Министерство образования Российской Федерации ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Ма...
9 downloads
212 Views
321KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Министерство образования Российской Федерации ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Машины и аппараты пищевых производств» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА по оборудованию биотехнологических производств для студентов специальности 070100 «Биотехнология»
Составители Онхонова Л.О. Кобылкин А.В. Хамаев И.С. Бадмаев З.В.
Методические указания к выполнению курсового проекта по оборудованию биотехнологических производств разработаны Онхоновой Л.О., д.т.н., проф., Хамаевым И.С., доц., Бадмаевым З.В., аспирантом кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ВосточноСибирского государственного технологического университета. В методических указаниях излагаются методические основы курсового проектирования, дается примерная тематика проектов, общие требования по выполнению графической части и оформлению расчетнопояснительной записки. Методические указания предназначены для студентовбиотехнологов дневного, заочного обучения. При составлении методических указаний автор ориентировалась на материалы в соответствии со СТП ВСГТУ 10-99, кафедры МАПП и кафедр ведущих вузов страны. Ключевые слова:оборудование биотехнологических производств, теплообменные аппараты, механическое, измельчающее, сушильное, перемешивающее, растильное и т.д. оборудование, проектирование линии производства, модернизация, схема, конструкция, производительность, расчеты. Рецензент: Ханхасаев Г.Ф., д.т.н., проф., зав. кафедрой ТДУП
Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2003
г.Улан-Удэ 2003 Согласовано: Согласовано: ____________ __________________ Зав.кафедрой «Биотехнология» Зав.кафедрой МАПП Согласовано: ______________ Председатель методкомиссии
СОДЕРЖАНИЕ ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
Целевое назначение……………………..……………….. 5 Организация курсового проекта…………………..……. 6 Тематика курсовых проектов………….………….…….. 7 Объем и содержание курсового проекта………..……… 9 Содержание основных разделов расчетно-пояснительной записки……………………………………………………10 Введение…………………………………………….……10 1.Описание технологического процесса линии и перечня оборудования…………..……………………….10 2.Описание устройства и принципа работы машины……….…………………………………………..11 3.Расчетная часть……………………………………. ..11 3.1.Технологические,тепловые и другие расчеты……...11 Выводы……………………………………………………15 Требования по оформлению расчетно-пояснительной записки…………………………………………………. 16 Разделы, подразделы и пункты……………………… 17 Иллюстрации………………………………………….. 17 Формулы………………………………………………… 18 Таблицы………………………………………………… 19 Диаграммы и графики………………………………… 20 Список использованных источников…..…..…………. 21 Приложение…………………………..…………………. 24
Курс «Технологическое оборудование предприятий биотехнологических производств» является дисциплиной специального цикла. В нем излагаются основные теоретические положения, принципы построения и элементы рациональной эксплуатации современного технологического оборудования предприятий биотехнологических произ-водств. В результате изучения курса студенты должны: -знать устройство, принцип действия и элементы эксплуатации основного технологического оборудования; -уметь анализировать и рассчитывать основные эксплуатационные показатели машин и аппаратов отрасли; -иметь представление о путях совершенствования технологического оборудования. Курс завершается выполнением курсового проекта, в котором студенты должны показать свои знания и умение пользоваться ими в результате самостоятельного решения конкретной задачи, исходящей программой курса по изучению технологического оборудования. ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Курсовым проектированием руководит преподаватель курса «Технологическое оборудование биотехнологических производств». Темы курсовых проектов утверждаются на заседании кафедры и выдаются студентам на специальном бланке с указанием задания, датой выдачи, сроком выполнения проекта и датой защиты. Задание подписывается руководителем проекта и студентом. Самостоятельный выбор темы курсового проекта значительно облегчает студенту работу над темой, тем более, при переходности ее в дипломный проект.
При выполнении курсового проекта студент должен придерживаться графика выполнения проекта, определяемого преподавателем, и получить письменную (заочники) и устную консультацию, проводимую согласно графику, утвержденного кафедрой. После выполнения курсового проекта студенты дневного обучения должны представить преподавателю на проверку расчетнопояснительную записку и графический материал. После выполненных исправлений и дополнений студенты представляют курсовой проект на окончательное рассмотрение и допускаются к защите. Защиту курсовых проектов заслушивает комиссия из не менее двух преподавателей кафедры МАПП и кафедры биотехнологии. Студенты заочного обучения консультируются на кафедре не реже одного раза в неделю. Иногородние студенты высылают на кафедру: 1. Описание, схемы машин и аппаратов, их конструкции, компоновочные схемы и ориентировочные расчеты. 2. Чертежи проекта, оформленные в тонких линиях. Допускается представление компоновки на миллиметровой бумаге. По требованию преподавателя после выполненных исправлений и дополнений, проект высылается для повторной проверки. При исправлении чертежей и записки студент обязан оставлять на полях пометки преподавателя. Окончательная доработка проекта осуществляется студентами во время экзаменационной сессии. Студенты, не выполнившие проекты, не приславшие чертежи и записку на кафедру в течение учебного года для проверки, в период экзаменационной сессии не допускаются к защите проекта. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
Темы курсовых проектов соответствуют программе курса «Технологическое оборудование биотехнологических производств» и отвечают учебным целям курсового проектирования.
Тематика курсовых проектов может быть посвящена проектированию и разработке нового оборудования и модернизации существующего. Примерная тематика курсовых проектов. 1.Проектирование линии производства витамина В-12 с разработкой барометрического конденсатора. 2.Проектирование линии производства лекарственных препаратов с разработкой центробежного насоса. 3.Проектирование линии производства витамина В-12 с разработкой ферментатора. 4.Проектирование линии производства белково-витаминных концентратов с разработкой барометрического конденсатора. 5.Проектирование линии производства белково-витаминных концентратов с разработкой распылительной сушилки с центробежным распылением. 6.Производство бактериальных препаратов 7.Проектирование линии производства витамина В-12 с разработкой экстрактора. 8.Проектирование линии производства белковых продуктов с разработкой конденсатора трубчатого типа. 9.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой насоса роторного типа. 10.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой вакуум-выпарного аппарата. 11.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой центробежного насоса. 12.Проектирование линии производства кормового лизина с разработкой двухступенчатого вакуум-выпарного аппарата. 13.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой вальцовой сушилки. 14.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой распылительной сушилки. 15.Проектирование линии производства питьевого спирта с разработкой весового дозатора. 16.Проектирование линии производства питьевого спирта с разработкой объемного дозатора.
17.Проектирование линии производства питьевого спирта с разработкой автомата для розлива продукции. 18.Проектирование линии производства ферментных препаратов с разработкой стерилизатора вертикального типа. 19.Проектирование линии производства кормовых дрожжей с разработкой дозатора жидких сред. 20.Проектирование линии производства лекарственных препаратов с разработкой выпарного аппарата. 21.Проектирование линии производства лекарственных препаратов с разработкой экстрактора. 22.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора с механическим перемешиванием барботажного типа. 23.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора с пневматическим перемешиванием. 24.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора с интенсивным массообменом. 25.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора с механическим перемешиванием и вращающимися аэраторами. 26.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора струйного типа. 27.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой аппарата для выращивания микроорганизмов конструкции ВНИИбиотехники. 28.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора 29.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой ферментатора типа Б-50. 30.Проектирование линии получения продуктов микробного синтеза с разработкой дрожжерастильного аппарата АДР-76-900 для выращивания дрожжей на н-парафинах. 31.Модернизация автоклава периодического действия. 32.Проектирование биореактора 33.Проектирование суперцентрифуги. 34.Проектирование центрифуги фильтрующей с пульсирующей выгрузкой осадка типа ФГП.
35.Проектирование центрифуги осадительной горизонтальной со шнековой выгрузкой осадка типа ОГШ. 36.Проектирование центрифуги автоматизированной осадительной с ножевой выгрузкой осадка ОГН 903 К-1. 37.Проектирование центрифуги типа ФПД. 38.Проектирование центрифуги во взрывозащищенном исполнении типа ФГН-1254К-7. 39.Проектирование установки высокоскоростной бактофуги. 40.Проектирование сепаратора-осветлителя. 41.Проектирование сепаратора с центробежной непрерывной выгрузкой осадка. 42.Проектирование сепаратора во взрывозащищенном исполнении типа ОДЛ-633/6К-1. 43.Проектирование бактофуги фирмы «Альфа-Лаваль». Темы курсовых проектов могут изменяться по желанию студентов в зависимости от направления научных исследований на кафедре и по рекомендации научных руководителей. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части (чертежей). Объем расчетно-пояснительной записки составляет 20-30 страниц машинописного текста формата А4 (210х297 мм), объем графической части – 2 листа формата А1(594х841) (ГОСТ 2.301-68). В графической части студенты должны представить общую схему проектируемой линии и устройство в разрезе. При проектировании устройства, кроме его разреза, привести основной узел. Графический материал и расчетно-пояснительная записка должны полностью соответствовать теме проекта. Расчетно-пояснительная записка должна содержать следующие разделы: Введение; 1.Описание оборудования;
технологического
процесса
линии
и
перечня
2.Описание устройства и принципа работы машины; 3.Расчетная часть 3.1.Технологические, тепловые и другие расчеты; Выводы; Список использованных источников. В зависимости от проектируемой линии, вида оборудования, разрабатываемого в курсовом проекте, количество и содержание чертежей может быть изменено руководителем проекта. СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
РАЗДЕЛОВ
РАСЧЕТНО-
ВВЕДЕНИЕ
Во введении необходимо точно сформулировать основную задачу проекта, показать актуальность выполняемой темы в свете современного состояния отрасли. Во вводной части желательно привести новейшие материалы изучаемой проблемы, опубликованные в учебной, научной, технической и патентной литературе по фондам библиотек города и университета. 1.ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГ ЛИН ИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИИ И ПЕРЕЧНЯ ОБОРУДОВАНИЯ
При описании технологического процесса необходимо показать и описать в последовательности оборудование, без которого невозможно рассматривать технологический процесс. При описании оборудования и технологического процесса, осуществляемого на нем, необходимо приложить технологическую схему и ссылаться на нее. Например. Тема проекта «Проектирование линии производства витамина В-12 с разработкой барометрического конденсатора». Линия включает в себя следующее технологическое оборудование: сборник барды, декантатор барды, сборник сгущенной барды, сборник декантата барды, холодильник для охлаждения декантата барды, мерник метанола, мерник раствора хлористого кобальта, ферментатора для метанового брожения, мерник соляной
кислоты, мерник раствора сульфита натрия, смесителя метановой бражки, реактора для стабилизации витамина В-12 в метановой бражке, подогреватель стабилизированной метановой бражки, сепаратор газов, выделяющихся из метановой бражки, подогреватели метановой бражки, 4-х корпусная вакуум-выпарная установка, барометрический конденсатор, вакуум-насос, сборник сгущенной метановой бражки, промежуточный сборник метановой бражки, подогреватель сгущенной метановой бражки, распылительная сушилка с центробежным распылением, циклоны распылительной сушилки, бункер сухого концентрата, автомат для фасования витамина в мешки, скруббер для очистки дымовых газов сушилки от порошка концентрата, установка для каталитического сжигания газов, выделяющихся при подкислении и нагревании метановой бражки, газгольдер для газов брожения, холодильник для отделения воды из газов брожения, газовая печь распылительной сушилки. Описание линии необходимо начать с описания технологического процесса производства витамина В-12: подачи ацетоно-бутиловой барды из сборника барды 1 в декантатор 2, затем декантата путем его прокачивания через холодильник 4 и т.д. до получения сухого порошка с его расфасовкой в мешки. 2.ОПИСАНИЕ МАШИНЫ
УСТРОЙСТВА
И
ПРИНЦИПА
РАБОТЫ
В этом разделе необходимо дать подробное описание конструктивных особенностей машины, принципа работы ее, место в технологическом процессе. Конструкцию машины необходимо обязательно показать. 3.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Наиболее ответственной частью курсового проекта является расчетная. В этой части студент должен, прежде всего, привести обоснование исходных технических данных на разработку машины или аппарата и произвести расчеты согласно требованиям, указанным в задании.
Расчет в основном касается определения технологических, тепловых, гидравлических и др. показателей машин и аппаратов. В технологическом расчете студент должен произвести технологический, конструктивный расчеты, определяя технологическую производительность, размеры и площади аппарата и машины, и другие показатели. Пример. Расчет ферментатора с механической мешалкой и барботером. 3.1.Технологический расчет. Производительность ферментатора определяем по формуле: Q=к.V.g, где Q-производительность, кг/ч; V-вместимость, м3; g-объемная масса питательных сред, кг/м3; и т.д. Тепловой расчет производится согласно технологическому или тепловому режиму работы машины или аппарата. При расчете определяют тепловые показатели работы оборудования, например, расход пара на подогрев продукта, количество вторичных паров, количество воды, продукции, коэффициенты теплопередачи, теплоотдачи, тепловую нагрузку, средний температурный напор и т.д. по приведенным в учебной литературе формулам. Например, тепловой расчет теплообменных аппаратов. 3.2.Тепловой расчет теплообменных аппаратов Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к определению площади поверхности теплопередачи теплообменника (м2), которую находят из основного уравнения теплопередачи: F=Q/(К∆tср), где Q–тепловая нагрузка теплообменника, Вт; К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); ∆tср-средняя разность температур теплоносителей, К. Тепловую нагрузку без учета выделения теплоты или поглощения ее в процессах, протекающих в теплоносителях, и без
потерь в окружающую среду, можно выразить уравнением теплового баланса: Q=Q1=Q2, где Q1-количество теплоты, переданное горячим теплоносителем, Вт; Q2-количество теплоты, приобретенное холодным теплоносителем, Вт. Уравнение теплового баланса можно выразить через расход горячего теплоносителя G1(кг/с), его начальную і1н и конечную і1к энтальпии (Дж/кг) и расход холодного теплоносителя G2 с энтальпиями і2н и і2к: Q=G1(і1н-і1к)=G2(і2к-і2н). Если процесс теплообмена в теплоносителях протекает без (3.1) изменения агрегатного состояния, то: Q=G1с1(t1н-t1к)=G2с2(t2к-t2н), (3.4) где t1н, t1к и t2н, t2к – соответственно начальные и конечные температуры теплоносителей, К; с1 и с2-средние удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг К). Если в качестве горячего теплоносителя используется насыщенный водяной пар, то его расход D(кг/с): D=kG2с2(t2к-t2н)/(і1н-і1к), где k-коэффициент тепловых потерь (k=1,02…1,05); і1н-энтальпия греющего пара, Дж/кг (определяется по таблицам свойств водяного пара); і1к-энтальпия конденсата, Дж/кг. і1к=скt1к, где ск-удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг.К); t1к-средняя температура конденсата, К. Коэффициент теплопередачи для плоской стенки К (Вт/(м2К) определяется: для приближенного расчета К=
ϕ
1/α1 + δ/λ + 1/α2
для точного расчета К= (при
1 1/α1 + δ/λ + δ1/λ1 + 1/α2
где φ-коэффициент использования поверхности теплообмена слабом загрязнении поверхности φ=0,7…0,8, при сильном
φ=0,4…0,6); α1 и α2-коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя, Вт/(м2К); δ и δ1-толщины стенки и слоя осадка, м; λ и λ1-коэффициенты теплопроводности материала стенки и слоя осадка, Вт/(м.К). Второе уравнение можно с достаточной точностью использовать для расчета коэффициента теплопередачи К через цилиндрическую стенку, если: dв=0,5dн, где dв и dн-диаметры внутренний и наружный, м. Площадь поверхности теплообмена в этом случае определяют по среднему диаметру dср=0,5 (dв+dн). Коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 рассчитывают в основном по числу Нуссельта: α=Nuλ/ℓ, где λ-коэффициент теплопроводности того теплоносителя, для которого определяют α, Вт/(мК) (определяют из расчета либо находят экспериментально); ℓ-определяющий геометрический размер, м. Для плоского потока жидкостей между пластинами ℓ можно вычислить, как эквивалентный диаметр канала: ℓ=4F/П=4bh/2b=2h, где F–площадь поперечного сечения потока, м2; П-смоченный периметр, м; b и h –ширина и глубина потока (расстояние между пластинами). Гидравлический расчет сводится к определению потерь напора продукта в канале, гидравлических сопротивлений, скорости и режима движения. Критерий Нуссельта рассчитывают по критериальным уравнениям типа: Nu=ARemPrn(Prж/ Prст)s. A, m, n, s принимаются в зависимости от конкретных условий теплообмена и постоянны для каждого типа теплообменников. Критерий Рейнольдса: Re=νℓ/υ, где ν-скорость движения теплоносителя, м/с; ℓ-определяющий размер; υ-коэффициент кинематической вязкости, м2/с. Критерий Прандтля: Pr=ν/а=сµ/λ,
где а-коэффициент температуропроводности, м2/с; µкоэффициент динамической вязкости, Пас. Отношение Prж/Prст учитывает направление потока и влияние температурного напора. В приблизительных расчетах величину этого отношения можно принимать: при нагревании жидкости –1,05, при охлаждении-0,95. В теплообменниках при вынужденной конвекции и значительном турбулентном движении в трубах или каналах (Rе>10000) (3.9) (кожухотрубные, пластинчатые, спиральные теплообменники) сравнительно точный результат дает следующее уравнение: Nu=0,021 Rе0,8Pr0,43 (Prж/Prст)0,25 При 0,6