Технологическое оборудование молочной отрасли Практикум для студентов направления подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование
.pdfМинистерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина»
Технологический факультет
Кафедра технологического оборудования
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Типовое технологическое оборудование для транспортировки, тепловой и механической обработки пищевого сырья
Практикум для студентов направления подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование
Вологда-Молочное
2018
1
УДК 621.565.9 ББК 31.392
Х732
Авторы:
канд. техн. наук, доцент А.А.Кузин; канд. техн. наук, профессор В.А. Шохалов;
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор А.И. Гнездилова; канд. техн. наук, доцент Г.Н.Забегалова
Х732 Технологическое оборудование молочной отрасли: Практикум
/Сост. А.А. Кузин, В.А. Шохалов, – Вологда-Молочное: ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА, 2018. – 22 с.
Учебное издание соответствуют образовательной программе высшего образования по направлению подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование.
Практикум предназначен для лабораторных занятий и самостоятельной работы студентов очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование для профиля «Машины и аппараты пищевых производств»
Учебное издание соответствует образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудование для профиля «Машины и аппараты пищевых производств»
Практикум предназначен для освоения дисциплины «Технологическое оборудование молочной отрасли» в разделе «Общетехнологическое оборудование».
УДК 621.565.9 ББК 31.392
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Лабораторная работа №1. |
|
Насосы |
4 |
Лабораторная работа №2. |
|
Пластинчатые теплообменные установки |
6 |
Лабораторная работа №3. |
|
Трубчатые теплообменные установки |
10 |
Лабораторная работа №4. |
|
Сепараторы с ручной выгрузкой осадка |
13 |
Лабораторная работа №5. |
|
Саморазгружающиеся сепараторы |
15 |
Лабораторная работа №6. |
|
Гомогенизаторы |
16 |
Лабораторная работа №7. |
|
Сравнительный анализ работы типового |
|
общетехнологического оборудования |
17 |
Приложение |
20 |
3
Лабораторно-практические занятия по дисциплинам «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности» и «Технологическое оборудование предприятий пищевых производств» осуществляются для студентов специальностей «Технология молока и молочных продуктов» и «Машины и аппараты пищевых производств». В процессе работы учащиеся знакомятся с конструкцией, принципом действия машин и аппаратов пищевых отраслей. Все работы подразделяются на два цикла. Первый цикл включает изучение общетехнологического оборудования, то есть задействованного на перерабатывающих предприятиях большинства пищевых отраслей. Второй цикл посвящен изучению специализированного оборудования, используемого в молочной промышленности.
Контроль знаний студентов по лабораторным работам проводится в устной форме по письменному отчету, в котором необходимо отразить основные конструкционные элементы изучаемого оборудования, принцип его действия, привести необходимые схемы и рисунки, а также представить требуемые в задании расчеты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «НАСОСЫ»
Цель работы: изучение конструкции и принципа действия насосов.
Используемое оборудование: центробежные (Г2-ОПА, Г2-ОПД),
жидкостнокольцевой, струйный, шестеренный с внутренним (НРМ-2) и внешним зацеплением (НШМ-10), коловратный (НРМ-5), винтовой (П8ОНБ), пластинчатый насосы, приспособления для сборки и разборки, измерительный инструмент.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Привести схему классификации насосов.
2.Разобрать насосы, изучить их устройство и понять принцип действия. Выполнить эскизы. По маркировке определить основные параметры.
3.Рассчитать размер мягкого сальникового уплотнения для заданного насоса и определить силу (Fп) прижатия набивки, используя следующие формулы:
Sс = 1,2· √ Dс , мм |
(1.1) |
Lс= 3 · Sс при давлении жидкости в насосе 0,6 МПа , мм Lс= 4 · Sс при давлении жидкости в насосе 0,6-1,6 МПа, мм Lс= 5 · Sс при давлении жидкости в насосе 1,6-2,5 МПа, мм
Lс= 6 · Sс при давлении жидкости в насосе свыше 2,5 МПа, мм
Fп =π · (Dс+ Sс) · Sс · q , мм (1.2)
где Sс – толщина мягкой набивки, мм; Dс - диаметр вала, мм;
Lс– длина мягкой набивки, мм;
4
q– удельная нагрузка нажимной втулки на набивку, кг/см2. Подбирается в зависимости от давления жидкости (см. приложение 1).
4. Сделать соответствующие замеры и определить производительность шиберного (пластинчатого) насоса по следующей формуле:
М = 60 · n · (π· (D+d) · l · р – 2 · l · с · z) η0 · φ0 , м3/ч (1.3)
где: D – внутренний диаметр корпуса, м; d – диаметр ротора, м;
р – эксцентриситет ротора, м; l – длина пластины, м;
c – толщина пластины, м; z – число пластин;
n – число оборотов в минуту;
φ0 – коэффициент, учитывающий потери объема межлопастного пространства в результате смещения зоны всасывания от максимальной щели всасывания (принять 0,95); η0 – объемный к.п.д. (принять 0,8-0,95).
5. По приведенным ниже данным (табл.1) вычертить возможную схему напорной линии центробежного насоса и определить потери напора на перекачивание жидкости по трубопроводу через пастеризационную установку до емкостного аппарата если известны: объем перекачиваемого сырья (М), длина (L) и диаметр трубопровода (D), высота подъема жидкости (H), напор, потребный для перемещения жидкости через теплообменный аппарат (Hа), коэффициент сопротивления одного отвода (ζ), количество отводов (n). Кинематическую вязкость( ) в расчетах принять равной
0,0239.10-4 м2/с.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
Данные для гидравлического расчета |
|
|
|
|||
№ |
М, |
L, |
D, |
H, |
Hа, |
ζ |
|
n |
вари- |
м3/ч |
м |
м |
М |
м |
|
|
|
анта |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2,5 |
100 |
0,025 |
1 |
13 |
0,15 |
|
5 |
2 |
3 |
95 |
0,025 |
1,5 |
14 |
0,2 |
|
6 |
3 |
3,5 |
90 |
0,025 |
2 |
15 |
0,25 |
|
7 |
4 |
4 |
85 |
0,025 |
2,5 |
16 |
0,15 |
|
8 |
5 |
4,5 |
80 |
0,025 |
3 |
17 |
0,2 |
|
9 |
6 |
5 |
75 |
0,036 |
3,5 |
18 |
0,25 |
|
10 |
7 |
5,5 |
70 |
0,036 |
4 |
9 |
0,15 |
|
11 |
8 |
6 |
65 |
0,036 |
4,5 |
10 |
0,2 |
|
12 |
9 |
6,5 |
60 |
0,036 |
5 |
11 |
0,25 |
|
13 |
10 |
7 |
55 |
0,036 |
5,5 |
12 |
0,15 |
|
14 |
11 |
7,5 |
50 |
0,036 |
6 |
13 |
0,2 |
|
15 |
12 |
8 |
45 |
0,050 |
6,5 |
14 |
0,25 |
|
14 |
5
13 |
8,5 |
40 |
0,050 |
7 |
15 |
0,15 |
13 |
14 |
9 |
35 |
0,050 |
6,5 |
10 |
0,2 |
12 |
15 |
9,5 |
30 |
0,050 |
6 |
19 |
0,25 |
11 |
16 |
10 |
25 |
0,050 |
5,5 |
18 |
0,15 |
10 |
17 |
15 |
20 |
0,075 |
5 |
17 |
0,2 |
9 |
18 |
20 |
50 |
0,075 |
4,5 |
16 |
0,25 |
8 |
19 |
25 |
60 |
0,075 |
4 |
15 |
0,2 |
7 |
20 |
30 |
70 |
0,075 |
3,5 |
14 |
0,2 |
6 |
Вычисления производить по следующей формуле: |
|
|
H = Нтр + На + Н , м |
(1.4) |
|
где: Hтр – потери напора при перекачивании по трубопроводу, м. |
||
Определяется по следующему уравнению: |
|
|
2 |
L |
|
Hтр = ----- ( тр · --- + ζ + 1) |
(1.5) |
|
2·g |
D |
|
где: - скорость движения жидкости по трубопроводу, м/с. |
||
= М/f |
|
(1.6) |
тр - коэффициент трения, зависящий от вида движения жидкости:
тр = 0,3164/ Re0,25 – для ламинарного режима движения;
тр = 64/Re - для турбулентного режима движения.
Re – критерий Рейнольдса.
|
· d |
Re = |
--------- (1.7) |
|
|
6. По производительности и напору, определяемому потерей напора, с учетом рабочих характеристик подобрать центробежный(е) насос(ы).
Контрольные вопросы
1.По каким признакам можно провести градацию насосов?
2.Почему запорный кран для регулирования подачи центробежного насоса устанавливают на нагнетательном трубопроводе?
3.Чем отличается регулировка подачи в шестеренных насосах с внутренним и внешним зацеплением?
4.Какие насосы могут использоваться для дозирования?
5.Какие факторы влияют на подачу и напор центробежных насосов?
6.Какие типы уплотнений используются?
7.По каким основным параметрам подбираются насосы?
8.Какие насосы могут забирать жидкость из глубины?
6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ УСТАНОВКИ »
Цель работы: изучение устройства и принципа действия пластинчатых теплообменных установок Используемое оборудование: теплообменные установки ОП1-У1, ОП2-У5,
пластинчатый охладитель ООТ-М (ООУ – М), измерительный инструмент.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить устройство и принцип действия составных частей пластинчатых пастеризационно-охладительных установок (ППОУ) ОП1-У1, ОП2-У5 и охладителя ООТ-М(ООУ – М):
пластинчатого теплообменника;
элементов подготовки и подачи горячей воды (для ППОУ): бойлера, инжектора, насоса, регулирующего клапана;
«продуктовых элементов»: уравнительного бачка, насоса, перепускного клапана; Определить назначение приборов по месту и на щите управления.
2.Составить технологическую схему (включая систему водоподготовки) заданной установки с указанием направления движения жидкостей.
3.Используя уравнения теплового баланса определить недостающие температуры и построить температурный график теплообменного аппарата при следующих исходных данных:
ε – коэффициент рекуперации тепла, ε = (0,7- 0,8);
nг - кратность подачи горячей воды, nг = (3-5); nв - кратность подачи холодной воды, nв = (2-4);
nл = (1,5-3) - кратность подачи ледяной воды, nл = (1,5-3).
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
Температурные режимы работы установки |
|
||||
№ |
|
|
|
Температура, 0С |
|
|
|
вари |
|
|
|
|
|
|
|
анта |
t1 |
|
t3 |
tн.г.в. |
tн.в.х. |
tн.л.в. |
t6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
6 |
|
72 |
77 |
10 |
0,5 |
4 |
2 |
7 |
|
73 |
76 |
8 |
0,5 |
5 |
3 |
8 |
|
74 |
78 |
7 |
1,5 |
4 |
4 |
9 |
|
75 |
79 |
6 |
2 |
6 |
5 |
10 |
|
76 |
80 |
8 |
1 |
7 |
6 |
11 |
|
77 |
82 |
11 |
0,5 |
8 |
7 |
12 |
|
78 |
81 |
12 |
1 |
4 |
8 |
10 |
|
79 |
85 |
10 |
2 |
7 |
7
9 |
14 |
80 |
84 |
15 |
3 |
8 |
10 |
15 |
78 |
83 |
14 |
2 |
6 |
11 |
14 |
76 |
81 |
13 |
1 |
5 |
12 |
13 |
74 |
79 |
12 |
2,5 |
6 |
13 |
12 |
72 |
75 |
11 |
0,5 |
5 |
14 |
10 |
73 |
78 |
10 |
1 |
5 |
15 |
11 |
75 |
80 |
9 |
2 |
7 |
температуры: начальная молока (t1), пастеризации (t3),
молока на выходе из аппарата (t6), начальная горячей воды (tн.г.в.), начальная холодной воды (t начальная ледяной воды (tн.л.в.).
См, Сг.в., Сх.в., Сл.в.. - удельные теплоемкости молока, горячей, холодной и ледяной воды, Дж/(кг · К) (см. приложения 2,3).
Определить большую ( б) и меньшую разности ( м) температур и рассчитать среднетемпературный напор ( tср) для одной из секций.
4. Разобрать пластинчатый теплообменник и составить схему компоновки пластин по секциям (по заданию преподавателя), написать формулы компоновки.
Определить скорости движения продукта( пр ) и тепло-(хладо-) носителя ( н) в каналах между пластинами:
М |
|
пр = ---------------- , м/с, |
(2.1) |
3600 ·b·h·m |
|
где m - число каналов в пакете (определяется из компоновки).
М- n |
|
н = --------------- , м/с |
(2.2) |
3600 ·b·h·m |
|
где М - производительность установки (по паспортным данным), м3 /ч; h - зазор между пластинами, м;
b - ширина рабочей части пластины, м.
5. Выполнить один из двух возможных расчетов:
А. Определить фактическую производительность заданной секции:
|
3600 · K · F · tср |
|
М= -------------------- , м3/ч |
(2.3) |
|
|
· См· (tк-tн) |
|
где F - поверхность теплопередачи, м2: |
|
|
F=f· k, |
м2 |
(2.4) |
8
где k - число пластин (крайние пластины, примыкающие к плитам не учитываются).
f - площадь теплообменной пластины, f = 0,2 (м3, для ОП1-У1, ОП2-У5), f = 0,15 (м3, для ООТ-М);
tк,tн - начальная и конечная температуры молока в секции, 0С;- плотность жидкости, кг/м3; К - коэффициент теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи определяют по следующей формуле:
1 |
|
К =------------------------- , Вт/(м2- К) |
(2.5) |
1/ 1 + δ/ ст + 1/ 2
где 1, 2 – коэффициенты теплоотдачи продукта и тепло-(хладо) носителя, Вт/(м2- К) ;
δ – толщина листа пластины, м;ст - коэффициент теплопроводности материала пластины (нержавеющая сталь, см. приложение 4), Вт/(м-К).
Коэффициенты теплоотдачи находятся по формуле: |
|
Nu · |
|
= ----------- Вт/(м2- К) |
(2.6) |
2 · h |
|
где - коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м-К) (см. приложения 2,3); Nu – критерий Нуссельта, определяется по формуле:
Nu=0,1· Re 0,7·Pr · (Pr/Prст)0,25 |
(2.7) |
где Rекритерий Рейнольдса; |
|
Рг - критерий Прандтля (см. приложения 2,3). |
|
Отношение (Pr/Prст)0,25 для стороны нагревания можно принять 1,05, а для
стороны охлаждения продукта - |
0,95. |
· 2h |
|
Re=------------- |
(2.8) |
где - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.
Б. По уравнению 2.3 определить коэффициенты теплопередачи для каждой секции при паспортной производительности установки.
Контрольные вопросы
1.По каким признакам можно провести классификацию пластинчатых теплообменных аппаратов?
2.В чем заключается преимущество пластинчатых теплообменных аппаратов перед другими аппаратами?
3.Какие тепло (хладо)носители используются в теплообменниках?
4.Какие элементы пластинчатой пастеризационно-охладительной установки, предназначены для подготовки горячей воды? В какой последовательности они могут располагаться?
9
5.Какими средствами автоматизации снабжена установка?
6.Как составляется компоновка секций?
7.Какие типы пластин существуют?
8.По каким характеристикам подбирается пластинчатая теплообменная установка?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «ТРУБЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ УСТАНОВКИ»
Цель работы: изучение устройства и принципа действия трубчатых теплообменников для молока и молочных продуктов Используемое оборудование: трубчатые пастеризаторы ПТ-2 и Т1-ОУН, измерительный инструмент.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Привести схему классификации трубчатых теплообменников.
2.Изучить устройство и принцип действия заданного теплообменного аппарата:
-цилиндра;
элементов подачи пара и отвода конденсата: регулятора давления, предохранительного клапана, конденсатоотводчика;
«продуктовых элементов»: уравнительного бачка, насоса, перепускного клапана; Определить назначение приборов по месту и на пульте управления.
3.Составить технологическую схему (включая паровую систему) заданной установки с указанием направления движения жидкостей и описать ее.
4.По приведенным ниже данным (табл.3) построить температурный график установки, определить большую ( б) и меньшую разности ( м) температур и рассчитать среднетемпературный напор ( tср) для цилиндра.
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Температурные режимы работы трубчатой установки |
|
|||
№ |
|
Температура, 0С |
|
||
вари |
|
|
|
|
|
анта |
tн |
tк |
tп |
|
tкон. |
|
|
|
|
|
|
1 |
6 |
87 |
105 |
|
102 |
2 |
7 |
95 |
110 |
|
105 |
3 |
8 |
98 |
107 |
|
104 |
4 |
9 |
90 |
101 |
|
98 |
10