней многоступенчатых аппаратов или длину аппарата.

Рассмотрим графический способ определения числа теоретических ступеней с помощью треугольной диаграммы (рис. 16.2.2). Представим для удобства расчета диаграмму в виде прямоугольного треугольника вместо равностороннего треугольника.

Пусть исходный, подлежащий экстрагированию твердый материал состоит из нерастворимого компонента L и растворяемого компонента М, который извлекается жидким экстрагентом Е. В результате процесса получают экстракт, состоящий из экстрагента Е и растворённого в нем вещества М, и рафинат, состоящий из нерастворимого вещества L , в порах которого находится некоторое количество вещества М, растворенного в экстрагенте Е.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image108_0.jpg" width="438" height="129 src=">

Рис. 16.2.3. Схема многосекционного противоточного экстрагирования твердое тело - жидкость

Раствор Э экстрагируемого вещества М в экстрагенте Е назовем верхним потоком, а поток R смеси твердого вещества L с экстрагируемым веществом М - нижним потоком.

Уравнения материального баланса запишутся так:

F + E = R у и

Перколятор (рис. 16.2.5) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с коническим днищем и крышкой. В днище расположена решетка, на которую через верхний люк загружается слой измельченного твердого материала. После выщелачивания материал выгружается через нижний откидывающийся люк.

Бункер" href="/text/category/bunker/" rel="bookmark">бункер для загрузки свекловичной стружки и шнеки для удаления жома из аппарата.

Внутри аппарата стружка перемещается двумя параллельно расположенными шнеками снизу вверх. Шнеки образуются лопастями, расположенными по винтовой линии. Лопасти каждого шнека заходят в межлопастное пространство другого. Такое устройство шнеков способствует равномерному перемещению стружки по длине аппарата и предотвращает возможность вращения свекловичной стружки вместе с лопастями. Для этой же цели установлены контрлопасти и перегородки на нижней части крышек.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image138_3.jpg" width="241" height="257 src=">

Рис. 16.2.7. Двухколонный диффузионный аппарат:

1,5 - штуцера; 2 - ротационный забрасыватель; 3 - барабан; 4 - корпус; 6 - цепь; 7 - рамка

Для подачи стружки в аппарат предназначены грабельный конвейер и забрасыватель стружки. Через сопла внутрь аппарата подается подогретый сок.

Диффузионный сок отбирается из аппарата через саморегенерирующиеся сита с коническими отверстиями, установленные в камере, и патрубок. Барометрическая вода поступает в аппарат через верхний ряд сопел, жомопрессовая - через нижний.

Стружка, поступившая в аппарат, перемещается к месту выгрузки ее из аппарата. Барометрическую и жомопрессовую воду подают в верхнюю часть второй колонны противотоком свекловичной стружке. Диффузионный сок направляют в производство, а жом - на прессы или в жомохранилище. На некоторых заводах барометрическая и жомопрессовая вода предварительно поступает в один большой сборник для перемешивания и затем в подогреватель для подогрева смеси.

В рассматриваемой конструкции аппарата свекловичная стружка ошпаривается внутри аппарата и дополнительной установки ошпаривателя не требуется. Сок, предназначенный для ошпаривания, подогревается до определенной температуры в подогревателях.

Имеются конструкции аппаратов, в которых твердый материал перемещается ковшами.

Применение цепных транспортирующих устройств с рамками или ковшами приводит к уплотнению массы твердого материала на рамках или в ковшах, что ухудшает процесс экстрагирования. В диффузионных аппаратах с лопастными валами и контрлопастями происходит значительное измельчение стружки, которое затрудняет фильтрование диффузионного сока в аппарате и тем самым снижает скорость экстракции. В результате применения крупной свекловичной стружки также снижается скорость экстракции из-за увеличения внутридиффузионного сопротивления.

Диффузионные аппараты с взвешенным слоем лишены этих недостатков. В двухколонном аппарате (рис. 16.2.8), разработанном проф. , свекловичная стружка находится во взвешенном состоянии. Движущей силой для перемещения содержимого в аппарате является разность давлений над материалом в первой и второй колоннах. При движении поршневого транспортирующего устройства вверх под ним создается разрежение. Свекловичная стружка поступает в верхнюю часть первой колонны, которая до определенного уровня заполнена диффузионным соком. Уровень сока поддерживается при помощи уровнемера. Таким образом, свекловичная стружка поступает в диффузионный сок и равномерно распределяется в объеме аппарата.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image140_5.gif" width="128" height="43 src="> (16.2.11)

где: V П - полезный объем аппарата, м3; q - масса стружки на единицу полезного объема аппарата, кг/м3 (для колонных аппаратов q =600...700 кг/м3); τ - продолжительность процесса экстрагирования, с.

Ленточные экстракторы (рис. 16.2.9) применяют для экстракции масла из семян подсолнечника. Твердая фаза - раздробленные семена перемещаются по ленте тонким слоем, а экстрагент - бензин подается сверху с помощью насосов и орошает находящийся на ленте материал. Процесс осуществляется по сложной комбинированной схеме движения потоков твердого материала и экстрагента: поперечный ток на каждом участке и противоток в целом в экстракторе. Конструкция экстрактора не обеспечивает эффективного взаимодействия твердой фазы с экстрагентом, экстракция протекает с невысокой скоростью. Для полного извлечения масла требуется несколько ступеней экстракции.

Рис. 16.2.9. Ленточный экстрактор:

1 - корпус; 2 - сопла; 3 - загрузочная шахта; 4 - транспортирующее устройство; 5 – насосы

Контрольные вопросы

1. В чем сущность процесса выщелачивании? Какие компоненты участвуют в процессе выщелачивания? 2. Какие факторы определяют скорость выщелачивания? 3. В каком случае скорость выщелачивании описывается уравнением Щукарева? 4. В чем заключается расчет экстракторов? 5. Как изображается процесс противоточной экстракции в треугольной диаграмме? 6. Как определяется число ступеней изменения концентраций в треугольной диаграмме? 7. Назовите схемы, по которым проводят процессы выщелачивании 8. Какие конструкции экстракторов применяют в пищевой промышленности?

Цель работы: Приобретение навыков расчета процессов и аппаратов для экстракционной очистки сточных вод.

Вводная часть.

Экстракция – это избирательное извлечение компонента из жидкости (рафинада) с помощью жидкого растворителя (экстрагента). Фазу, которая обогащается веществом загрязнителя, называют экстрагентом –до контакта, и экстрактом – после контакта.

Одним из условий процесса экстракции являются взаимная нерастворимость и достаточная разность плотностей фаз (рафинада и экстрагента).

Жидкостная экстракция состоит из ряда технологических операций:

Контактирования очищаемой жидкости с экстрагентом;

Переноса компонента из одной фазы в другую;

Разделения фаз;

Регенерации экстрагента.

Экстракторы бывают горизонтальные и вертикальные, непрерывные и периодические, одноступенчатые и многоступенчатые, перекрестноточные и противоточные, с подводом механической энергии (для контакта фаз) и без подвода механической энергии и т.д.

Простейшим типом экстрактора является распылительная вертикальная колонна с непрерывным контактом фаз (рисунок 2.1). В полую вертикальную цилиндрическую колонну сверху подается сточная вода, снизу с помощью диспергатора распыляется (в виде капель) экстрагент, плотность которого меньше плотности воды. Противоточное движение фаз обеспечивается силой тяжести, т.е. различием плотности фаз (движущая сила). Образовавшиеся капли проходят рабочую зону, извлекают загрязняющее вещество и собираются в верхнем отстойнике.

Вывод легкой фазы из верхней отстойной зоны не вызывает затруднений, избыток жидкости сливается через патрубок. Вывод тяжелой фазы требует специальной регулировки, в противном случае с нижней части может вылиться вся жидкость. Наиболее простым устройством является флорентийский сосуд, принцип работы, которого основан на уравновешивании столбов жидкостей (сообщающие сосуды), выводимых потоками легкой и тяжелой фаз

Требования к экстрагенту:

Минимальная взаимная растворимость с рафинадом;

Высокая избирательность;

Высокий коэффициент распределения и большая емкость;

Достаточное отличие плотности по сравнению с рафинадом;

Доступность, дешевизна, легкость регенерации;

Не токсичность, взрывобезопасность, минимальные коррозионные действия.

Экстракция является эффективной при высоком содержании в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность. Наиболее широко применяется для очистки сточных вод предприятий по термической обработке твердых топлив (углей, сланцев, торфа), содержащих значительное количество фенолов.

Методика расчета

1. Фактор экстракции:

где С вх и С вых – входная и требуемая выходная (ПДК) концентрация загрязняющего вещества в сточной воде.

2. Объемный расход экстрагента:

, м 3 /ч, (2.2)

где Q СВ – расход сточной воды, м 3 /ч;

m - коэффициент распределения.

3. Концентрация извлеченного вещества в экстракте (при исходном чистом экстрагенте):

, мг/л. (2.3)

4. Требуемая степень экстракции:

. (2.4)

5. Поперечное сечение аппарата:

, м 2 , (2.5)

где w – скорость потока, м/с. В расчетах w=0,02 м/с.

6. Диаметр колонны:

, м. (2.6)

7. Высота колонны: H=(5-7)D, м. (2.7)

8. Высота вывода ТФ (из уравнения сообщающих сосудов):

, м, (2.8)

где и– плотности ЛФ и ТФ (воды),=1000 кг/м3;

и – высоты ЛФ и ТФ (рисунок 2.1). Принимая, что
, можно задатьили(например,=H/7) и рассчитать высоту вывода ТФ.

Таблица 2.1 - Исходные данные (варианты).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

расчет конструкции экстрактора периодического действия

теплообменник экстрактор сопряжение

Давление пара в экстракторе P = 8 кгс/м 2

Давление пара в рубашке P 1 = 1 кгс/м 2

Внутренний диаметр экстрактора D в = 650 мм

Внутренний диаметр рубашки D = 750 мм

Длина цилиндрической части корпуса L = 100 мм

Диаметр окружности установки болтов D б = 850 мм

Угол раствора конуса 2б = 120 0

Диаметр верхнего люка d = 40 мм

Диаметр патрубка для входа пара d 1 = 90 мм

Диаметр патрубка для выхода d 2 = 38 мм

Температура экстрагируемого вещества t = 70 0 C

Продукт: экстрагирование сахара из свеклы

Обязательный графический материал:

Эскиз экстрактора

Введение

Процесс извлечения веществ из твердых тел является довольно сложный. В некоторых случаях полезные вещества находятся не в растворенном состоянии, и растворитель проникая в поры твердых тел, растворяет извлекаемые компоненты, переходящие затем в основную массу экстрагирующей жидкости. Независимо от состояния извлекаемых компонентов в ткани растительного сырья процесс экстракции характеризуется, главным образом, молекулярной диффузией внутри твердой частицы и массообменном на ее поверхности, каждую из составляющих необходимо учитывать количественно. На коэффициент массообмена в экстракционных аппаратах большое влияние оказывают конструктивные особенности этих аппаратов при определенных технологических условиях проведения процесса. В пищевой промышленности для экстрагирования полезных компонентов из твердых тел широко применяются экстракторы различных конструкций непрерывного и периодического действия.

В данной работе производится расчет конструкции экстрактора периодического действия, применяющегося в пищевой промышленности. Особое внимание уделяется расчету на прочность.

1. Назначение и область применения проектируемого аппарата

Экстракторы (экстракционные аппараты) применяются для экстрагирования полезных веществ из растительного (или органического) сырья путем воздействия на него экстрагентом-растворителем.

В качестве экстрагента могут быть использованы вода, различные водные растворы или другие жидкости.

Целесообразно использовать под резервные емкости тепловые аппараты - экстракторы (рис. 1). Загрузка аппарата отваром осуществляется через верхнюю крышку, отбор продукта - через нижний штуцер.

В паровую рубашку подают горячую воду, чтобы температуру отвара поддерживать на уровне 90-95° С. Контроль за температурой осуществляется дистанционным термометром, вмонтированным в продуктопровод, подающий отвар на сушку.

Рисунок 1 - Резервные емкости для жидкого отвара.

Техническая характеристика подобного аппарата - экстрактора:

Несмотря на наличие резервной емкости, не рекомендуется накапливать жидкие отвары, особенно овсяный, в больших количествах, так как происходит нарастание кислотности, что приводит к ухудшению продукта. Нарастание кислотности овсяного отвара по стадиям технологического процесса характеризуется следующими показателями (в °Т): после варки - 7,2, при выходе из протирочной машины- 8,1, после гомогенизатора-9,0, при выходе из сборников перед сушкой - 11,7.

Рассмотрим подобные конструкции экстракторов на примере выпускаемых установок на заводе АГРОМАШ.

Экстрактор периодического действия

Емкость-экстрактор (рис. 2) представляет собой герметичный вертикальный цилиндрический аппарат. Исходное растительное (или органическое) сырье помещается в специальных мешках или сетках.

Циркуляция раствора - экстрагента осуществляется с помощью насоса (или гидродинамического генератора). Забор раствора из аппарата осуществляется при помощи специального заборного устройства щелевого типа, а подача с помощью специального распылителя.

Рисунок 2 - Емкость-экстрактор с гидродинамическим перемешиванием

Технические характеристики

Объем общий, л 650

Мощность эл.дв. насоса, кВт 1,1

Экстрактор периодического действия с мешалкой

Емкость-экстрактор (рис. 3) представляет собой сосуд с герметичными люками, подъемной крышкой с механическим подъемником, внутренними решетками. Циркуляция раствора-экстрагента осуществляется с помощью мешалки специальной конструкции. Эффективно используется во всех отраслях промышленности.

Технические характеристики*

Объем общий, л 650*

Мощность электродвигателя привода мешалки, кВт 5

Рисунок 3 - Экстрактор периодического действия с мешалкой

Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Процесс экстрагирования происходит в экстракционной камере (рис. 4) аппарата, куда загружается сырье. Пары экстрагента из испарительной камеры, обогреваемой паровой рубашкой, поступают в ректификационную колонну, откуда летучие фракции поступают в дефлегматор и конденсируются.

Технические характеристики*

Объем общий, л 1700

Рисунок 4 - Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

Для проектирования исходного аппарата и его узлов я выбрал жаропрочную, жаростойкую и коррозионностойкую сталь 12Х18Н10Т, т.к. она наиболее подходящая для данного агрегата. Узлы конструкции из такого материала способны выдержать большие нагрузки, а так же надежное применение в агрессивных химических средах. При цене листа за кг 300 руб.

2. Расчет основных конструктивных элементов теплообменников

2.1 Расчет гладких обечаек нагруженных внутренним избыточным давлением

Расчет цилиндрических обечаек

Расчетные схемы цилиндрических обечаек приведены на рис.5

Рисунок 5 - Гладкие цилиндрические обечайки с выпуклыми или коническими днищами: а - обечайка с отбортованными днищами; б - обечайка с неотбортованными днищами

Расчетная толщина стенки цилиндрических обечаек следует по формуле

где p - расчетное давление, МПа

D - внутренний диаметр, м.

Исполнительная толщина стенки

2.2 Расчет конических обечаек

Расчетную толщину стенки гладкой конической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением определяют по формуле

где - внутренний диаметр при основании конуса, м

- половина угла при вершине конуса (см. рис. 5)

Исполнительная толщина стенки

Условие применимости расчётных формул при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диаметром в пределах

2.3 Расчет выпуклой крышки

Расчетная толщина стенки эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением

Радиус кривизны в вершине крышки

где - для эллиптических крышек с

Исполнительная толщина стенки крышки

Условие применимости расчетных формул при отношении толщины стенки к диаметру

2.4 3асчет обечаек, днищ и крышек, нагруженных наружным давлением

Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением

1) Определяем расчетную длину цилиндрической обечайки с учетом длины примыкающего элемента

При определении расчетной длины обечайки или длину примыкающего элемента следует определять по формуле

мм

- для конических днищ без отбортовки.

2) Определяем вспомогательные коэффициенты

где - запас устойчивости оболочки (при рабочих условиях = 2,4)

3) Определяем приближенно толщину стенки

Коэффициент следует принимать по номограмме, приведенной в приложении А

4) Определяем допускаемое давление из условия прочности

5) Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

где

6) Допускаемое наружное давление

7) Проверяем условие

2.5 Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением

1) Толщину стенки принимаем значение посчитанное в главе 2.1. п.3. . При предварительном определении толщины стенки вместо l и D в качестве расчетных принимаем величины

где D 1 - внутренний диаметр при вершине конуса, мм

2) Определяем допускаемое давление из условия прочности:

3) Определяем допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

Значение коэффициента В 1 определяем по формуле

4) Допускаемое наружное давление определяем по формуле

5) Проверяем условие устойчивости

3 Расчет сопряжений рубашки с корпусом

Рубашечную поверхность теплообмена выполняют в виде U-образной рубашки (см. рис. 7). При этом сопряжение (соединение) рубашки и корпуса осуществляется при помощи кольца.

Расчетное давление для рубашки равно p 2 и расчетное давление для сосуда p 1 , если p 1 > 0.

а) б)

Рисунок 7 - Сосуды с U-образной рубашкой

а) - с сопряжением при помощи конуса; б) - с сопряжением при помощи кольца

3.3 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца

Рисунок 8 - Сопряжение рубашки с корпусом при помощи кольца

Определяем расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда

1) Определяем высоту кольца

где р 2 - давление пара в рубашке, МПа)

[у] 2 - допускаемое напряжение для материала стенки рубашки при расчетной температуре, МПа

2) Определяем размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях

=178 Мпа

3) Определяем расчетные коэффициенты прочности сварного шва

4) Определяем параметры кольца

- относительный размер кольца

- относительное давление

- геометрический параметр кольца

ц P0 - коэффициент прочности сварного радиального шва в кольце сопряжения

b 0 - ширина кольца

5) Определяем относительный момент нагружения

где А - коэффициент осевого усилия по формуле:

где d 1 - диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда (рис.9). Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию

Рисунок 9 - Сопряжение рубашки с днищем

6) Определяем относительный реактивный момент в стенке сосуда

p 2 >p 1 >0, то в формулу подставляем p 1 = 0

7) Определяем относительный реактивный момент в стенке рубашки

, т.к.

8) Определяем относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда

9) Определяем допускаемое избыточное давление в рубашке определяем по формуле

10) Уточняем значение высоты кольца

Нагрузка от собственного веса.

Собственный вес вызывает в кольце осевое усилие

где - собственный вес сосуда и его содержимого, при том, что опоры располагаются на рубашке.

Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в U-образной рубашке следует проводить по формуле:

Расчёт фланцевого соединения

Определение конструктивных параметров соединения

1) Толщина S 0 = 8 мм втулки фланца в зависимости от его конструкции (тип фланца - свободный) принимается таким образом, что удовлетворяет условию S 0 > S. S 0 = 8 мм

Рисунок 10 - Расчётная схема

Высота h в втулки свободного фланца:

Внутренний диаметр свободного кольца D s принимаем

2) Диаметр D б болтовой окружности фланцев:

где u 1 - нормативный зазор между гайкой и обечайкой (u 1 = 8 мм);

d 6 =20 мм - наружный диаметр болта;

D s - внутренний диаметр свободного кольца.

3) Наружный диаметр фланца:

где а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца.

4) Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия

Где D s1 - наружный диаметр бурта ()

5) Средний диаметр прокладки

где b - ширина прокладки

6) Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

где t ш - рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления (при P р = 0,6 -1,0 МПа t ш = (4,0 · 20) d б)

7) Высота (толщина) фланца ориентировочно:

где л ф = 0,48 - коэффициент, принимаемый по рис. 11

S экв - эквивалентная толщина втулки фланца

Рисунок 11 - График для определения коэффициента л ф в плоских (1) и приварных встык (2) фланцах.

где в 1 - коэффициент, определяемый по рис. 12

Рисунок 12 - График для определения коэффициента в 1

Расчёт на герметичность фланцевого соединения:

1) Определяем нагрузки в соединений при монтаже - F б1 и в рабочих условиях - F б2 (см. рис. 8)

Рисунок 8 - Схема действия нагрузок на фланец в рабочих условиях

2) Равнодействующая от сил внутреннего давления

3) Реакция прокладки

где b 0 - эффективная ширина прокладки, м (при b < 15 мм b 0 = b = 15 мм);

k пр - коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки

4) Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций

где б ф, б б, б с - соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов и свободного кольца;

t ф, t б, t с - соответственно температуры фланца, болтов, свободного кольца;

y б, y п, y ф, y с - податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, свободного кольца, определяемые по формулам:

где E б - модуль упругости материала болтов

f б - расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

l б - расчётная длина болта.

где l бо - расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки, определяется по формуле

где h п - высота стандартной прокладки;

d = d б - диаметр отверстия под болт

Податливость прокладки

где к п = 0,09 - коэффициент обжатия прокладки из резины;

Е п - модуль упругости материала прокладки

Податливость фланцев

где Е - модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

v, л ф - безразмерные параметры.

где ш 1 ш 2 - коэффициенты, определяемые по формулам:

Податливость свободного кольца

где Е с - модуль упругости материала фланца, Н/м 2 ;

h с - высота свободного кольца, м (h с = h ф).

5) Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:

6) Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

где: F - внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила (F = 0 - в нашем случае);

М - внешний изгибающийся момент (М = 0);

[у] у20 - допускаемое напряжение для материала болта при 20? С, Н/м 2

Р пр - минимальное давление обжатия прокладки, МПа.

7) Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

8) Приведённый изгибающий момент:

9) Проверяем условия прочности болтов

10) Проверяем условие прочности неметаллических прокладок:

где,

11) Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S 0

где у 1 - максимальное напряжение в сечение фланца, ограниченном размером S х,МПа,

f ф - безразмерный параметр, определяемый по монограмме (Приложение Б) в зависимости от S 1 /S 0

Т ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

12) Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

Меридиональное

13) Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S 0:

где [у] 0 - допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений 2·10 3 .

14) Проверяем условие прочности для свободного кольца:

где - приведённый изгибающийся момент, определяемый из условия:

где и Допускаемое напряжения для материала свободного кольца при 20?С и расчётной температуре соответственно.

15) Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота свободного кольца:

где - допустимый угол поворота кольца

4 Подбор и расчет опор

1) Предварительно выбираем сварные опоры (см. рис. 14) по ГОСТ 26296-84, учитывая вес аппарата. Вес аппарата определятся, суммой веса деталей, сборочных единиц с учетом веса, находящегося в аппарате продукта. Опорная лапа 1-10000 ГОСТ 26296-84

Рисунок 14 - Лапа опорная сварная

2) Определяем плечо нагрузки по следующей формуле (см. рис. 15):

3) Вычисляем нагрузку действующую на одну опору по формуле

4) Определяем соотношение параметров аппарата и опоры:

5) Определяем напряжение от действия внутреннего давления

6) Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяем по формуле

7) Максимальное напряжение при изгибе от реакции опоры определяем по следующей формуле:

Рисунок 15 - Схема для определения плеча нагрузки

8) Проверим условие прочности

Укрепление вырезов отверстий

Отверстие под патрубок верхнего люка

Расчет на прочность укреплений одиночных отверстий выполняют в следующей последовательности:

для эллиптической крышки при Н = 0,25 D

Определяют расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия или кругового отверстия без штуцера определяют по формуле

Отверстие под патрубок дна сосуда

1) Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

где s - толщина стенки укрепляемой оболочки;

s p - расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р - расчетные диаметры укрепляемых элементов:

для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Проверяем по условию

2) Определяем расчетные и исполнительные размеры укрепления

Рисунок 16 - Укрепление отверстий отбортовкой

l 1 > l 1р.

Исполнительная ширина зоны укрепления l должна удовлетворять условию l > l Р.

3) Проверяем условие укрепления одиночных отверстий

Отверстие под входной патрубок рубашки сосуда

1) Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

где s - толщина стенки укрепляемой оболочки;

s p - расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р - расчетные диаметры укрепляемых элементов:

для цилиндрической обечайки

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

2) Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию

Условие не выполняется, проводим укрепление отверстия.

3) Определяем расчетные и исполнительные размеры укрепления

Расчетная длина внешней и внутренней частей круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис.16), определяют по формуле:

Исполнительные длины штуцеров l 1 , l 2 должны удовлетворять условию

l 1 > l 1р.

Ширину зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах определяют по формуле

Расчетную ширину зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища в окрестности штуцера при наличии отбортовки

Исполнительная ширина зоны укрепления l должна удовлетворять условию l > l Р.

Отношения допускаемых напряжений для внешней части штуцера:

Расчетный диаметр определяют по формуле

4) Проверяем условие укрепления одиночных отверстий

Отверстие под выходящий патрубок рубашки сосуда

1) Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

где s - толщина стенки укрепляемой оболочки;

s p - расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки,

D р - расчетные диаметры укрепляемых элементов:

для конического днища

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяют по формуле

2) Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления.

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки

Проверяем по условию если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию, то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

3. Охрана труда, техника безопасности и санитарно-гигиенические требования

В России государственный контроль и надзор за соблюдением требований охраны труда осуществляется федеральной инспекцией труда при Министерстве здравоохранения и социального развития Российской Федерации и федеральными органами исполнительной власти (в пределах своих полномочий).

Федеральная инспекция труда контролирует выполнение законодательства, всех норм и правил по охране труда. Государственный санитарно-эпидемиологический надзор, осуществляемый органами Министерства здравоохранения Российской Федерации, проверяет выполнение предприятиями санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемиологических норм и правил. Государственный энергетический надзор при Министерстве топлива и энергетики Российской Федерации контролирует правильность устройства и эксплуатации электроустановок. Государственный пожарный надзор контролирует выполнение требований пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации зданий и помещений. Лица, виновные в нарушении требований ОТ, невыполнении обязательств по ОТ, предусмотренных коллективными договорами и соглашениями, трудовыми договорами (контрактами), или препятствующие деятельности представителей органов госнадзора и контроля за соблюдением требований ОТ, а также органов общественного контроля, несут дисциплинарную, административную, гражданско-правовую и уголовную ответственность в соответствии с законодательством РФ.

Различают следующие виды дисциплинарных взысканий:

- Замечание;

- Выговор;

- Увольнение по соответствующим основаниям.

К административным взысканиям за нарушение требований ОТ относятся административный штраф и дисквалификация. Уголовная ответственность за нарушение требований охраны труда предусматривает следующие виды наказаний:

- штраф;

- лишение права занимать определённые должности и заниматься определённой деятельностью;

- исправительные работы;

- лишение свободы на определённый срок.

Техника безопасности

1. Производственное оборудование должно обеспечивать безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации, как в случае автономного использования, так и в составе технологических комплексов при соблюдении требований (условий, правил), предусмотренных эксплуатационной документацией.

Примечание. Эксплуатация включает в себя в общем случае использование по назначению, техническое обслуживание и ремонт, транспортирование и хранение.

2. Безопасность конструкции производственного оборудования обеспечивается:

1) выбором принципов действия и конструктивных решений, источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих процессов, системы управления и ее элементов;

2) минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при функционировании оборудования;

3) выбором комплектующих изделий и материалов для изготовления конструкций, а также применяемых при эксплуатации;

4) выбором технологических процессов изготовления;

5) применением встроенных в конструкцию средств защиты работающих, а также средств информации, предупреждающих о возникновении опасных (в том числе пожаровзрывоопасных) ситуаций*;

* Опасная ситуация - ситуация, возникновение которой может вызвать воздействие на работающего (работающих) опасных и вредных производственных факторов.

6) надежностью конструкции и ее элементов (в том числе дублированием отдельных систем управления, средств защиты и информации, отказы которых могут привести к созданию опасных ситуаций);

7) применением средств механизации, автоматизации (в том числе автоматического регулирования параметров рабочих процессов) дистанционного управления и контроля;

8) возможностью использования средств защиты, не входящих в конструкцию;

9) выполнением эргономических требований;

10) ограничением физических и нервнопсихических нагрузок на работающих.

3. Требования безопасности к производственному оборудованию конкретных групп, видов, моделей (марок) устанавливаются на основе требований настоящего стандарта с учетом:

1) особенностей назначения, исполнения и условий эксплуатации;

2) результатов испытаний, а также анализа опасных ситуаций (в том числе пожаровзрывоопасных), имевших место при эксплуатации аналогичного оборудования;

3) требований стандартов, устанавливающих допустимые значения опасных и вредных производственных факторов;

4) научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также анализа средств и методов обеспечения безопасности на лучших мировых аналогах;

5) требований безопасности, установленных международными и региональными стандартами и другими документами к аналогичным группам, видам, моделям (маркам) производственного оборудования;

6) прогноза возможного возникновения опасных ситуаций на вновь создаваемом или модернизируемом оборудовании.

Требования безопасности к технологическому комплексу должны также учитывать возможные опасности, вызванные совместным функционированием единиц производственного оборудования, составляющих комплекс.

4. Каждый технологический комплекс и автономно используемое производственное оборудование должны укомплектовываться эксплуатационной документацией, содержащей требования (правила), предотвращающие возникновение опасных ситуаций при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации. Общие требования к содержанию эксплуатационной документации в части обеспечения безопасности приведены в приложении.

5. Производственное оборудование должно отвечать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации при выполнении потребителем требований, установленных в эксплуатационной документации.

6. Производственное оборудование в процессе эксплуатации не должно загрязнять природную среду выбросами вредных веществ и вредных микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных стандартами и санитарными нормами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-графических работ, по конструированию и выбору экстрактора. Спроектированный теплообменный аппарат позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

Проведя анализ работы экстрактора, я разобрал принципы конструирования узлов агрегата. Выяснил основные моменты, которые мне помогли глубже понять основы конструирования машин и аппаратов пищевого производства. В ходе проведения проектных и расчетных работ (конструктивный расчет, гидравлический расчет, расчет на прочность) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически-обоснованный выбор (материал, длина и т. д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях. Мой проект является основанием закрепления дисциплин, связанных с проектированием, которые я благополучно буду применять на практике, при освоении новых дисциплин, связанных с моей специальность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Машиностроение, 1983. - 447 с.

2. Харламов С.В Практикум по расчету и. конструированию машин иаппаратов пищевых производств: Учебное пособие. - Л.: Агропромиздат, 1991.

3. Кононюк Л.В., Басанько В.А. Справочник конструктора оборудования пищевых производств. -- К.: Техника, 1981.

4. Остриков А.Н., Абрамов О.В, Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Учебник для вузов. -- СПб.: ГИОРД, 2003.

5. Курочкин А.А., Зимняков В.В. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. - М.: Колос, 2006.

6. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

7. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий

8. ГОСТ 25867-83 Сосуды и аппараты. Сосуды с рубашками. Нормы и методы расчета на прочность

9. ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

Приложение А

Номограмма для расчета на устойчивость в пределах упругости цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением

Приложение Б

График для определения коэффициента f

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Центрифуги периодического действия с ручной и гравитационной выгрузкой. Автоматические центрифуги периодического действия с ножевым съемом осадка на ходу. Центрифуги непрерывного действия с инерционной выгрузкой. Изготовление труб радиальным прессованием.

курсовая работа , добавлен 07.12.2014


Расчет средней производительности фильтра периодического действия, средней производительности фильтрующей центрифуги периодического действия. Подбор стандартизированной колонны. Гидравлический расчет колонны с решетчатыми (провальными) тарелками.

контрольная работа , добавлен 29.01.2015


Расчет теплообмена в топливных и электрических печах. Расчет нагрева "тонких" изделий в печах периодического и методологического действия. Сущность и особенности нагрева длинномерных изделий в электрических конвекционных печах периодического действия.

курсовая работа , добавлен 08.06.2010


Автоматизированный контроль обработки железобетонных изделий в камерах периодического действия, описание функциональной смены. Расчет сужающего устройства, измерительной схемы автоматического потенциометра и схемы электронного автоматического моста.

курсовая работа , добавлен 25.10.2009


Классификация центрифуг. Наиболее популярные типы центрифуг периодического действия: маятниковые, подвесные, горизонтальные с ножевой выгрузкой осадка и осадительные со шнековой выгрузкой. Технологический процесс погрузки сахара на вибротранспортер.

реферат , добавлен 03.04.2013


Выбор и расчет влаготеплообработок в сушильной камере. Определение параметров агента сушки на входе в штабель. Расчет расходов тепла на сушку. Подготовка сушильной камеры к работе. Погрузочно-разгрузочные работы. Планировка сушильного цеха, охрана труда.

курсовая работа , добавлен 28.05.2013


Обоснование приборов и устройств автоматического контроля и регулирования экстрактора противоточного типа. Выбор датчика давления в теплообменнике, расходомера, датчика температуры, регуляторов, уровнемера. Спецификация на выбранные средства измерения.

курсовая работа , добавлен 06.03.2011


Технология приготовления маргарина и кулинарных жиров. Расчет цикла работы смесителя периодического действия. Определение массы загружаемого сырья. Расчет расхода воды на нагрев эмульсии. Расчет кинематических элементов для каждой передачи привода.

курсовая работа , добавлен 16.12.2014


Анализ организации аэродинамического расчета камеры в электронных таблицах табличного процессора Excel. Определение потребного напора вентилятора, мощности электродвигателя. Оптимизация процесса сушки пиломатериалов в камере периодического действия.

курсовая работа , добавлен 07.06.2012


Ознакомление с оборудованием для замеса тестовых полуфабрикатов. Подробная разработка принципа работы тестомесильной машины А2-ХТЗ-Б периодического действия с подкатной дежой емкостью 330л. и расчет ее основных характеристик. Создание новых технологий.