Конструктивное решение аппарата

В этом пункте обосновывается принимаемая конструкция аппарата. При этом следует руководствоваться следующими основными требованиями.

Эксплуатационные требования

а) Соответствие аппарата целевому назначению. Это требование заключается в создании условий, оптимальных для проведения процесса, и обусловленных типом про­цесса, агрегатным состоянием обрабатываемых сред, их хими­ческим составом и физическими свойствами. Аппарату должна быть придана форма, обеспечивающая необходимые технологические условия протекания процесса (давление, температура, скорость движения потока; создание необходимого контакта фаз и др.).

Например, требуется подогреть и перемешать вязкий раствор, содержащий взвешенные частицы термонеустойчивого вещества (кристаллы сахара в растворе). Для этой цели могут быть при­менены два аппарата, изображенные на рисунке 1.

а б

Рисунок 1 – Схема мешалок:

а– не удовлетворяющей технологическим требованиям;

в– удовлетворяющей технологическим требованиям

 

В аппарате, изображенном на рисунке 1а, неизбежно осаждение осадка на дне и в углах. В этих местах будет происходить пригорание и разруше­ние продукта. Следовательно, форма этого аппарата не создает необходимых для протекания процесса условий. В большей сте­пени удовлетворяет целевому назначению аппарат, изображен­ный на рисунке 2б. Аппарат имеет сферическое днище, сопряжен­ное с цилиндрическим корпусом, и мешалку якорного типа. Все это предотвращает образование осадка и его пригорание на стенках днища. Из приведенного примера видно, что при конструировании аппарата необходимо знать и учитывать свойства обрабатываемой системы. Пренебрежение технологиче­скими требованиями ведет к порче продукта.

б) Высокая интенсивность работы аппарата. Одной из основных характеристик аппарата является его производитель­ность – количество сырья, перерабатываемого в аппаратах за единицу времени, или количество готового продукта, выдавае­мого аппаратом за единицу времени. Интенсивность работы ап­парата – это его производительность, отнесенная к какой-либо основной единице, характеризующей данный аппарат. Так, интенсивность работы сушилки выражается количеством удален­ной из материала за 1 ч воды, отнесенным к 1 м³ объема сушилки; интенсивность работы выпарных аппаратов – количест­вом выпариваемой за 1 ч воды, отнесенным к 1 м² поверхности нагрева.

Очевидно, что для достижения высокой производительности при малых габаритных размерах аппаратов интенсификация процесса является основной задачей производства. Пути её достижения различны для разных типов аппаратов. Однако можно установить некоторые общие методы повышения интенсивности работы аппаратов, не зависящие от их устрой­ства. Интенсификация достигается, например, путем замены периодических процессов непрерывными процессами, которые позволяют исключить затраты времени на вспомогательные операции и автоматизировать процесс. В ряде случаев интенсивность работы аппарата может быть повышена увеличе­нием скоростей движения рабочих органов и перемещаемых сред.

в) Коррозионная стойкость материала. Мате­риал, из которого изготовлен аппарат, должен быть устойчивым при воздействии на него обрабатываемых сред. В свою очередь, продукты взаимодействия среды и материала не должны обла­дать вредными свойствами в том случае, если продукт исполь­зуется для питания.

г) Малый расход энергии. Энергоемкость аппарата харак­теризуется расходом энергии на единицу перерабатываемого сырья или выпускаемой продукции. При всех прочих равных услови­ях аппарат тем совершеннее, чем меньше его энергоемкость.

д) Доступность для осмотра, чистки и ремонта. Для правильной эксплуатации аппарата его подвергают систематическим осмотрам, чистке и текущему ремонту. Конструкция аппарата должна обеспечивать возможность производить эти операции без дли­тельных остановок.

е) Надежность. Надежность аппарата и машины — способность выполнять заданные функции, сохранять свои эксплуатацион­ные показатели в заданных пределах в течение требуемого про­межутка времени.

Надежность аппарата обусловливается его безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью.

Требования техники безопасности

К аппаратам предъявля­ются требования безопасности и удобства обслуживания. Аппа­рат должен быть рассчитан и выполнен с надлежащим запасом прочности, снабжен оградительными устройствами для движу­щихся частей, предохранительными клапанами, автоматически­ми выключателями и другими приспособлениями для предотвра­щения взрывов и аварий.

Операции по загрузке сырья и выгрузке готовой продукции должны быть удобны и безопасны для рабочего персонала. Это обеспечивается целесообразной конструкцией люков и вентилей. Наиболее безопасны герметически закрытые аппараты непре­рывного действия с непрерывным потоком материалов.

Большие неудобства в обслуживании и опасность для рабо­чих создает применение ременной передачи для привода аппарата. С этой точки зрения предпочтительнее использовать индивидуаль­ный электропривод.

С учетом требований эргономики при построении аппаратов трудовой процесс аппарат­чика должен быть приспособлен к его физическим и психическим воз­можностям. Это должно обеспечить максимальную эффектив­ность труда и устранить возможную угрозу для здоровья.

Еще одно важное требование, специфическое для аппаратов пищевых производств, вытекает из назначения продукции пище­вых предприятий. На пищевых производствах должны быть обеспечены высокие санитарно-гигиенические условия, предот­вращающие возможность инфицирования продукции или загряз­нения ее продуктами воздействия среды и материала, из кото­рого построен аппарат. Это обеспечивается герметичностью ап­паратов, конструктивными формами, позволяющими произво­дить тщательную очистку, автоматизацией, дающей возмож­ность вести процесс без прикосновения человеческих рук, под­бором соответствующего материала для построения аппарата.

Конструктивные и эстетические требования

К этой группе относятся требования, связанные с проектиро­ванием, транспортированием и установкой аппарата. Основные из них следующие: стандартность и взаимозаменяемость деталей аппа­рата; наименьшая трудоемкость при сборке; удобство транспор­тирования, разборки и ремонта; минимальная масса, как всего аппарата, так и его отдельных частей.

Уменьшение массы аппарата снижает его стоимость. Оно может быть достигнуто за счет устранения излишних запасов проч­ности, а также при изменении формы аппарата. Так, при конст­руировании аппаратов цилиндрической формы по возможности следует выбирать такое отношение высоты к диаметру, при котором отношение площади поверхности к рабочему объему аппарата будет минимальным. При таком отношении минимальна и масса металла, расходуемого на построение аппарата. Во многих случаях к значительному сниже­нию массы аппарата приводит переход от клепаных конструк­ций к сварным, рационализация устройства отдельных узлов, применение металлов повышенной прочности и пластических ма­териалов (текстолита, винипласта и др.).

При проектировании аппаратов необходимо также обращать внимание на технологичность оборудования. Технологичной (с точки зрения машиностроения) называют такую конструкцию, которая может быть изготовлена с наименьшими затратами вре­мени и труда.

Аппарат должен иметь по возможности приятную для взгля­да форму и окраску.

Экономические требования

С точки зрения экономических требований стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации машины должна быть наибо­лее низкой.

Аппараты, удовлетворяющие эксплуатационным и конструк­тивным требованиям, неизбежно отвечают также и экономиче­ским требованиям. При внедрении новой техники и более совре­менных аппаратов может случиться, что самый современный ап­парат окажется более дорогим. Однако в этом случае, как пра­вило, стоимость эксплуатации аппаратов уменьшается, а каче­ство продукции улучшается, и, таким образом, внедрение ново­го аппарата становится целесообразным. Более подробно эконо­мические требования рассматриваются в курсах организации производства и экономики промышленности.

При проектировании аппарата необходимо стремиться к то­му, чтобы процесс, протекающий в нем, осуществлялся в опти­мальном варианте. Задача оптимизации заключается в том, что­бы выбрать такой вариант, при котором величина, характери­зующая работу аппарата и называемая критерием оптимизации, имела оп­тимальное значение. В качестве критерия оптимизации чаще всего выбирают себестоимость продукции и приведенные затраты. В таком случае перед проектировщиком ставится задача – спроектировать аппарат с такими данными, которые обеспечат минимальные приведенные затраты или минимальную себестоимость продукции.

Главнейшим этапом оптимизации после выбора критерия оптимизации является разработка метода расчета и составление математической модели аппарата. Пользуясь этой моделью, при помощи компьютера находят оптимальный вариант решения.