Основи раціональної побудови апаратів

Тема: «Основи раціональної побудови апаратів»

Мета: ознайомити студентів з методами досліджень і розрахунків процесів та апаратів.

Вид заняття: лекція з елементами бесіди.

План

1. Основні вимоги до апаратів.

2. Основні конструкційні матеріали для виготовлення апаратів.

Основні вимоги до апаратів

До апаратів, що розробляються і використовуються в харчо­вій промисловості та ресторанному господарстві, висувають такі зага­льні вимоги: технологічні, експлуатаційні, конструктивні, енергетич­ні, економічні, охорони праці та техніки безпеки, санітарно-гігієнічні, технічної естетики та захисту навколишнього середовища. Усі пі вимоги між собою пов'язані та взаємозумовлені: одна група вимог визначається іншою.

Під технологічними вимогами розуміють насамперед те, що конс­трукція апарата повинна забезпечити оптимальні умови проведення технологічного процесу та одержання продукту високої якості. Під технологічними умовами розуміють температуру й тиск в апараті, швидкість руху продукту через апарат, а також нагрівання, охоло­дження, подрібнювання і перемішування продуктів, які обробляються в апараті, та ін. Апарат не повинен мати застійних зон, у яких міг би накопичуватися продукт.

Експлуатаційні вимоги до апарата визначаються зручністю й про­стотою складання, розбирання, ремонту та обслуговування, надійніс­тю в роботі, а також невеликим штатом обслуговуючого персоналу. До експлуатаційних вимог відносять також стійкість матеріалів, з яких побудований апарат, до корозії, яка може виникнути під дією мийних засобів, навколишнього середовища й продукту, що перероб­ляється. Апаратура повинна забезпечувати задану продуктивність, за­дані витратні коефіцієнти по сировині, мінімальні експлуатаційні ви­трати, безпеку в роботі. До експлуатаційних показників апарата від­носиться і енергоємність - витрата енергії на одиницю сировини, що переробляється, або готової продукції. Зрозуміло, що чим ця величина менша, тим апарат вважається досконалішим.

Конструктивні вимоги до апаратів пов'язані з їх проектуван­ням, виготовленням, транспортуванням і монтажем. Основні з них: стандартність і замінність деталей апарата; найменша трудоємкість під час складання; зручність транспортування, розбирання і ремонту; мінімальна маса апарата та його окремих частин. Конструктивна до­сконалість характеризується простотою будови, малою масою та габа­ритами, невеликими затратами дорогих і дефіцитних матеріалів, тех­нологічністю виготовлення.

Вимоги техніки безпеки й промсанітарії. Безпека роботи апаратів і зручність їх експлуатації є важливими вимогами, які висуваються до апаратів. Тому апарати розраховують і виготовляють з необхідним запа­сом міцності, обладнують тепловою ізоляцією, захисними та запобіж­ними пристроями. У цьому відношенні найбільш безпечні герметичне закриті апарати безперервної дії, в яких контроль і керування процесом автоматизовані. Автоматизація забезпечує сталість заданого технологіч­ного режиму в апараті, спрощує його обслуговування і веде до змен­шення чисельності обслуговуючого персоналу. Апарати харчових виро­бництв повинні відповідати Й санітарно-гігієнічним вимогам, невико­нання яких зумовлює бактеріальне, механічне або хімічне забруднення продуктів харчування. При цьому апарати повинні бути герметичні, лег­кодоступні для миття та стерилізації.

Економічні вимоги зводяться до того, що вартість проектування, виготовлення, монтажу та експлуатації апарата повинна бути, за мо­жливістю, мінімальною. Апарат повинен мати високі техніко-економічні показники, його перевагою є й невисока вартість.

Вимоги, що пов'язані із захистом навколишнього середовища, можна коротко сформулювати так: відходи (рідинні, газоподібні, тверді), які одержують під час проведення процесів і викидають у на­вколишнє середовище, не повинні його забруднювати. При розробці нових, досконалих апаратів усі названі вимоги необхідно розглядати в єдиному комплексі.

Основні конструкційні матеріали для виготовлення апаратів

Під час вибору матеріалів для виготовлення апаратів ураховують­ся такі характеристики, як міцність, теплофізичні властивості, вар­тість, корозійна стійкість, легкість оброблення. До характеристик міцності входять допустимі напруження на стискання і розтягання,ударна в'язкість, жаростійкість. Важливою характеристикою матеріа­лів, котрі використовуються для виготовлення теплообмінної апара­тури, є теплопровідність; у деяких випадках вона є вирішальним показником під час вибору матеріалу. Вибір того чи іншого матері­алу залежить також від його вартості й доступності. Однією з основ­них вимог, що висуваються до матеріалів апаратів харчових вироб­ництв, є хімічна (корозійна) стійкість, тому що від неї залежить якість харчового продукту. Основні матеріали, що використовуються для виготовлення харчової апаратури, - різноманітні метали і сплави (ву­глецеві та нержавіючі сталі, титан, чавун, мідь та її сплави, алюміній і його сплави та ін.), неметалеві матеріали (пластмаси, скло, дерево та ін.) та захисні покриття.

Сталь - сплав заліза з вуглецем ( вміст вуглецю 0,2-1,5%), осно­вна й найважливіша група конструкційних матеріалів на основі залі­за. Таке виняткове значення сталі здобули завдяки міцності, в'язкості, здатності витримувати динамічні навантаження, зварюва­тися, добре оброблятися різанням і прокатуванням. Вони також де­шеві й доступні. Найширше застосування для виготовлення апаратів і машин знайшли вуглецеві сталі марок Ст.О (для відкритих апаратів), Ст.2 (для теплообмінних апаратів), Ст.З (для апаратів з підвищеним тиском), Ст.4 (вали мішалок, барабанів центрифуг). З точки зору ко­розійної стійкості особливе значення в харчовому машино будуванні мають нержавіючі високолеговані хромонікелеві сталі. Вони немагні­тні, добре штампуються, зварюються, мають високу корозійну стій­кість до агресивних середовищ, жаротривкість та високу міцність.

Чавун ~ широко використовується в харчовому апаратобудуванні для відливання фільтропресових рам, деталей насосів, компресорів, по­ршневих кілець, труб, зубчастих коліс. Чавун добре витримує наванта­ження, стиск, погано-згинання і розривання, а також розколювання. Ви­бираючи чавун, необхідно знати, що сірка, котра є в його складі,, може переходити в продукт і надавати йому неприємного запаху.

Кольорові метали: алюміній, мідь, нікель, титан, свинець, а та­кож сплави на їх основі широко використовуються в харчовому ма­шинобудуванні.

Алюміній - досить міцний, має низьку густину, високу теплопровід­ність (у 4,5 разу більшу ніж сталь), легко штампується і прокатується. Однак погана зварюваність і погані ливарні властивості обмежують його застосування. Чистий алюміній має високу електрохімічну активність, але в умовах роботи апаратів поверхня Його швидко покривається окис-пою захисною плівкою, котра запобігає його руйнуванню. Алюміній широко використовується для виготовлення апаратів харчових вироб­ництв, особливо пивоварного і молочного. Крім алюмінію, використову­ється також його сплав з міддю - дюралюміній. Антикорозійні власти­вості цього сплаву нижчі, ніж чистого алюмінію.

Мідь та її сплави (бронза і латунь) мають високу корозійну стій­кість, теплопровідність, добре прокатуються, тягнуться, штампують­ся, але мають невисокі механічні властивості та погано обробляються різанням через велику в'язкість. Мідь широко використовується для виготовлення ректифікаційних апаратів для спиртового виробництва, випарних апаратів для кондитерського і рафінадного виробництв, ви­парних і перегонник апаратів для лікеро-горілчаного виробництва.

З неметалевих матеріалів для виготовлення апаратів харчових виробництв та їх вузлів використовують залізобетон, скло та різно­манітні пластмаси (вініпласт, поліетилен, фторопласти, текстоліт то­що). Зупинимось на використанні фторопластів, які стійкі до агреси­вних середовищ і в цьому відношенні переважають благородні мета­ли та їхні сплави. Особливо широко використовується фторопласт-4, який стійкий до жирів, олій, вологи, кислот; не має запаху, не має адгезійних властивостей. Його використовують для покриття розкату-вальних і формуючих пристроїв у хлібопекарному, макаронному та кондитерському виробництвах. З нього роблять мембрани, сільфони, тонкостінні втулки, різноманітні прокладки та гранули, що викорис­товуються як інертний матеріал розпилювальних сушарок.

Як захисне покриття від корозії найчастіше застосовують емалі (емалювання) та олово (лудження). Так, луджена листова сталь вико­ристовується для виготовлення тари в консервному, молочному і ри­бному виробництвах. Як покриття використовують також пластмаси, лаки та смоли.

Контрольні питання:

1. Сформулюйте вимоги до апаратів.

2. У чому полягають конструктивні вимоги до апаратів?

3. Які показники апаратів відносять до експлуатаційних?

4. Вимоги техніки безпеки та промсанітарії.

Законспектувати лекцію та прикріпити файл

Домашне завдання:

1. Класифікація способів подрібнювання за класами

2. Класифікація подрібнювання за способами