Технологический расчёт

 

При технологическом расчёте проводят расчёт производительности для периодически действующих аппаратов.

Производительность (кг/с) автоклава для вытопки свиного жира вычисляется по следующей формуле

, (1)

где G – масса единовременной загрузки, кг;

 – продолжительность цикла обработки, с;

 V – геометрический объём аппарата, мі;

 - плотность продукта, кг/мі.

Согласно техническим характеристикам, приведённым в «Отраслевом каталоге», по источнику /7/, продолжительность процесса вытопки жира составляет 3-5 часов (в одном часу 3600 с), масса единовременной загрузки сырья составляет 500 кг. Подставим данные в формулу 1 и получим следующие результаты

 =  = 0,028 кг/с

Следовательно, производительность составила 0,028 кг/с.

Далее определим расход водяного пара, пошедшего на процесс вытопки жира. Для этого определим общий расход теплоты Q в автоклаве К7-ФА2 по статьям расхода, по следующей формуле:

  , (2)

 где  - расход тепла на подогрев металлических частей автоклав (стенок,

 днища и так далее), кДж;

 - расход тепла на подогрев шквары, жира и на плавление жира, кДж;

 – расход тепла на потери в окружающую среду, кДж.

Данные параметры определяются по следующим образом:

, (3)

где  – теплоёмкость металлических частей котла (по источнику /4/, стр. 262

 принимается равной 0,48  кДж/(кг•град);

 - масса металлических частей автоклава (по паспорту принимается

 равной 785 кг);

 - конечная температура стенок автоклава (согласно источнику /3/, стр.

 322 составляет 90 °С);

 -начальная температура стенок автоклава (по источнику /3/, стр. 322

 составляет 20°С).

Подставив числовые значения в формулу 3, получаем следующие результаты:

25,47  кДж

  , (4)

где  - теплоёмкость шквары (которую принимают равной 12

 кДж/(кг град) по источнику /4/);

 – масса шквары после окончания процесс вытопки по

 источнику /3/ принимается равным 20% от общей массы

 загружаемого сырья, то есть 500/100*20=100 кг);

 – конечная температура шквары и жира (согласно источнику /3/, стр.

 322 составляет 85 °С);

 – начальная температура шквары и жира автоклава (по источнику /3/,

 стр. 322 составляет 20°С)

 – масса жира после вытопки (по источнику /3/ принимается равным

 75% от общей массы загружаемого сырья, то есть 500/100*75=375

 кг);

 – теплоёмкость жира до плавления (согласно источнику /4/,

 составляет 1,7 кДж/кг);

   – скрытая теплота плавления жира (согласно источнику /4/,

 составляет 165 кДж/кг);

 - теплоёмкость жира после плавления (согласно источнику /4/,

 составляет 2,2 кДж/(кг*град));

   – температура плавления жира (согласно источнику /4/, составляет 70 °С);

Подставив числовые значения в формулу 4, получаем следующие результаты:

кДж

), (5)

где  - общий коэффициент теплопередачи, Вт/(мІ•К);

 - поверхность теплопередачи, мІ;

 –продолжительность теплопередачи (по источнику /7/, составляет 3-5 часов);

 - температура пара в рубашке котла (согласно источнику /4/,  составляет 80 °С);

 - температура окружающего воздуха (по источнику /3/, стр. 322 составляет 20°С)

Для нахождения значения  необходимо определить коэффициент теплопередачи по следующей формуле:

где - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке автоклава (согласно источнику /3/, стр. 350, составляет 4400 [Вт/(мІ•К)];

 - коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху (согласно источнику

 /3/, стр. 350, составляет 700 [Вт/(мІ•К)];

 - коэффициент теплопроводности материала стенки (по источнику /3/,

 стр. 350, составляет 0,8 [Вт/(м•К)];

 - толщина стенки (согласно пункту 4.2 принимается равной 0,02 м).

Подставив числовые значения в формулу 6, получаем следующие результаты:

Так же необходимо определить поверхность теплопередачи F, мІ:

, (7)

где d – диаметр автоклава (по источнику /7/, составляет 1000 мм или 1 м);

h – высота автоклава (по источнику /7/, составляет 1030 мм или 1,03 м);

 - стандартное значение (3,14)

Подставив числовые значения в формулу 7, получаем следующие результаты:

Далее подставим найденные значения в формулу 5 и получим следующие результаты:

) = 32,4 кДж

Определим общий расход теплоты Q в автоклаве К7-ФА2 по формуле 2:

Расход водяного пара D, кг, пошедшего на процесс вытопки жира определим с использованием найденных значений по следующей формуле:

где  - общий расход теплоты (241,87  кДж);

 - разность удельной энтальпии пара и конденсата (источник /4/, стр.587, рис.15-1).

Следовательно подставив значения в формулу 8 получим следующий результат:

Расход водяного пара, пошедшего на процесс вытопки жира, составил 90 кг.

 

Прочностной расчёт

Толщины стенок варочного сосуда и рубашки определяется условиями обеспечения их надёжной эксплуатации, что в свою очередь, связано с прочностью конструкции и устойчивостью к линейным деформациям. Узел варочный сосуд-рубашка воспринимает нагрузку, представляющую воздействие наружного и внутреннего давления.

За счёт перепада давлений стенки цилиндрической части сосуда и рубашки, а также днища различной формы испытывают напряжение.

Выбор толщины стенок (δ, мм) производится не только из условий прочности, но и с учётом коррозии металлических стенок при длительной эксплуатации, а также учитывается возможность вероятностного утоньшения стенок в результате изготовления элементов конструкции и вычисляется по следующей формуле

δ = δр + с1 + с2 + а, (2)

где δр - расчётная толщина стенки, обеспечивающая надёжную работу конструкции под нагрузкой без разрушения, мм;

 с1 – прибавка к расчётной толщине, учитывающая процессы коррозии при работе конструкции, мм;

 с2 – прибавка к расчётной толщине, компенсирующая возможное локальное уменьшение толщины стенок при изготовлении аппарата, мм;

а – изменение толщины стенки, связанное с округлением результата вычислений суммы (δр + с1 + с2) до ближайшего стандартного значения толщины листа, из которого изготавливается конструкция.

Прибавка к расчётной толщине, учитывающая процессы коррозии при работе конструкции рассчитывается по следующей формуле

с1 = Аτ, (3)

где А – скорость коррозии металла, мм/год (таблица 12, по источнику /6/.);

τ – срок службы аппарата, лет (принимается 10 лет).

Прибавка к расчётной толщине (с2), компенсирующая возможное локальное уменьшение толщины стенок при изготовлении аппарата принимается равной (5...15) , мм.

Расчётная толщина стенок (δр, мм) цилиндрических устройств из условий прочности определяется исходя из следующего

δр = ∆Р max D / 2[σ] φ - ∆Р max , (4)  

где ∆Рmax – максимальный перепад давлений, который может испытывать

 цилиндрическая стенка варочного сосуда (или рубашка), мПа

 (для автоклава 0,2...0,25 мПа; для стенки рубашки принимается

 на 0,05 мПа больше);

 D – внутренний диаметр цилиндра (для варочного сосуда D=D1, а для рубашки D=D2) мм;

 [σ] – допускаемое напряжение материала стенки мПа (таблица 13,  по источнику /6/.)

 φ – коэффициент прочности сварных швов (таблица 14, по источнику /6/.)

Проведём расчёт толщины стенок варочного сосуда

δр = 0,25∙1000 / 2[135] 1,0 – 0,25=0,9268 мм;

с1 = 0,08∙10= 0,8 мм;

δ = 0,9268 + 0,8 + 0,15 + 0,1232=2 мм.

Следовательно, толщина стенок варочного сосуда составила 2 мм.

Проведём расчёт стенок рубашки

δр = 0,3∙1100 / 2[135] 1,0 – 0,3=1,2236 мм;

с1 = 0,08∙10= 0,8 мм;

δ = 1,2236 + 0,8 + 0,15 =2, 1736 мм.

Как видно из расчётов толщина стенок рубашки так же составит 2 мм

 

Спецификация:

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Прим.

Покупные изделия

1

К7- ФА2.00.006

Конденсатор

1

2

К7 -ФА2.00.007

Манометр

1

3

К7- ФА2.00.009

Труба для спуска жира

1

4

К7 -ФА2.00.010

Труба для спуска шквары

1

5

К7- ФА2.00.011

Труба для отвода

конденсата

1

6

К7- ФА2.00.015

Вентиль паропровода

1

7

К7- ФА2.00.016

Предохранительный

клапан

2

8

К7 -ФА2.00.017

Груз противовеса

1

9

К7 -ФА2.00.018

Вентиль

1

10

К7 -ФА2.00.019

Откидные болты

1

Вновь разрабатываемые

изделия

11

К7- ФА2.00.001

Авоклав

1

12

К7 -ФА2.00.002

Крышка автоклава

1

13

К7 -ФА2.00.003

Выемная корзина

1

14

К7 -ФА2.00.004

Паровая рубашка

1

15

К7 -ФА2.00.005

Трубопровод

1

16

К7 -ФА2.00.008

Корпус котла

1

17

К7 -ФА2.00.012

Днище корпуса котла

1

18

К7 -ФА2.00.013

Днище паровой рубашки

1

19

К7 -ФА2.00.014

Опорные лапы

4

К7-ФА2.00.000

Изм

Лист

N докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Редькова

Автоклав Чертеж общего вида

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Кирик

1

1

МГУП ТЖМПЗ-072П

Н. Контр.

Утве..