3. Расчёт объёма и размеров ёмкостей
Ёмкости для хранения и выдачи жидкостей представляют собой вертикальные или горизонтальные цилиндрические аппараты. При проектированиии емкостей основными руководящими документами являются нормали и Государственные стандарты, предусматривающие нормальный ряд цилиндрических аппаратов и сосудов до 200 м3 (прил Б, табл. Б. 2) [4].
По номинальному объёму аппарата выбирают его основный конструктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9941-72, ГОСТ 9671-72.
Для изготовления сосудов малого размера допускается применение стальных труб с наружным диаметром в мм: 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 630, 720, 820, 920, 1120, 1220, 1420.
Высота ёмкостей принимается равной (1÷1,5) D.
Расчет ёмкостей для хранения и выдачи жидкости ведем из условий шестичасовой (сменной) работы ёмкостного реактора. Ёмкость сборников рассчитывается на двухсуточную потребность завода в сиропе. Для периодического процесс надо знать время цикла цикл, мин.
цикл = загр + нагр + вып + насос + фильтр + охл , (3.1)
где загр – время загрузки, принимаем загр = 10 мин; нагр – время нагревания сахарного сиропа; вып – время выпаривания сиропа; насос – время перекачивания сиропа насосом, насос = 10 мин; фильтр – время фильтрования, фильтр = 20 мин; охл – время охлаждения сахарного сиропа.
цикл = 10 + 26,7 + 42,3 + 10 + 20 + 20 = 129 мин.
За смену, при шестичасовой сменной работе реактора, можно сделать количество загрузок реактора n:
Следовательно, объём ёмкости для полученного сахарного сиропа за двое суток:
, (3.2)
где
– масса,
кг;
– плотность,
кг/м3
при 40 °С сахарного сиропа;
– коэффициент
заполнения ёмкости, = 0,85÷0,95:
n – количество
загрузок за смену;
m – количество
суток.
м3.
Для удобства работы устанавливаем две ёмкости объёмом по 2,5 м3. Диаметр емкости D = 1,4 м, длина L = 1,85 м (прил. Б, табл. В. 2).
4 Управление процессом получения сахаРного сиропа
Для поддержания оптимальных параметров технологического процесса предусматривется его автоматическая система управления.
При построении автоматической системы регулирования необходимо руководствоваться следующей ее структурой: первичный измерительный преобразователь, промежуточный преобразователь (при необходимости), вторичный прибор, регулятор (регулирующий блок с задатчиком), устройство оперативного управления (блок или панель управления), исполнительный механизм и регулирующий орган 7.
Конкретные типы средств автоматизации выбираются с учетом особенностей технологического процесса и его параметров. В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, которые принимают участие в управлении, и их химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, необходимые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, необходимые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регуляции, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.
Конкретные приборы и средства автоматизации подбираются по справочной литературе, исходя из следующих рассуждений:
– для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства автоматизации, которые выпускают серийно. При этом нужно отдавать преимущество приборам и средствам отечественного производства;
– при большом количестве одинаковых параметров рекомендуется применять многоканальные приборы;
– при автоматизации сложных технологических процессов необходимо использовать вычислительные и управляющие машины (ПЛК, микроконтролеры);
– класс точности приборов должен отвечать технологическим требованиям;
– для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными или пищевыми средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном выполнении нужно защищать их.
Так система управления процессом сироповарения обеспечивает:
– регулирование количества воды в аппарате;
– регулирование температуры в аппарате;
– регулирование количества сахара в аппарате;
– задержку времени на кипячение сиропа;
– регулирование температуры сиропа в змеевиковом теплообменнике;
– контроль уровней с сигнализацией верхнего и нижнево пределов уровня;
– контроль расхода пара;
– контроль количества готового продукта;
– контроль качества готового продукта;
– контроль перепада давления на фильтре;
– дистанционное управление электроприводами.
Функциональная схема автоматизации (как пример) реализована с применением современного ОВЕН ПЛК-160 и представлена на рисунке 3.
Так, для измерения количества воды используется диафрагма в комплекте с дифманометром. После наполнения сахароварильного аппарата заранее определенным количеством воды, вода в нем нагревается до 60 °С. Для измерения количества сахара используется весовой измеритель. После засыпания сахара в апарат и размешивания его получившийся сироп доводят до температуры 100 °С. Затем сироп кипятят в течение 30 мин. Датчиком температуры является термопара ТХК, а регулирующий орган установлен на линии подачи пара в рубашку реактора, аналогично работает контур регулирования охлаждением сиропа. После окончания приготовления сиропа включается насос по перекачке его через фильтр в охладитель, где он охлаждается до 10‑15 °С. После охладителя сироп попадает в бункер готового продукта. Шестеренчатый насос, установленный за фильтром, включается автоматически после окончания приготовления сиропа или в ручную, с помощью кнопки управления КУ-220 и пускателя ПБР-3А, со щита управления. Уровень в бункерах контролируется с помощью акустического сигнализатора уровня АСУ. Перепад давления на фильтре контролируется с использованием дифференциального манометра Сапфир-22ДД. Концентрация сиропа контролируется
Рис. 3 – Функциональная схема управления процессом получения сахарного сиропа
ПРИЛОЖЕНИЯ
П р и л о ж е н и е А
Таблица А. 1 – Динамическая вязкость сахарных растворов 103, Пас [3]
t, °С |
Концентрация b, % |
||||||
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
30 |
0,80 |
1,50 |
2,50 |
4,6 |
10,00 |
34,40 |
230,00 |
40 |
0,65 |
1,20 |
1,90 |
3,40 |
7,00 |
20,40 |
113,00 |
50 |
0,55 |
0,95 |
1,50 |
2,50 |
4,94 |
14,40 |
64,00 |
60 |
0.47 |
0,80 |
1,20 |
1,90 |
3,73 |
9,00 |
37,40 |
70 |
0,40 |
0,67 |
0,95 |
1,50 |
2,89 |
6,80 |
26,40 |
80 |
0,36 |
0,59 |
0,85 |
1,25 |
2,30 |
5,22 |
16,00 |
90 |
0,32 |
0,50 |
0,70 |
1,05 |
1,95 |
4,00 |
12,30 |
100 |
0,28 |
0,43 |
0,62 |
0,90 |
1,51 |
3,28 |
9,00 |
110 |
0,25 |
0,37 |
0,54 |
0,78 |
1,37 |
2,70 |
7,00 |
120 |
0,23 |
0,33 |
0,47 |
0,68 |
1,17 |
2,20 |
5,40 |
Таблица А. – Плотность сахарных растворов 10–3 кг/м3[3]
t, °С |
Концентрация b, % |
||||||
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
40 |
1,032 |
1,074 |
1,120 |
1,169 |
1,221 |
1,2 |
1,3 |
50 |
1,028 |
1,070 |
1,115 |
1,164 |
1,216 |
1,2 |
1,3 |
60 |
1,023 |
1,065 |
1,110 |
1,158 |
1,210 |
1,2 |
1,3 |
70 |
1,018 |
1,059 |
1,104 |
1,152 |
1,205 |
1,2 |
1,3 |
80 |
1,012 |
1,053 |
1,098 |
1,146 |
1,199 |
1,2 |
1,3 |
90 |
1,005 |
1,047 |
1,092 |
1,140 |
1,192 |
1,2 |
1,3 |
100 |
0,998 |
1,049 |
1,085 |
1,133 |
1,185 |
1,2 |
1,3 |
Таблица А. 3 – Показатели, характеризующие плотность сахарного сиропа [3]
Процентное содержание сахара, % |
Плотность раствора при 20 °С, кг/м3 |
Температура кипения в открытой посуде, °С |
50 |
1229 |
101,9 |
60 |
1236 |
103,1 |
65 |
1316 |
103,9 |
70 |
1347 |
105,3 |
75 |
1378 |
107,4 |
80 |
1411 |
110,3 |
Рисунок А. 1 – Теплопроводность сахарного раствора , Вт/(м·К) [3]
Таблица А. 4 – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления. Пересчёт в СИ: 1 кг/см2 = 9,81∙104 Па [6]
Давление (абсолютное), кгс/см2 |
Температура, С |
Удельный объем, м3/кг |
Плотность, кг/м3 |
Удельная энтальпия жидкости r, кДж/кг |
Удельная энтальпия пара r, кДж/кг |
Удельная теплота парообразования r, кДж/кг |
0,10 |
45,4 |
14,96 |
0,06686 |
190,2 |
2581 |
2390 |
0,20 |
59,7 |
7,977 |
0,1283 |
250,1 |
2607 |
2358 |
0,30 |
68,7 |
5,331 |
0,1876 |
287,9 |
2620 |
2336 |
0,40 |
75,4 |
4,072 |
0,2456 |
315,9 |
2632 |
2320 |
0,50 |
80,9 |
3,304 |
0,3027 |
339,0 |
2642 |
2307 |
0,60 |
85,5 |
2,785 |
0,3590 |
358,2 |
2650 |
2296 |
0,70 |
89,3 |
2,411 |
0,4147 |
375,0 |
2657 |
2286 |
0,80 |
93,0 |
2,128 |
0,4699 |
389,7 |
2663 |
2278 |
0,90 |
96,2 |
1,906 |
0,5246 |
403,1 |
2668 |
2270 |
1,0 |
99,1 |
1,727 |
0,5790 |
415,2 |
2677 |
2264 |
1,2 |
104,2 |
1,457 |
0,6865 |
437,0 |
2686 |
2249 |
1,4 |
108,7 |
1,261 |
0,7931 |
456,3 |
2693 |
2237 |
1,6 |
112,7 |
1,113 |
0,898 |
473,1 |
2703 |
2227 |
1,8 |
116,3 |
1,997 |
1,003 |
483,6 |
2709 |
2217 |
2,0 |
119,6 |
0,903 |
1,107 |
502,4 |
2710 |
2208 |
3,0 |
132,9 |
0,6180 |
1,618 |
558,9 |
2730 |
2171 |
П р и л о ж е н и е Б
Таблица Б.1 – Основные технические данные стальных эмалированных аппаратов с перемешивающим устройством [4]
Таблица Б.2 – Основные технические данные стальных емкостей для хранения и выдачи жидкостей [4]
Примечание. L и H – длина и высота аппарата, l и h – длина и высота цилиндрической обечайки соответственно
Рисунок Б. 1 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством (с поверхностью теплообмена в виде рубашки). Чертеж общего вида [4]
Таблица Б. 3 – Основные технические данные стальных эмалированных аппаратов с перемешивающим устройством [4]
Рисунок Б. 2 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством (поверхностью теплообмена в виде рубашки).
Чертеж общего вида [5].
Рисунок. Б. 2 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством (с поверхностью теплообмена в виде рубашки) продолжение
П р и л о ж е н и е В
Таблица В.1 – Основные параметры и условия работы перемешивающих устройств [5]
