Основи раціональної побудови апаратів
Вимоги, які ставляться до апаратів харчових виробництв.
Матеріали, що використовуються для виготовлення апаратів.
До апаратів, що розробляються і використовуються у харчовій промисловості та громадському харчуванні, висувають такі загальні вимоги: технологічні, експлуатаційні, конструктивні, енергетичні, економічні, охорони праці та техніки безпеки, санітарно-гігієнічні, технічної естетики та захисту навколишнього середовища. Всі ці вимоги між собою пов'язані та взаємозумовлені; одна група вимог визначається іншою.
Під технологічними вимогами розуміють перш за все те, що конструкція апарату повинна забезпечити оптимальні умови проведення технологічного процесу та одержання продукту високої якості. Під технологічними умовами розуміють температуру і тиск в апараті, швидкість руху продукту через апарат, а також нагрівання, охолодження, подрібнення і перемішування продуктів, які обробляються в апараті та ін. Апарат не повинен мати застійних зон, в яких міг би накоплюватись продукт. Апарати повинні характеризуватись високими техніко-економічними показниками, під час аналізу яких необхідно враховувати досягнення вітчизняної та зарубіжної науки і техніки.
Експлуатаційні вимоги до апарата визначаються зручністю і простотою складання, розбирання, ремонту і обслуговування, надійністю у роботі, а також невеликим штатом обслуговуючого персоналу. До експлуатаційних вимог відносять також стійкість матеріалів, з яких побудований апарат, проти корозії, яка може виникнути під дією миючих засобів, навколишнього середовища і продукту, що переробляється. В свою чергу продукти взаємодії середовища і матеріалу не повинні володіти шкідливими властивостями у тому випадку, якщо продукт використовується для харчування. 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 більш досконалим. Необхідно також поліпшувати надійність апарата - здатність виконувати задані функції, зберігати свої експлуатаційні показники у заданих межах протягом потрібного проміжку часу. Обладнання повинно бути виготовлене для визначених умов роботи і не бути непомірно міцним. Напруження в деталях конструкції повинні бути тільки незначно нижче припустимих, інакше маса і вартість конструкції будуть невиправдано великі. Конструкцію в цілому, як правило, роблять рівноміцною, хоча цей принцип інколи осмислено порушують. Наприклад, у конструкції дробарок передбачається одна деталь, яка легко замінюється і має міцність меншу за міцність всіх інших деталей. Якщо у дробарку випадково попаде особливо міцний матеріал, то зламається тільки ця деталь. Таким чином ремонт всієї складної машини зведеться до заміни однієї простої деталі. Строки довговічності апарату повинні бути оптимальні - не менші і не більші. У першому випадку апаратура проходить капітально-відновлювальні ремонти. Надлишкова довговічність також не може бути оправданою, тому що з часом обладнання морально застаріє і з цієї причини потребує заміни.
Конструктивні вимоги до апаратів пов'язані з їх проектуванням, виготовленням, транспортуванням і монтажем. Основні з них: стандартність і замінність деталей апарату; найменша трудоємкість під час складання; зручність транспортування, розбирання і ремонту; мінімальна маса апарату і його окремих частин. Конструктивна досконалість характеризується простотою будови, малою масою і габаритами, невеликими затратами дорогих дефіцитних матеріалів, технологічністю виготовлення. Під технологічністю (з точки зору машинобудування) розуміють відповідність конструкції вимогам оптимальних технологічних процесів виготовлення апаратів за заданих масштабів виробництва, і максимальної економії матеріалів на їх виготовлення. Показниками технологічності апаратів харчових виробництв можуть бути загальна трудомісткість, матеріалоємність і маса апарата. Загальна трудомісткість виготовлення апарату включає трудомісткість заготівельних операцій, механічної, термічної та інших видів обробки, складання і випробування апарата.
Під час конструювання апаратів необхідно враховувати, що зниженню трудомісткості сприяють уніфікація та нормалізація деталей і вузлів апарата; це дозволяє також скоротити в експлуатаційних умовах номенклатуру необхідних запасних деталей і полегшити ремонтні роботи.
Для зменшення маси апарата обирають таку форму його, коли відношення бокової поверхні до об'єму буде мінімальним. Таке відношення мають апарати кулястої форми, а для апаратів циліндричної форми з плоским дном ця вимога витримується за відношенням H/D = 2. З таким відношенням мінімальною буде і маса металу, яка витрачається на побудову циліндричного апарата.
Апарат повинен мати, по можливості, естетичний вигляд - приємну форму і забарвлення, відповідність основним ергономічним параметрам середньої людини.
Вимоги техніки безпеки і 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 герметично 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 і санітарно-гігієнічним вимогам, невиконання яких зумовлює бактеріальне, механічне або хімічне забруднення продуктів харчування. При цьому апарати повинні бути герметичні, легкодоступні для миття та стерилізації.
Енергетичні вимоги. Енергоємність апарата характеризується витратами енергії на одиницю сировини, яка перероблюється, або готової продукції. За інших рівних умов апарат буде досконалішим, якщо менше енергії буде витрачатися на одиницю сировини або продукції.
Економічні вимоги зводяться до того, що вартість проектування, виготовлення, монтажу та експлуатації апарата повинна бути, по можливості, мінімальною. Апарат повинен мати високі техніко-економічні показники. До їх числа належать продуктивність, витратні коефіцієнти, витрати на експлуатацію апарата, вартість апарата і собівартість продукції, яка одержується в ньому. Апарат повинен мати високу продуктивність і низькі витратні коефіцієнти, які визначають витрати сировини і енергетичних засобів (палива, пари, води, електроенергії ) на одиницю готової продукції.
Очевидно, що експлуатаційні витрати, які пов'язані з ремонтом і обслуговуванням апарата, повинні бути мінімальними. Невисока вартість обладнання є його перевагою. Однак у деяких випадках під час впровадження нової техніки слід віддати перевагу більш дорогому апарату, який має більшу продуктивність, низькі витратні коефіцієнти і невеликі витрати на експлуатацію. Подібний апарат зможе забезпечити великий вихід готової продукції, котра має невисоку собівартість.
Вимоги, що пов'язані з 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.
Під час розробки нових, досконалих машин і апаратів усі вище зазначені вимоги необхідно розглядати в єдиному комплексі.