Совершенствование технологии обработки молока с разработкой вакуумного фильтра охладителя в доильной установке АДМ-8 (дипломный проект)

Содержание

Введение...................................................................................6
1. Характеристика хозяйства.....................................7
1.1. Природно-производственная характеристика хозяйства....................7
1.2. Анализ развития растениеводства........................9
1.3. Анализ развития животноводства..................11
2. Технологическая часть................14
2.1. Механизация водоснабжения и поения животных....14
2.2. Расчет микроклимата...............19
2.3. Расчет естественного освещения...............23
2.4. Расчет производственной линии кормов............23
2.5. Механизация навозоудаления...................27
2.6. Машинное доение и первичная обработка молока..........................30
3. Конструкторская часть........................34
3.1. Анализ существующих конструкций.............34
3.2. Описание работы предлагаемой конструкции................................38
3.3. Конструктивные расчеты.....................39
3.3.1. Расчет нормальных напряжений в сечении охладителя..................40
3.3.2. Определение давления на стенки охладителя. Расчет внутреннего и наружного диаметров.......42
4. БЖД и экологичность проекта...................45
4.1. Состояние охраны труда в хозяйстве................45
4.2. Обстоятельства и причины несчастных случаев..............................46
4.3. Мероприятия по предупреждению травматизма.........46
4.4. Состояние заболеваний в хозяйстве........................47
4.5. Мероприятия по предупреждению заболеваний...............47
4.6. Анализ условий труда в хозяйстве........47
4.7. Мероприятия по улучшению условий труда..............48
4.8. Противопожарная безопасность..........................48
4.9. Противопожарные мероприятия.......................48
4.10. Разработка стола для промывки и разборки оборудования установки..48
4.11. Экологичность проекта........................49
4.12. Мероприятия по снижению действия вредных факторов.................49
5. Экономическая часть........................50
5.1. Расчет экономической эффективности.........50
5.1.1. Годовой объем работ..........................51
5.1.2. Годовой фонд времени...........................51
5.1.3. Расчет числа установок.......................52
5.1.4. Расчет числа дояров..............................52
5.1.5. Трудоемкость процесса......................52
5.1.6. Производительность труда........................53
5.1.7. Расчет эксплуатационных затрат.............53
5.1.8. Удельные эксплуатационные затраты..........56
5.1.9. Удельные капиталовложения.....................57
5.1.10. Удельные приведенные затраты............58
5.1.11. Расчет энергоемкости...................58
5.1.12. Расчет металлоемкости.................58
5.1.13. Расчет энерговооруженности труда...........58
5.1.14. Годовой экономический эффект...............58
Список использованных источников..........60
Приложения........................61




3 Конструктивная часть

3.1 Анализ существующих конструкций
Известны разнообразные конструкции молочных фильтров, используемых в животноводстве, начиная от самых простых, заканчивая довольно сложными конструкциями. Все они преследуют одну цель – фильтрование молока, то есть отделение возможных примесей. К молочным фильтрам предъявляются следующие требования:
1) Отсутствие отрицательного воздействия на молоко.
2) Обеспечение заданной производительности и требуемого качества фильтрации.
3) Конструкция должна быть технологична, обладать малой металлоемкостью, быть ремонтно-пригодной, удобной в эксплуатации и несложной при монтаже.
Нелишним будет и применение в конструкции предохранительных устройств в случае возникновения аварийной ситуации.
Рассмотрим конструкцию молочного фильтра, предложенную В.А. Ли и А.В. Ли (Ташкентский агропромышленный комитет), авторское свидетельство СССР No 863553, кл В01D29/10, 1984 год. Изобретение предназначено для использования в фильтровальных устройствах, применяемых на молочно-товарных фермах и молокозаводах при первичной очистке молока от твердых примесей. Конструкция фильтра представлена на рисунке 3.1.
Фильтр состоит из сетчатого сетчатого каркрса 1 цилиндрической формы к которому прилегает фильтрующий элемент 2, выполненный в виде пакета из фильтровального полотна. Элемент 2 с каркасом 1 установлен на патрубке 3 и закреплен проволочной защелкой 4.
Фильтр обладает неоспоримым достоинством – простота конструкции, но также обладает рядом недостатков: невозможно контролировать ни степень засоренности, ни качество очистки молока при этом также нет защиты при аварийном забивании фильтра

Рисунок 3.1 - Схема молочного фильтра: 1-сетчатый каркас, 2-фильтрующий элемент, 3-патрубок, 4-проволочная защелка

Несколько иная схема работы у фильтра молочного, патент Великобритании No 1059526, кл А01З11/06,1967; патент Франции No 2434565,кл А01З9/02, 1980 год, разработанного Я. А. Квелде и Л.И Киреновым (Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства).

Рисунок 3.2 - Схема молочного вакуумного фильтра: 1-входной патрубок; 2-корпус; 3-пробка; 4-фильтрующий элемент; 5- кольцо; 6-выходной патрубок; 7- обводной патрубок; 8-клапан; 9-контакты
Вакуумный молочный фильтр состоит из цилиндрического корпуса с входным и выходным патрубками соединенный с источником вакуума,
с фильтрующим элементом, размещенным внутри корпуса. Отличается от первой конструкции наличием патрубка с клапаном и сигнализирующим устройством для соединения приемной камеры с выходным патрубком. Положительная сторона конструкции – наличие защиты в случае забивания фильтрующего элемента. Недостаток конструкции - при открывании клапана в случае возникновения аварийной ситуации, молоко перестает фильтроваться, то есть фильтр не работает. Налицо несовершенство конструкции.
Иную конструкции имеет молочный фильтр, предложенный Ставропольской государственной сельскохозяйственной академией. Разработчики Капустин И.В., Доронин Б.А., Капустин А.И., Коломысов И.Н. Патент РФ No 2115306,1998 год.
Особенность конструкции в том, что устройство имеет две степени очистки – фильтр грубой очистки и фильтр тонкой очистки. Фильтр тонкой очистки имеет дополнительный корпус, с продольной боковой щелью, вокруг которой смонтировано беличье колесо с ребрами, образующими секторы с фильтрующим элементом тонкой очистки. К недостаткам данной конструкции можно отнести ее сложность и отсутствие сигнализации о степени засорения секторов фильтрующего элемента.
Следующая конструкция предназначена для использования в молокопроводных системах на животноводческих фермах. Разработчики: Марьяхин Ф.Г., Учеваткин А.И., Коршунов Б.П., Костин Б.Т., Еремин В.М. (Республиканский научный хозрасчетный инновационный центр агропромышленного хозяйства). Выдан патент РФ No 2154377, кл. А01З11/06,1999 год.


Рисунок 3.3 - Схема молочного фильтра: 1-приемник молока; 2-входной патрубок; 3-выходной патрубок; 4-фильтр грубой очистки; 5-конусная пробка; 6-шток; 7-отстойник; 8-корпус; 9-цилиндрическая камера; 10-боковая щель; 11-выходной патрубок; 12-фильтрующий элемент; 13-беличье колесо; 14-ребро боковое; 15-поршень; 16-хвостик; 17-гайка; 18-опорная втулка; 19-направляющие отверстия; 20,21-пружины; 22-сток

Рисунок 3.4 - Схема молочного фильтра: 1-внутренняя трубка; 2-подводящий патрубок; 3-выходной патрубок; 4-корпус; 5-фильтр тонкой очистки; 6-отверстия; 7- ограждающая сетка; 8-фильтр грубой очистки; 9-выходной патрубок; 10-вентиль

Он состоит из корпуса, верхние и нижние торцы которого герметично закрыты крышками. Наружный корпус заполнен фильтрующим элементом тонкой очистки и сообщен с полостью внутреннего корпуса через отверстия. В нижней части внутреннего корпуса установлены сетчатые сетчатые ограждения между которыми помещен фильтр грубой очистки. На отводящем патрубке установлен регулирующий вентиль. Недостаток данной конструкции состоит в том, что невозможно определить, насколько засорены фильтрующие элементы без разборки, также отсутствует защита на случай забивания фильтра.

3.2 Описание технологии работы предлагаемой конструкции
Задачей конструктивной части выполняемой работы является разработка конструкции вакуумного молочного фильтра, лишенного в ходе анализа конструкций недостатков, который позволяет одновременно с фильтрацией молока одновременно и охлаждать его, что повышает время хранения молока и соответственно качество продукции. Конструкция предлагаемого вакуумного молочного фильтра-охладителя представлена на рисунке 3.5.


Рисунок 3.5 - Схема вакуумного молочного фильтра-охладителя: 1-корпус; 2-подводящий штуцер; 3-контакты; 4- предохранительный клапан; 5-обводной патрубок; 6-выходной патрубок; 7,8-уплотнительные кольца; 9-змеевик-охладитель; 10- пробка
Вакуумный молочный фильтр-охладитель работает следующим образом.
В процессе дойки молоко из доильных аппаратов по молокопроводу поступает через входной патрубок 2 в приемную камеру, образованную полостью корпуса 1. В этой камере молоко проходя через фильтрующий элемент 11 очищается от механических примесей, затем поступает на поверхность змеевика-охладителя 9, в котором протекает охлажденная вода из холодильной установки. Двигаясь вдоль змеевика по внутренней поверхности молоко охлаждается и затем проходит еще раз через фильтрующий элемент 11, очищаясь таким образом от мелких механических примесей.
При длительной фильтрации молока без промывки фильтрующего элемента, слой осадка на нем увеличивается из-за чего возрастает гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента 11. Вследствие этого молоко приподнимает поршень клапана 4 и по обводному патрубку 5 перетекает в следующую полость, фильтруется, охлаждается, повторно фильтруется и вытекает из выходного патрубка 6. Так как поршень клапана 4, поднимаясь, замыкает контакты 3, подается звуковой или световой сигнал, говорящий о необходимости промывки или замены фильтрующего элемента.

3.3 Конструктивные расчеты
Предлагаемый змеевик представляем в виде полого цилиндра, рисунок 3.6.


Рисунок 3.6 - Расчетная схема
3.3.1. Определяем нормальные напряжения, возникающие в сечении по формуле:
, (3.1)

где Мх – изгибающий момент, Н•м;
Iх – момент инерции, м4;
I – расстояние от нейтральной оси до точки, в которой вычисляются нормальные напряжения, м.
Или с учетом момента сопротивления Wх, выразим:

, (3.2)

Для кольца:

, (3.3)

где d – наружный диаметр сечения, м;
c=d0/d
где d – внутренний диаметр сечения.
Тогда:


, (3.4)

При этом:
, (3.5)

Для определения d0 воспользуемся следующей формулой:
, (3.6)

где l – длина цилиндра (змеевика).
Причем рабочую поверхность охладителя можно также определить через уравнение теплового баланса:

, (3.7)

где G – количество охлаждаемой жидкости, кг.;
С – теплоемкость, Дж/кг•град;
tн – начальная температура молока, °С;
tк – конечная температура молока, °С;
Δtср – средняя логарифмическая разность температур;


; (3.8)

где Δtmax и Δtmin – разность температур между жидкостями в начале и конце процесса.
С учетом того, что расход жидкости для простого трубопровода определяется:

; (3.9)

где μ – коэффициент расхода;
s – площадь живого сечения, м2;
  q – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – напор, м.
Причем:
Q=s•vср,  (3.10)

где vср – средняя скорость движения охлаждающей жидкости, м/с.
Тогда учитывая формулы (3.6),(3.7),(3.9),(3.10) получим следующее уравнение:



Отсюда выражаем d0:

, (3.12)

Далее находим значение d0:

.3.3.2 Находим давление на стенки.
 Давление определяется по формуле:

; (3.13)

где F – действующая сила, Н;
S – площадь, м2;
Для нашего случая:

P=γ•H; (3.14)

где γ – удельный вес охлаждающей жидкости, Н/м3;
Тогда с учетом формулы (3.6) получим:

F= ; (3.15)

Тогда момент при действии этой силы будет равен:

; (3.16)

Для определения диаметра d подставим формулу (3.16) в формулу (3.5):

; (3.17)

Подставив в формулу (3.17) значения переменных, находим значение d:



Таким образом, при выполнении расчетов были получены следующие
данные: требуемый внутренний диаметр для охладителя потока молока
d0=3.87 мм; в свою очередь, внешний диаметр змеевика равен d=71,2 мм. Из конструктивных соображений принимаем внутренний диаметр d0=45 мм, наружный диаметр d=75 мм. Следовательно, змеевик-охладитель будем навивать трубкой с наружным диаметром dтр=15 мм и толщиной стенки 1 мм (соответственно, внутренний диаметр трубки d0 тр=13 мм).


4 Безопасность жизнедеятельности

4.1 Состояние охраны труда
Таблица 4.1. Показатели по охране труда.
No п/п Показатели 2003г 2004г 2005г
1 Среднегодовой списочный
состав работающих, чел. 201 184 195
2 Число пострадавших в результате
травматизма, чел 2 3 5
3 Число потерянных рабочих дней в результате травматизма 42 21 35
4 Число заболевших, чел 27 31 15
5 Число потерянных рабочих дней в результате болезни 324 558 180
6 Коэффициент частоты травматизма на 1000 работающих  0,385 0,549 0,940
7 Коэффициент тяжести травматизма 21 7 7
8 Коэффициент потерь рабочего времени в результате травматизма на 1000 работающих 8,085 3,843 6,58
9 Ассигнования на охрану труда на 1 работающего, руб. 45,2 46,5 62,3
10 Ассигнования на охрану труда в целом по хозяйству, руб.  23445 23380 33120