курсовая работа по расчету мембранного насоса. расчет насоса. 1. Анализ современной техники и технологии рекуперации пива из остаточных дрожжей
 Скачать 147.5 Kb.
|
|
2 Содержание Введение 1. Анализ современной техники и технологии рекуперации пива из остаточных дрожжей 1.1 Обзор современных способов рекуперации пива из избыточных дрожжей и выбор технического решения 1.1.1 Прессование дрожжей 1.1.2 Сепарация дрожжей 1.1.3 Мембранное фильтрование дрожжей 1.2 Обзор основных конструкций баромембранных аппаратов 1.3 Патентная проработка проекта 1.3.1 Аппарат для фильтрации жидкостей [3] 1.3.2 Способ и устройство для мембранной фильтрации [4] 1.3.3 Мембранный аппарат [5] 1.3.4 Мембранный аппарат [6] 2. Описание технологии производства нефильтрованного пива как системы процессов 2.1 Характеристика продукции и химический состав нефильтрованного пива 2.2 Показатели качества нефильтрованного пива 2.3 Характеристика технологического процесса производства светлого нефильтрованного пива 2.3.1 Затирание 2.3.2 Кипячение сусла 2.3.3 Брожение и дображивания пива 2.4 Описание технологической схемы производства пива 3. Описание разработанного объекта 3.1 Назначение и область применения разработанного объекта 3.2 Описание конструкции и принципа действия 4. Расчётная часть 4.1 Расчёт микрофильтрационной установки 4.1.1 Выбор схемы проведения процесса разделения 4.1.2 Выбор рабочих параметров процесса разделения 4.1.3 Выбор мембраны и определение её основных параметров 4.1.4 Технологический расчёт мембранного аппарата 4.1.5 Уточнённый технологический расчёт мембранного аппарата 4.1.6 Учёт влияния концентрационной поляризации 4.2 Расчёт гидравлического сопротивления мембранной установки 4.3 Подбор вспомогательного оборудования 4.3.1 Подбор насоса 4.3.2 Подбор циркуляционного насоса 4.3.3 Подбор ёмкостного оборудования и определение геометрических параметров 4.4 Расчёты, подтверждающие работоспособность изделия 4.4.1 Расчёт стенки цилиндрической обечайки 4.4.2 Расчёт днища аппарата 4.4.3 Расчёт фланцевого соединения 5. Технология изготовления основных деталей изделия 5.1 Технология изготовления фланцев 5.2 Технология изготовления эллиптичеких днищ 5.3 Изготовление обечайки 6. Монтаж, эксплуатация и ремонт микрофильтрационной установки 6.1 Аппарат микрофильтрационный 6.1.1 Порядок монтажа установки 6.1.2 Подготовка к пуску 6.1.3 Порядок работы 6.2 Центробежные насосы СД 16/25 и СД16/10б 6.2.1 Порядок установки 6.2.2 Подготовка к работе 6.2.3 Ремонтные работы и техническое обслуживание 6.3 Трубопроводы и трубопроводная арматура 7. Безопасность и экологичность проекта 7.1 Производственная безопасность 7.1.1 Физические опасные и вредные производственные факторы 7.1.2 Химические опасные и вредные производственные факторы 7.1.3 Биологические и психофизические опасные и вредные производственные факторы 7.2 Экологическая безопасность 7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 7.4 Расчёт заземляющего устройства электродвигателя микрофильтрационной установки 8. Бизнес-план 8.1 Резюме 8.2 Характеристика предприятия 8.3 Характеристика продукции 8.4 Характеристика конкурентов и выбор конкурентной стратегии 8.5 План маркетинга 8.6 Производственный план 8.7 Календарный план реализации проекта 8.8 Источники финансирования проекта 9. Технико-экономические расчёты 9.1 Расчет капиталовложений в проект 9.2 Расчет дополнительных текущих расходов при реализации проекта 9.3 Расчет экономии текущих затрат при реализации проекта 9.4 Расчёт годового экономического эффекта и показателя рентабельности капиталовложений (инвестиций) Заключение Список использованных источников Введение Пивоварение - материалоемкое производство, где степень использования сырья для получения готового продукта составляет примерно 75%, остальное переходит в технологические отходы, в большинстве своем являющиеся вторичными сырьевыми ресурсами. Одним из вторичных сырьевых ресурсов являются остаточные пивные дрожжи. На крупных и средних предприятиях используются и утилизируются менее 50% получаемых пивных дрожжей, что касается малых предприятий, то проблема экологизации для них стоит более остро и пока не решена. Решение этой проблемы является одной из наиболее важных приоритетной задачей в пивоваренной промышленности. Целью данного проекта является разработка мембранного фильтра с целью переработки остаточных пивных дрожжей. Создание и внедрение данного мембранного аппарата позволит сократить количество вредных для окружающей среды веществ, выбрасываемых со сточными водами. Зачастую избыточные дрожжи просто сливаются в канализацию, хотя в избыточных дрожжах содержится 1% пива от общего количества, которое можно вернуть в технологическую линию производства, что обеспечит дополнительную прибыль. Кроме этого, полученный концентрат пивных дрожжей представляет огромное пищевое значение. Полноценный белок дрожжей характеризуется высоким содержанием аминокислот. Сухие дрожжи, очищенные и обезгореченные, рекомендованы институтом питания РАМН. Для рекуперации пива из избыточных дрожжей наиболее перспективно применять мембранное фильтрование, так как в этом случае сохраняется целостная структура дрожжевых клеток, т.е. сохраняется биологическая ценность концентрата и обеспечивается высокое качество выделяемого пива из избыточных дрожжей, т.е. возможно отправление рекуперированного пива сразу на розлив. Рекуперация пива из избыточных дрожжей позволит предприятию получить дополнительную прибыль от реализации полученного пива; снизить количество отходов производства, что позволит улучшить экологическую обстановку. Кроме того, весьма повышается рентабельность производства за счёт увеличения объёмов производства без дополнительных затрат сырья. Таким образом, можно сделать вывод, что предприятия, использующие технологию рекуперация пива из избыточных дрожжей, будут более конкурентоспособными на рынке России за счет более эффективного использования сырья и, в свою очередь, значительно снизят показатели загрязненности окружающей среды. 1. Анализ современной техники и технологии рекуперации пива из остаточных дрожжей 1.1 Обзор современных способов рекуперации пива из избыточных дрожжей и выбор технического решения Под лагерным осадком понимают остающиеся в лагерном танке дрожжи, которые содержат пиво. Около 1% товарного пива может быть получено (после соответствующей обработки дрожжей) в виде пива из дрожжевого осадка. Кроме того, избыточные пивные дрожжи после соответствующей обработки, можно реализовывать в аптечной сети в качестве биологически активных добавок. Существуют несколько способов обработки раствора остаточных дрожжей: прессование дрожжей, сепарация дрожжей, мембранное фильтрование дрожжей [1]. 1.1.1 Прессование дрожжей Дрожжи закачивают в камерный фильтр-пресс, изображённый на рисунке 1.1, и отфильтровывают сквозь полипропиленовые салфетки. Благодаря прессованию под давлением 0,4 - 0,6 МПа, а в конце цикла - в 1,5 - 1,8 МПа, дрожжи по консистенции становятся похожи на пекарские. Из-за используемого в фильтре высокого давления недостатки этого способа делаются ещё более заметными. Они заключаются в повышении значений pH и повышенном содержании в пиве белка и нуклеиновых соединений, если до прессования дрожжи хранились долго и в тёплых условиях. Поэтому дрожжи необходимо прессовать сразу же после их сбора. 1 - камерные пластины с пазами для штока; 2 - фильтрующие салфетки Рисунок 1.1 - Камерный фильтр-пресс (принцип действия) 1.1.2 Сепарация дрожжей Щадящий метод рекуперации пива из дрожжей - это их сепарация, как показано на рисунке 1.2 В рециркуляционный танк 1 набирается определённое количество доаэрированной воды, которая подаётся насосом 6 к сепаратору 2. По пути вода смешивается с дрожжами, дозируемыми насосом 5. В сепараторе предварительного осветления 2большая часть дрожжей отделяется, а разбавленное водой отсепарированное пиво возвращается в рециркуляционный танк. Этот процесс повторяется при постоянном разбавлении пива водой и дальнейшем отделении дрожжей. В заключение смесь воды и пива подаётся на сепаратор для полного осветления, где происходит полное удаление дрожжевых клеток из пива. Недостатком этого способа обработки остаточных дрожжей является энергоёмкость процесса, так как для осуществления сепарирования требуется сепаратор, потребляющий большое количество энергии. Кроме этого, сепараторы имеют достаточно высокую стоимость, сложную конструкцию, сложность эксплуатации и монтажа. 1 - танк рециркуляции; 2 - сепаратор предварительного осветления; 3 - сепаратор полного осветления; 4 - пластинчатый теплообменник; 5 - насос для дозирования дрожжей; 6 - насос Рисунок 1.2 - Сепарация дрожжей 1.1.3 Мембранное фильтрование дрожжей Мембранный фильтр представляет собой фильтр, в котором поток жидкости движется сквозь фильтрующий слой не под прямым углом, а параллельно фильтрующей мембране, так что пиво диффундирует сквозь неё, а дрожжи уносятся дальше. Данный способ не требует вспомогательных фильтрующих средств и во все большей степени применяется для обработки избыточных дрожжей. При правильно подобранном режиме работы мембранной установки можно обеспечить приемлемые финансовые затраты при хорошем качестве пива, что особенно актуально в условиях малых предприятий. Мембранное фильтрование не требует для проведения процесса высоких температур, что положительно отражается на характеристиках конечного продукта. Мембранная установка не требует значительных энергозатрат, что даёт значительный экономический эффект. Ввиду очевидного преимущества мембранного фильтрования перед перечисленными выше способами рекуперации пива из остаточных дрожжей для решения поставленной задачи выделения дрожжей из лагерного остатка целесообразно применять именно мембранное фильтрование. 1.2 Обзор основных конструкций баромембранных аппаратов Основные требования, предъявляемые к мембранным аппаратам различных конструкций, - эффективное удаление с поверхности мембраны задерживаемых веществ (то есть снижение концентрационной поляризации, гелеобразования и загрязнения мембран) и компактность. Важны при этом простота, удобство сборки и монтажа установки. Разделение растворов в промышленных баромембранных процессах осуществляют на четырёх основных типах аппаратов: фильтр-пресс (или плоскокамерных), трубчатых, рулонных и на основе полых волокон [2]. Аппараты плоскокамерного типа собирают на основе плоскорамных элементов. Набор мембранных пакетов зажимают с помощью фланцев. Между мембранами по краям пакетов находятся рамки с отверстиями для отвода фильтрата и соответствующие прокладки (как правило, резиновые), предназначенные для герметизации. Схема ввода исходного раствора предусматривает последовательное и равномерное его прохождение над мембранами, расположенными на поверхности камер (рамок) сбора фильтрата, в которых находится дренажный материал. Аппараты данного типа имеют следующие недостатки: они требуют сложной герметизации элементов, невысокая плотность упаковки, неравномерность гидродинамических условий в отдельных зонах аппарата. В аппаратах трубчатого типа подача исходного раствора осуществляется внутрь трубки, разделительная поверхность (собственно сама мембрана) находится на внутренней её поверхности, оптимальный внутренний диаметр трубки 8 - 25 мм. При сборке аппаратов трубки укладывают в виде блоков, а их концы заливают герметизирующим компаундом. Основным недостатком такого типа аппаратов - очень низкая полезная площадь мембран. В аппаратах рулонного типа исходный раствор под давлением движется по напорном каналу параллельно оси элемента. Пермеат, проходя через мембрану, попадает в дренажный слой и по спирали через него отводится в трубку-коллектор. Область применения аппаратов с рулонными мембранными элементами - обессоливание минерализованных вод. Полое волокно представляет собой мембрану, выполненную в виде очень тонкого капилляра, строение которого может быть изотропным или анизотропным по толщине стенок, при этом активный слой может находиться как с внутренней, так и с внешней стороны. Следовательно, существует определённая аналогия между полым волокном и трубчатой мембраной, что обуславливает во многом аналогичные трубчатым конструкции аппаратов на их основе. Вместе с тем малый диаметр полого волокна создаёт принципиально лучшие характеристики этих аппаратов. Прежде всего, в результате малого диаметра волокна самонесущая конструкция мембраны может выдерживать без нарушений структуры воздействие высоких давлений. Вследствие малого диаметра как внутреннего так и внешнего сечения полых волокон, их общая разделяющая поверхность в единице объёма более чем на два порядка превосходит аналогичный показатель трубчатых элементов. Кроме того, при равномерном объёмном расходе линейная скорость во внутреннем канале полого волокна вблизи рабочей поверхности выше, чем в остальных аппаратах, вследствие этого снижается уровень вредного воздействия концентрационной поляризации и, следовательно, тенденция к загрязнению вследствие концентрационной поляризации в случае модулей на основе полых волокон незначительна. Ввиду очевидного преимущества мембранных модулей на основе полых волокон в баромембранной установке для микрофильтрационной обработки пива будем использовать именно данный тип мембранного модуля. 1.3 Патентная проработка проекта 1.3.1 Аппарат для фильтрации жидкостей [3] Изобретение относится к средствам очистки жидкостей и газов, например в сельском хозяйстве, медицинской, пищевой и микробиологической отраслях промышленности, а также может быть использовано для разделения и концентрирования технологических растворов, водоподготовки, очистки сточных вод других производств. Аппарат для фильтрации жидкостей, представленный на рисунке 1.3 содержит корпус поз.1, в котором соосно установлены центральная распределительная труба поз.2 с рядами отверстий поз.3 и набор трубчатых мембранных элементов поз.4, укрепленный в трубной решетке поз.5, крышку поз.6 с патрубком поз.7, днище поз.8, кольцевую чашку поз.9 для заглушки концов мембранных элементов, герметизирующие уплотнения между крышкой и трубной решеткой поз.10. Согласно изобретению днище закреплено на центральной распределительной трубе, трубная решетка и днище имеют кольцевые проточки для корпуса, верхний конец центральной распределительной трубы снабжен резьбой для крепления крышки, в крышке и трубной решетке выполнены кольцевые полости, патрубок на крышке расположен параллельно оси центральной распределительной трубы или под углом к ней, меньшем 90o, причем центральная распределительная труба имеет в центре неподвижную перегородку, а суммарное сечение отверстий в каждом ряду увеличивается от перегородки к периферии центральной распределительной трубы. Второй вариант аппарата содержит обечайку между крышкой и трубной решеткой, внутри которой размещен адсорбент между кольцевыми сетками. Технический результат - равномерное распределение жидкости или газа, повышение качества фильтрации, упрощение сборки-разборки, обеспечение замены всего набора мембранных элементов. Рисунок 1.3 - Аппарат для фильтрации жидкостей 1.3.2 Способ и устройство для мембранной фильтрации [4] Технический результат: фильтрация без забивания мембран во времени, а следовательно без уменьшения их производительности и без изменения их характеристик, что обеспечит их широкое применение при холодной стерилизации напитков и лекарственных средств, осветлении соков, вин и пива, плазмаферезе, концентрировании клеток, обработке сточных вод, получении чистой воды и т.д. В предложенных вариантах способа фильтрация ведется из потока раствора, перпендикулярного направлению транспорта, на жестких полупроницаемых керамических мембранах высокой пористости. Отличительной особенностью этих способов является создание условий фильтрации, при которых предотвращается образование гелевого слоя на поверхности мембраны в течение всего процесса фильтрации, для этого предлагается проводить фильтрацию в сочетании знакопеременного трансмембранного давления (ТМД) с направленными потоками фильтруемой жидкости. При положительном ТМД фильтруемая жидкость движется вдоль поверхности мембраны, а фильтрат удаляется наружу: при отрицательном ТМД часть фильтрата (не более 20%) возвращается обратно через поры мембраны и обеспечивает их очистку от застрявших частиц, при этом последующий поток фильтруемой жидкости, когда вновь создается положительное ТМД, смешивается с этими частицами и фильтрация происходит вновь на чистых мембранах. Заявлены устройства, одно из которых состоит из фильтр-поршня, который совершает возвратно-поступательное перемещение в жестком корпусе, при этом, благодаря использованию трех клапанов однонаправленного потока, двух эластичных непроницаемых мембран, двух дистанционных колец и других конструктивных особенностей. Во втором устройстве мембранный фильтр выполнен в соответствии с рисунком 1.4 в виде жесткой конструкции, неподвижно закрепленной в корпусе поз.1. Фильтр может состоять из одного пористого полупроницаемого цилиндра поз.28 или кассеты из нескольких небольшого диаметра полупроницаемых трубок поз. 19. Для создания пульсирующего ТМД используется поршень мембранного типа поз.9, который совершает возвратно-поступательное перемещение благодаря использованию соленоида поз.8. Соленоид также предлагается использовать для осуществления возвратно-поступательного перемещения фильтр-поршня. Кроме того, для создания необходимого рабочего зазора вдоль поверхности мембраны при использовании жестко закрепленного мембранного фильтра в конструкции предложено использовать плавающие или неподвижные мандрены поз 31. Рисунок 1.4 - Устройство для мембранной фильтрации |