Производство мороженного

Нр = 1022,0 кг.\ т.

Рассчитываем массу компонентов с учётом потерь на 1 т. мороженого при производстве и фасовки по формуле:

 

Мк.п.=

, где

М к.п.- масса с учётом потерь,

М к.б.п. - масса компонентов без учёта потерь,

Нр.- нормы потерь.

 

1.Молоко  коровье цельное:

 

           Мк.п.= = 511 кг.

 

2. Сливки  из коровьего молока:

 

            Мк.п.= = 193 кг.

 

3. Молоко  цельное сгущенное с сахаром:

 

Мк.п.= = 102,2 кг.

 

4. Молоко, обезжиренное  сгущённое с сахаром:

     

Мк.п.= = 121,6 кг.

 

5. Сахар- песок:

 

Мк.п.= = 50,2 кг.

 

6. Агароид:

 

Мк.п.= = 3,1 кг.

 

7. Ванили:

 

Мк.п.= = 0,15 кг.

 

8. Вода питьевая:

 

Мк.п.= = 40,8 кг.

 

Итого: 511 + 193 + 102,2 + 121,6 + 50,2 + 3,1 + 0,15 + 40,8 = 1022,0  кг.

 

9. Карамель:

 

Мк. п. = = 140,3 кг.

 

10. Вафельные  стаканчики:

 

Мк. п. = =87,6 кг.

 

11.Масса  смеси мороженого:

 

= 2,36 кг.

 

 

Рассчитываем массу компонентов с учётом потерь на 2,5 т.

 

1.Молоко  коровье цельное:

 

Мк. п. = 511 * 2,36 = 1206 кг.

 

2. Сливки  из коровьего молока:

 

Мк. п.  = 193 * 2,36 = 455,5 кг.

 

 

3. Молоко  цельное сгущенное с сахаром:

 

Мк. п. = 102,2 * 2,36 = 241,2 кг.

 

4. Молоко, обезжиренное  сгущённое с сахаром:

 

Мк. п. = 121,6 * 2,36 = 287 кг.

 

5. Сахар- песок:

 

Мк.п.= 50,2 * 2,36 = 118,5 кг.

 

6. Агароид

 

Мк.п.= 3,1 * 2,36 = 7,3 кг.

 

7. Ванили:

 

Мк.п.= 0,15 * 2,36 = 0,4 кг.

 

8. Вода питьевая:

 

Мк.п.= 40,8 * 2,36 = 96,3 кг.

 

 

9. Карамель

 

Мк.п.= 140,3* 2,36 = 331,1 кг.

 

10. Вафельные  стаканчики:

 

Мк.п.= 87,6 * 2,36 = 206,7 кг.

 

 

Исходя из результатов продуктового расчета  выбираем оборудование для линии производства мороженого.

 

Для приема и хранения молока принимаем резервуар В2-ОМВ-2,5 номинальной емкостью 2,5м3. 

 

Для перекачивания молока и молочной смеси выбираем роторный насос В3-ОРА-2А производительностью 2 м3/ч, предназначенный для перекачивания по трубам вязких молочных, или иных пищевых продуктов (сливки, концентрированное и сгущенное молоко с концентрацией не менее 45%, смеси для мороженого, кисломолочные продукты) температурой до +90 С.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет основных  элементов аппарата

 

3.1 Определение  расчетных параметров аппарата

 

3.1.1 Высота корпуса  аппарата

Высоту корпуса аппарата находим, используя рис.1:

 

h1=H- (HК+100), (3)

 

где Нк=0,13·D - высота конической части крышки,

100 мм - размер, который примерно учитывает высоту  цилиндрической отбортовки крышки  и толщину фланца крышки.

 

3.1.2 Высота жидкости  в аппарате

Уровень заполнения аппарата жидкостью выбираем 80%

 

3.1.3 Расчетное  внутреннее давление в аппарате

Расчетное внутреннее давление в аппарате складывается из заданного внутреннего давления и гидростатического давления среды:

 

РР=Р+РГ,

 

где РГ - гидростатическое давление среды.

Очевидно:

 

РГ = с·g·hж=800·9,81·2,5=19620 Па≈0,019 МПа,

 

здесь g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения,

с=800 кг/м3 - плотность среды

Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению с давлением в аппарате

 

ДР%= (РГ/р) ·100= (0,019/0,1) ·100=19%

 

В нашем случае расчетное давление равно

 

РР = Р+РГ = 0,12 МПа.

3.2 Расчет обечайки  корпуса

 

В процессе работы аппарата обечайка испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления,

растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы,

 

3.2.1 Толщина стенки  обечайки при нагружении внутренним  расчетным избыточным давлением  определяется выражением

 

,

 

где ц - коэффициент прочности продольного сварного шва, который принимается в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и длины контролируемых швов. Ориентировочно его значение принимают в пределах 0,65-1. Принимаем ц=1, Рр =0,12 Н/мм2 - расчетное давление,

D=1700 мм - диаметр аппарата,

[у] =168 Н/мм2 - допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т.

Получаем:

 

SR1 =

 

3.2.2 Определение  толщины стенки обечайки при  нагружении осевой растягивающей  силой

Осевая растягивающая сила:

 

 

 

Толщина стенки:

 

SR 2=

 

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

 

С = С1+ С2+ С3.

 

 

 

Здесь С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

 

С1= СЭ +СК

 

где СЭ - прибавка для компенсации эрозии. СЭ=0, т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

СК - прибавка для компенсации коррозии:

 

СК= П·ф = 0,1·10 = 1 мм.

 

Здесь ф = 10 лет - срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год - скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

 

С1= СК+ СЭ = 1+ 0 = 1мм.

 

Общая толщина обечайки:

S = SR1 + SR2 + C1 = 0.6 + 0.3 + 1 = 1.9 мм

Из ГОСТ 19903-74 «Сталь листовая горячекатаная» принимаем толщину листа 3 мм.

 

3.2 Расчет эллиптического днища

 

Толщина стенки днища при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением

 

= = 0,57 мм

 

 

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

 

С = С1+ С2+ С3.

 

 

 

Здесь С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

 

С1= СЭ +СК

 

где СЭ - прибавка для компенсации эрозии. СЭ=0, т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

СК - прибавка для компенсации коррозии:

 

СК= П·ф = 0,1·10 = 1 мм.

 

Здесь ф = 10 лет - срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год - скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

 

С1= СК+ СЭ = 1+ 0 = 1мм.

 

 

Общая толщина обечайки:

 

S = + C = 0.57 + 1 = 1.57 мм

 

 

 

 

 

 

4. Прочностной расчет  элементов оборудования

 

Расчет выполнен при помощи САПР «ПАССАТ» 1.09  ООО «НТП Трубопровод»

 

 

1. Обечайка цилиндрическая №1

1. Исходные данные

Материал:	08Х18Н10Т
Внутр. диаметр, D:	1,6∙103 мм
Толщина стенки, s:	3 мм
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1:	1 мм
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2:	0,8 мм
Прибавка технологическая, c3:	0 мм
Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, c:	1,8 мм
Длина обечайки, L:	2,5∙103 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Продольный шов:

= 1

Окружной шов:

= 1

 

1. Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 oC (рабочие условия):

[s]20=

168 МПа

Модуль продольной упругости для материала 08Х18Н10Т при температуре 20 oC:

E20=

2∙105 МПа

 

2. Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89

Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением (п. 2.3.1.).

Допускаемое давление:

=

2 * 168 * 1 * (3 - 1,8) / (1,6∙103 + 3 - 1,8)

=0,2518111 МПа

0,2518111 МПа  ³ 0,2189101  МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

= (0,2189101 * 1,6∙103 )/(2 * 168 * 1 - 0,2189101) + 1,8

=2,843109 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

= 2 * ((3 – 1,8) / 1,043109 – 0.8) * (1,6∙103 * (3 – 1,8))1/2

= 30,70818 мм

Минимальное расстояние между “одиночными” штуцерами:

= 2 * (1,6∙103 * (3 – 1,8))1/2

= 87,63561 мм

 

Обечайка, нагруженная осевым растягивающим усилием (п. 2.3.3.).

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

=

3,141593* (1,6∙103 + 3 - 1,8) * (3 - 1,8) * 168

=1,014112∙106 Н

Допускаемое осевое растягивающее усилие:

=

1,014112∙106 *  1

=1,014112∙106 Н

1,014112∙106 Н ³ 2,3223∙105   Н

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Обечайка, работающая под совместным действием внутреннего давления, осевого растягивающего усилия и изгибающего момента.

Проверка условия прочности:

 

 

= (2,3223∙105  + 0,2189101  * 3,141593 * 1,6∙103 2 / 4) / 1,014112∙106 + 0 / 0

= 0,6630182 £ 1

Заключение: Условие прочности выполнено

 

2. Днище эллиптическое №1

Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89

1. Исходные данные

Материал:	08Х18Н10Т
Внутр. диаметр, D:	1,6∙103 мм
Толщина стенки днища, s1:	5 мм
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1:	1 мм
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2:	0 мм
Прибавка технологическая, c3:	0 мм
Суммарная прибавка к толщине стенки, c:	1 мм
Высота днища, H:	350 мм
Длина отбортовки, h1:	100 мм

Радиус кривизны в вершине днища:

= 1,6∙103 2 / (4 * 350)

= 1,828571∙103 мм

Коэффициент прочности сварного шва:

= 1

 

2. Расчёт в рабочих условиях

3. Условия нагружения:

Расчётная температура, T:	20	oC
Расчётное внутреннее избыточное давление, p:	0,2032301	МПа

 

4. Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения:

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 oC (рабочие условия):

[s]20=

168 МПа

Модуль продольной упругости для материала 08Х18Н10Т при температуре 20 oC:

E20=

2∙105 МПа

 

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. 3.3.1.).

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

=(0,2032301 * 1,828571∙103 )/(2 * 168 * 1 – 0.5 * 0,2032301) + 1

= 2,106349 мм

Допускаемое давление:

=2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (1,828571∙103 +0.5 * ( 5 – 1))

= 0,734197 МПа

0,734197 МПа  ³ 0,2032301  МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

 

 

3. Штуцер А

Расчёт прочности узла врезки штуцера

 

 

1. Исходные данные

Элемент:	Штуцер А
Условное обозначение (метка)	А
Элемент, несущий штуцер:	Днище эллиптическое
Тип элемента, несущего штуцер:	Днище эллиптическое
Тип штуцера:	Непроходящий без укрепления

Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	5  мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	50 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	5 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	1 мм
Длина штуцера, l1:	160 мм