5. Расчет и подбор оборудования в линию

Целью данного раздела является аппаратурное оформление технологических процессов, включенных в принципиальную схему получения биотехнологической продукции. Подбор и расчет оборудования начинают с конструирования линий машин и аппаратов, необходимых для осуществления проектируемых технологических процессов.

На первом этапе конструирования линий составляют таблицу, в левой части которой для каждого проектируемого продукта последовательно выписывают все технологические процессы, а в правую часть заносят соответствующие им основные и вспомогательные машины. Например, процесс – стерилизация питательной среды, основное оборудование – теплообменник трубчатый, вспомогательное оборудование – насос центробежный, выдерживатель.

При выборе типов технологического оборудования предпочтение отдают машинам, позволяющим при заданной производительности линии по перерабатываемому сырью или готовому продукту сократить потребление электроэнергии, тепло- и холодоносителей, производственные площади. Также необходимо предусмотреть максимальную механизацию и автоматизацию технологического процесса.

Расчет и подбор машин в технологическую линию сводится к определению количества единиц однотипного оборудования и продолжительности их работы в смену (сутки). При этом машины и аппараты можно условно разделить на три группы, методика расчета для каждой из которых имеет особенности:

- машины и аппараты непрерывного или полунепрерывного действия, подбор которых сопровождается расчетом их конструктивных элементов;

- машины и аппараты, число которых определяется по количеству выпускаемых изделий;

- машины и аппараты периодического действия, подбираемые по их номинальному рабочему объему или другим характеристикам без расчета их элементов.

К первой группе относят машины и аппараты, предназначенные для осуществления теплообменных (пастеризаторы, стерилизаторы, охладители, подогреватели) и массообменных (фильтры, центрифуги, сепараторы, экстракторы, ректификационные колонны, ультрафильтрационные и вакуум-выпарные аппараты, сушилки) процессов. Их подбор сводится к расчету необходимых площадей теплообмена или массообмена, установлению паспортных площадей теплообмена или массообмена и определению количества единиц оборудования как частного от деления этих величин. В общем случае количество машин и аппаратов этой группы может быть рассчитано по формуле:

К_маш = М_см / (G_пасп * ), (1)

где М_см – масса перерабатываемого за рабочую смену сырья (полуфабриката) в соответствии с данными материального расчета, кг;

G_пасп - паспортная производительность машины, кг/ч;

 - продолжительность работы единицы оборудования в смену, ч.

Максимальная продолжительность непрерывной работы оборудования устанавливается по справочным данным. Оптимальное эффективное время работы оборудования составляет для семичасовой рабочей смены 5,0 – 5,5 ч, для восьмичасовой смены – 6,0 – 6,5 ч.

Количество вакуум-выпарных аппаратов и сушильных установок определяют исходя из массы испаренной влаги (по данным материального расчета) и паспортной производительности аппарата по испаренной влаге.

Ко второй группе относятся аппараты для фасования жидких, концентрированных и порошкообразных продуктов, укупорочные, этикеровочные, упаковочные машины. Их количество рассчитывают по формуле:

К_маш = (_обр * N) / (60 *_эф * к _исп), (2)

где _обр – время обработки единицы изделия, мин;

N - количество изделий, вырабатываемых в смену;

_эф - эффективное время работы оборудования в смену, ч;

к_исп - общий коэффициент использования машины.

Для фасовочных автоматов количество единиц фасовки, выпускаемых за одну рабочую смену, можно определить по формуле:

N = М_пр / М_нет , (3)

где М_пр - масса фасуемого продукта, кг,

М_нет - масса нетто одного фасованного изделия, кг.

К третьей группе относятся резервуары, емкостные аппараты для приготовления растворов компонентов питательных сред, инокуляторы, ферментаторы, растильные камеры, другие виды емкостных аппаратов. Количество единиц оборудования в данном случае определяют по формуле (результат следует округлять до целого числа в большую сторону):

К_маш = (V_обр /(V_ном * к_зап)) * (1 + (_рц / 24)), (4)

где V_обр - сменный объем обрабатываемого сырья (полуфабриката), м³;