8 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.1) [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.

Длина (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 _ц , мин.

_ц = _загр + _нагр + _гидр + _охл + _нас + _ф + _разгр, (8.1)

где _загр – время загрузки, принимаем_загр  = 10 мин; _нагр – время нагревания сахарного сиропа, _нагр = 15 мин; _гидр– время гидролиза, _гидр = 20 мин; _охл – время охлаждения инвертного сиропа, _охл= 20 мин; _нас– время перекачивания сиропа насосом, _нас = 5 мин; _ф– время фильтрования, _ф= 30 мин; _разгр – время заполнения ёмкости для хранения,принимаем _разгр = 10 мин.

_ц = 10 + 15 + 20 + 20 + 5 + 30 + 10 = 110 мин.

За смену, при шестичасовой сменной работе реактора, можно сделать количество загрузок реактора n:

.

Следовательно объём ёмкости для полученного инвертного сиропа за двое суток:

, (8.2)

где G,  – масса, кг и плотность, кг/м³ при 40 °С инвертного 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 0,4 м³. Диаметр емкости D = 0,7 м; длина L = 1,2 м (прил В табл. В.1).

9 Автоматизированное управление процессом получения инвертного 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.

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. [10].

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 сахара в реакторе;

–  регулирование количества воды в реакторе;

–  регулирование количества кислоты в реакторе;

–  регулирование количества соды в реакторе;

–  регулирование температуры в реакторе;

–  контроль уровней с сигнализацией верхнего и нижнего пределов уровня;

–  контроль расхода пара;

–  контроль количества готового продукта;

–  контроль качества готового продукта;

–  контроль перепада давления на фильтре;

–  дистанционное управление электроприводами.

Функциональная схема автоматизации реализована с применением современного ОВЕН ПЛК-150 и представлена на рисунке 9.1.

Для измерения количества сахара, воды, раствора кислоты и соды используется весовой измеритель, который измеряет массу всего реактора с компонентами. После загрузки компонентов по заранее определенной программе включается подогрев реактора. Датчиком температуры является термометр сопротивления ТСМ (50М), а регулирующий орган установлен на линии подачи пара в рубашку реактора. Аналогично работает контур регулирования охлаждения сиропа. После окончания приготовления сиропа включается насос по перекачке его через фильтр в бункер готового продукта. Насос включается автоматически после окончания приготовления сиропа или вручную, 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.

Рисунок 9.1 – Функциональная схема автоматизации

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р и л о ж е н и е А

Таблица А.1 – Динамическая вязкость сахарных растворов 10³, Пас [2]

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.2 – Плотность сахарных растворов 10^-3 кг/м³ [2]

t, °С	Концентрация, b, %
	10	20	30	40	50	60	70
40	1,032	1,074	1,120	1,169	1,221	1,278	1,338
50	1,028	1,070	1,115	1,164	1,216	1,273	1,334
60	1,023	1,065	1,110	1,158	1,210	1,267	1,328
70	1,018	1,059	1,104	1,152	1,205	1,261	1,322
80	1,012	1,053	1,098	1,146	1,199	1,255	1,315
90	1,005	1,047	1,092	1,140	1,192	1,248	1,309
100	0,998	1,049	1,085	1,133	1,185	1,241	1,302

Таблица А.3 – Показатели, характеризующие плотность сахарного сиропа [2]

Процентное содержание сахара, %	Плотность раствора при 20 °С, кг/м3	Температура кипения в открытой посуде, °С
50	1,229	101,9
60	1,236	103,1
65	1,316	103,9
70	1,347	105,3
75	1,378	107,4
80	1,411	110,3
85	—	114,5
90	—	122,6
95	—	127,0
98	—	165,0

РисунокА.1 –Теплопроводность сахарного раствора, Вт/(м·К)[2]

Таблица А.4 – Физические свойства воды (на линии насыщения) [6] пересчёт в СИ: 1 кг/см ² = 9,81∙10⁴ Па

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 иH– длина и высота аппарата,l иh–длина и высота цилиндрической обечайки.

РисунокБ.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]

П р и л о ж е н и е Г

Таблица Г.1 – Технические характеристики рамных фильтр-прессов РОР, РОМ, РЗР, РЗМ

Размер рам в свету, мм	Тип фильтр-пресса	Площадь поверхности фильтрования, м2	Тол-щина рам , мм	Раб. давление,МПа	Температура рабочей среды, С	Установ-ленная мощность, кВт	Габаритные размеры, мм				Масса, кг
							длина	ширина	высота
315  315	РОР, РЗР	2	45	1	до + 45	‑	1750	1000	645	620
		2,8	25				1730			680
		4	45				2400			940
		5,6	25				2360			1020
630  630	РОМ,РЗМ	16,0	45	0,8	до + 45	3,0	3450	1270	1340	3905
		22,4	25				3450			4395
		25,0	45				4300			5375
		35,5	25				4300			6180

Таблица Г.2 – Технические характеристики рамных фильтр-прессов ФКО

Характеристики		Тип фильтр-пресса
		ФКО 1	ФКО 2	ФКО 4	ФКО 6
Производительность, л/час		600	1200	2400	3000
Объём межплитного пространства, м3		0,01	0,02	0,035	0,05
Площадь поверхности фильтрования, м2		1	2	4	6
Раб. давление МПа		0,4
Температура рабочей среды, С		до + 60 °С
Установленная мощность, кВт		ручной зажим
Габаритные размеры, мм	длина	1575	1725	1925	2155
	ширина	750
	высота	1310
Масса, кг		289	349	449	580
Толщина фильтровального картона,мм
Количество плит		8	16	30	44
Размер плит		385  385

П р и л о ж е н и е Д

Таблица Д.1 – Технические характеристики пластинчатого (шиберного) насоса

Характеристики	Марка насоса
	НП-0,55	НП-2,2	НП-3	НП-4
Производительность, л/мин	8	33	до 70	100
Давление нагнетания, МПа	2	2
Мощность, кВт	0,55	2,2	3	4
Наружный диаметр патрубков, всасывающего и нагнетающего, мм	Ду32	Ду32	Ду50	Ду50
Габаритные размеры, мм	410230240	410230240
Масса, кг, не более	10	10

Таблица Д.2 – Технические характеристики центробежно-шнекового (дискового) насоса

Характеристики	Марка насоса
	ЦНШ-1,1	ЦНШ-3	ЦНШ-5,5		ЦНШ-7,5
Производительность, м3/ч	до 5			до 7		до 10
Мощность двигателя, кВт	1,1	3	5,5		7,5
Число оборотов двигателя об/мин	2850
Шаг витков шнека, мм	16
Габаритные размеры, мм	520279356						620279356
Масса, кг, не более	50	70	80		90