Дипломная работа: Вакуумная сублимационная установка для фермерского хозяйства

Наружная поверхность конденсатора с учетом толщины изоляции будет.

Теплоприток из помещения :

где = 1.643 - наружная поверхность конденсатора;

 - разность между температурой окружающей среды и температурой конденсации.

Общая нагрузка на испарительные батареи конденсатор

Пропускная способность соединительного патрубка определяется в первом приближении по уравнению

Где  = 0.3 - радиус соединительной трубы, м;

 = 0.2 - длина участка, м;

d = 0.6 - диаметр затвора, м;

 = 1.238 - давление у поверхности сублимации, мм. рт. ст;

 = 0.167 - давление у поверхности конденсации, мм. рт. ст;

Объём водяного пара при среднем давлении в системе

= 8 - количество намороженного льда за 1 час, кг/ч;

 = 0.525 - среднее давление в системе, мм. рт. ст. с учётом коэффициента

неравномерности испарения 1.2

Скорость откачки пара конденсатором

Так как пропускная способность соединительного трубопровода, полученная в расчете.

 - примерно в 10000 раз больше объёма пара, подлежащего, откачке , то членом  - пренебрегаем.

поверхность конденсатора, обеспечивающая требуемую скорость откачки,

,

где = 0.167 - давление у поверхности конденсации, мм. рт. ст.;

= 0.72 - определяется по графику, по среднему давлению в системе;

 = 0.525рт. ст. и принятом расстоянии между испарительными

батареями =0.05м.

Принимаем допускаемую толщину слоя льда  = 0.007м, тогда площадь поверхности для обеспечения льда такой толщины

Сравнивая площади поверхностей = 0,0467 и  = 4.665, делаем вывод, что поверхность с площадью = 4.665 обеспечивает необходимую толщину слоя льда и в то же время гарантирует полную откачку пара конденсационной поверхностью, так как для откачки требуемого количества пара достаточно иметь поверхность, равную

= 0.0467 (эта поверхность была бы достаточна для непрерывной конденсации, если бы она полностью и непрерывно очищалась от конденсата).

Таким образом, принимаем = 4.665.

Удельный тепловой поток через поверхность конденсации

Коэффициент теплоотдачи от стенки к хладагенту - хладон-22

Как видно из расчёта, удельный тепловой поток получается значительно меньше величин, предлагаемых в работах основанных на опытных данных, Т.е. выбранная поверхность с площадью = 4.665, справится с необходимой нагрузкой.

Термическое сопротивление.

Для простоты расчёта принимается то, что температура стенки трубы и связанного с ней ребра будут одинаковы. Ввиду малой толщины стенки трубы определение термического сопротивления проводим по формуле для плоской стенки.

Где  =0,001 - толщина стенки трубы наготовленной из коррозионностойкой стали;

 - коэффициент теплопроводности коррозионностойкой стали.

Температура поверхности конденсации в конце цикла намораживания при толщине намороженного льда

,

где ,°С - температура поверхности конденсации в конце цикла намораживания;  = 35°С - температура поверхности конденсации в начале цикла намораживания;

q = 5378,  - удельный тепловой поток;

 - толщина слоя намороженного льда;

 - коэффициент теплопроводности льда.

Следовательно, в конце цикла намораживания температура поверхности конденсации будет равна = - 29,°С, т.е. ниже максимально допустимой.

Определение габаритов сублимационного конденсатора.

Предельно допустимую рабочую длину охлаждающих элементов конденсатора находим из графиков. Для температуры конденсации t = - 30,°С и давлении системы  =0.525, мм. рт. ст., и принятом расстоянии между испарительными батареями =0.05, м имеется

Эта величина является предельной для принятого расстояния между испарительными батареями.

В качестве вымораживающих элементов конденсатора принимаем вертикальные короткошланговые батареи с одним сплошным касательным ребром вдоль всех вертикальных труб батареи.

Диаметр вертикальных труб = 0.02, м, диаметр верхнего и нижнего коллекторов = 0.032, м, шаг труб в батарее принимаем =0.045, м.

Теплообменная поверхность 1 м вертикальной трубы с учётом касательного ребра

Высота вертикальных труб определится из выражения

Общее количество вертикальных испарительных труб

Общая длина коллекторных труб

Площадь поверхности коллекторных труб

Полная поверхность теплообмена в конденсатор

Расход тепла на расплавлении намороженного в конденсаторе льда.

Предварительное оттаивание намороженного льда от испарительных труб осуществляется парами горячего хладагента. Конструкция испарительных батарей выполнена таким образом, что намороженные плиты льда после подачи в испарительные батареи горячих паров Хладола-22 подтаивают и сползают на дно, где лед окончательно расплавляется за счёт тепла, выделяемого электронагревательным элементом конденсатора. Для расплавления намороженного в конденсаторе льда необходимо подвести тепло

где

= 32кг - количества льда сконденсированного за цикл;

= - 30°С - температура конденсации;

= 5°С - температура выводимого жидкого конденсата;

= 0°С - температура плавления льда;

 - теплота плавления льда;

 - теплота нагрева жидкого конденсата;

 - теплоемкость льда;

 - теплоемкость материала батареи (конструкционная сталь);

 - масса испарительных батарей, кг;

Испарительные батареи конденсатора изготовлены из стальных коррозионностойких труб с толщиной стенки 1 мм.

Полная поверхность теплообмена в конденсаторе = 5.12, ,

тогда объём

Плотность коррозионностойкой стали  = 7630 , масса испарительных батарей

Электрическая мощность нагревателя.

 - тепловая нагрузка па нагреватель;

= 45мин = 0.75ч - время оттаивания намороженного льда

860 - тепловой эквивалент 1 кВт/ч

= 0.95 - коэффициент полезного действия нагревателя.

В данном дипломном проекте разрабатывается установка, используемая в фермерском хозяйстве для изготовления сублимированного пищевого продукта. При работе установки могут возникать различные опасные и вредные производственные факторы. Установка состоит из проектируемого вакуумного механического ротационно-пластинчатого насоса; вакуумной сублимационной камеры объемом 1м3; камеры-десублиматора, рассчитанную на 50 кг льда; холодильного агрегата для подачи хладагента. Рабочий газ-воздух.

Проектируемый вакуумный насос обладает следующими номинальными параметрами: быстрота откачки 60 м3/ч, предельное остаточное давление 10 Па, давление нагнетания 105 Па. Привод насоса осуществляется от электродвигателя мощностью 2,2 кВт и частотой вращения вала 1500 об/мин.

Насос откачивает из камеры воздух, содержащий пары воды, которые конденсируются в десублиматоре. Опасные факторы для оператора установки - вибрация, шум, поражение электрическим током, т.к. почти все приборы работают от электрической цепи.

Основными факторами, которые следует учитывать при оценке условий труда людей при эксплуатации установки являются:

-  шум

-  вибрация

-  нагретые поверхности

-  возможность возникновения пожара

-  поражение электрическим током

Важное место в комплексе мероприятий по охране труда и оздоровлению условий труда работающих занимает создание оптимальной световой среды, т.е. рациональная организация естественного и искусственного освещения помещения и рабочих мест. Для создания нормальных условий при обслуживании установки освещение на участке комбинированное.

Проектируемая установка снабжена измерительными приборами, показание которых выводится на жидкокристаллический экран, толщина линий шрифта которого составляет 0.5 мм. Наименьший размер объекта различия (0.3…0.5) мм. Поэтому правильная организация естественного и искусственного освещения рабочего места имеет очень важную роль для обеспечения благоприятных условий труда оператора.

Требования, которые должны соблюдаться при оборудовании рабочих мест, предназначенных для работы с вычислительной техникой:

1. Обеспечить уровни освещенности и контрастности на экране и вокруг него, которые обеспечили бы зрительный комфорт и позволяли бы адаптацию к типу задачи оператору.

2. Соблюдать равномерную яркость в различных зонах зрительного пространства так, чтобы избежать зрительного дискомфорта.

Освещенность на рабочем месте должна быть порядка 500 люкс, так как согласно СНиП 23-09-95 при сборке и разборке установки скорость различения деталей при этой освещенности максимальна и не требует большого зрительного напряжения.

Для общего освещения не менее 300 люкс при использовании газоразрядных ламп.

По ГОСТ 12.1.012-90 "Вибрационная безопасность. Общие требования" вибрация от насосов относится к общей вибрации. Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора установлены для категорий вибрации.

К категории 3 типу "а" относится технологическая вибрация, которая образуется в результате работы машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Данная установка используется в помещениях с возможным использованием других источников вибраций, поэтому в нашем случае вибрация по источнику ее возникновения относится к категории 3 тип "а" - технологическая вибрация (вертикальная и горизонтальная) в производственных помещениях с источниками вибраций. Вибрации в данной установке относятся к общим вибрациям, передающимся через опорные поверхности на тело стоящего или сидящего человека.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 "Вибрационная безопасность. Общие требования", установлены допустимые значения и оценки гигиенических характеристик вибраций, определяющих ее воздействие на человека.

При постоянных шумах нормируются уровни звуковых давлений в восьми октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 8000 Гц. По ГОСТ 12.1.003-83 "Шум. Общие требования безопасности" (СТ СЭВ 1930-79) установлены следующие допустимые уровни звукового давления в лаборатории с шумным оборудованием.

Таблица 3.2

Основными шумовыми характеристиками машин, используемых в установке, являются октавные уровни звуковой мощности в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц и корректированный уровень звуковой мощности (дБА).

Причинами возникновения шума и вибрации в установке могут быть: местные сопротивления в трубопроводе вакуумной линии; местные сопротивления во всасывающих патрубках, соединяющих линию с вакуумным насосом; насос, электродвигатель.

Всасывающий патрубок представляет собой прямой трубопровод с диаметром проходного сечения не менее диаметра проходного сечения всасывающего патрубка насоса, т.е. эта часть установки не может быть источником возникновения шума и вибрации.

Покупной электродвигатель и агрегат для подачи хладагента так же не могут быть источниками появления шума, поскольку для него норма уровня шума соблюдена производителем. Их вибрация значительно снижена за счет применения виброизолирующих опор.

Потенциальным источником возникновения шума и вибрации является проектируемый вакуумный насос. В насосе шум возникает:

1) на всасывании в результате неравномерности заполнения газом ячейки всасывания;

2) на нагнетании в результате быстрого выталкивания газа из ячейки нагнетания через нагнетательные патрубки в обеих ступенях и через нагнетательное окно в первой ступени;

3) в трубопроводах из-за местных сопротивлений (во всасывающем патрубке при прохождении газа через фильтр, в нагнетательном патрубке при прохождении газа через маслоотбойник, в клапанах из-за изменения направления потока, при прохождения газа от окна нагнетания к окну всасывания через выфрезированный канал);

4) в результате трения поверхностей пластин и расточки цилиндров, пластин и роторов.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 установлен допустимый уровень шума на постоянных рабочих местах работников цеха, в котором от работников не требуется высококвалифицированная работа без часто получаемых указаниями, не требующая сосредоточенности: 80 дБА.

При расчете насоса определены диаметры всасывающего и нагнетательных патрубков, а также проходная площадь нагнетательного окна и канала, при которых скорость газа в них не превышает 15 м/с. При такой скорости газа уровень шума не превышает норму.

Трущиеся поверхности смазываются маслом ВМ-1, что уменьшает трение, а следовательно и уровень шума. В пользу незначительности уровня шума, возникающего в результате трения, говорят практические данные.

Вибрация в проектируемом насосе может возникнуть из-за дисбаланса ротора либо из-за изменения положения центра масс пластин.

Для снижения дисбаланса ротора проводится его статическая балансировка на специализированном станке.

При изменении положения центра масс пластин вибрацию насоса вызывают нескомпенсированные свободные силы и моменты, которые можно определить математически.

Свободная сила , где  - сумма масс пластин первой и второй ступеней насоса;  - относительный эксцентриситет ротора и цилиндра;  - радиус расточки цилиндра;  - угловая скорость вращения ротора.

Свободный момент

Значение свободной силы является значительным, необходимо применить виброизоляцию опор насоса.

Вывод: насос может быть размещен в производственных помещениях с постоянными рабочими местами, где эквивалентный уровень звука не должен превышать 80 дБА. Дополнительная защита от шума не требуется. Для предотвращения вредного воздействия вибрации необходимо применить виброизоляцию опор вакуумных насосов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11