Механизация производства молочной фермы с разработкой аккумулятора естественного холода

Механизация производства молочной фермы с разработкой аккумулятора естественного холода

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет механизации сельского хозяйства

Специальность „Механизация сельского хозяйства”

Кафедра механизации производственных процессов в животноводстве

Пояснительная записка к дипломному проекту

Механизация производства молочной фермы с разработкой аккумулятора естественного холода

Дипломник Папченко С.В.

Руководитель доцент Вольвак С.Ф.

Луганск 2004

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

.1 Общие сведения о хозяйстве

.2 Анализ отрасли растениеводства

.3 Анализ отрасли животноводства

.4 Анализ цеха механизации

.5 Экономический анализ

.6 Обоснование темы проекта

. ТЕХНОЛОГИЧЕКАЯ ЧАСТЬ

.1 Технология первичной обработки молока

.2 Зоотехнические требования к технологическому процессу первичной обработки молока

.3 Расчет оборудования ПТЛ первичной обработки молока

.4 Расчет процесса охлаждения молока

.5 Расчет процесса рекуперации тепла

.6 Составление технологической карты

.7 Расчет площади помещения молочной

. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

.1 Анализ конструкций устройств для охлаждения молока и обоснование выбранной установки

.2 Технологический расчет установки

.3 Расчет ванны

.4 Расчет распылителя

.5 Прочностной расчет         

. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

.1 Мероприятия по охране труда

.2 Расчет вентиляции

.3 Расчет освещения

.4 Безопасность и экологичность проектируемой установки для охлаждения воды

. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

АННОТАЦИЯ

Расчетно-пояснительная записка к данному проекту выполнена в соответствии с заданием.

Раздел «Анализ производственной деятельности» раскрывает состояние отраслей растениеводства и животноводства хозяйства за последние 3 года.

В технологическом решении дан расчет технологической линии и технологии первичной обработки молока на фермской молочной, с использованием энергосберегающих технологий.

В следующем разделе выполнен конструктивный расчет установки для охлаждения воды естественным льдом.

В разделе «Безопасность и экологичность проекта» дан обзор мероприятий по охране труда на ферме и в молочной, а также при использовании холодильной установки; приведены расчеты вентиляции, искусственного освещения, молниеотвода и зануления.

Раздел «Экономическое обоснование проекта» показывает целесообразность использования предложенной разработки.

Расчетно-пояснительная записка состоит из 83 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 5 рисунков и 2 приложений на 2 страницах.

ВВЕДЕНИЕ

В задачах сельскохозяйственного производства подчеркивается развитие материально-технической и энергетической базы агропромышленного комплекса.

Среди первоочередных и важнейших задач агропромышленного комплекса следует выделить производство высококачественных продуктов животноводства на индустриальной основе. Насколько важна эта основа можно судить по цифрам производства мяса и молока.

Дальнейшее развитие производства сельскохозяйственной продукции невозможно без его технического перевооружения.

Современные животноводческие фермы и комплексы должны насыщаться новой сложной высокопроизводительной техникой. Ведутся работы по созданию технологических линий машинного доения коров с обработкой молока, раздачи кормов, также по созданию машин и оборудования для консервирования кормов и обработки соломы.

Во многих передовых и опытных хозяйствах страны осуществлена комплексная механизация и автоматизация животноводства.

Огромные резервы увеличения объемов и снижения себестоимости продукции животноводства заложены в развитии специализации и концентрации производства, создании крупных специализированных предприятий: птицефабрик, комплексов по производству говядины, свинины, молока.

Машинная технология качественно изменила труд животноводства, подняла его производительность, позволила внедрить ранее неизвестные технологические процессы, резко увеличить продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы. Громадное значение при этом имеет применение электрической и других нетрадиционных видов энергии, в том числе природной энергии, чему и посвящен данный дипломный проект.

1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ предприятия

1.1 Общие сведения о хозяйстве

Учебно-опытное хозяйство Луганского национального аграрного университета является учебной базой для производственного обучения студентов, проведения научно-исследовательской и опытной работы специальных кафедр университета. Оно было организовано в 1934 году на базе овощного совхоза имени Первого Мая и имело земельную площадь 1127 га. При возросшем контингенте студентов стационара и заочного обучения такой размер учебно-опытного хозяйства и его материальная база не отвечали тем требованиям, которые ставились перед производственной аудиторией. В 1961 году земельная площадь была увеличена до 3980 га за счет земель Луганской областной сельскохозяйственной опытной станции, которая в свою очередь была организована на базе совхоза имени Дзержинского.

Хозяйство расположено в семи километрах на запад от областного центра г. Луганска, в пяти километрах от железнодорожной станции Луганск, в трех километрах от железнодорожной товарной станции. По административному делению центральная усадьба хозяйства относится к Артемовскому району г. Луганска. Земли хозяйства разделяются на две части автострадой и железной дорогой, связывающей г. Луганск с промышленными городами - Алчевск, Донецк, Харьков и др.

По данным учета земель на 1.01.2004 г. за учхозом закреплено 2810 га земель, в том числе: пашня - 2167 га; сенокосы - 6,5 га; пастбища - 324,1 га; всего сельхозугодий - 2497,6 га.

Под производственными зданиями и сооружениями находится - 76 га земли; под хозяйственными дорогами и прогонами - 37 га; под лесными насаждениями - 70 га, в т.ч. лесом - 37 га, лесополосами - 19 га, кустарниками - 16 га. Болота занимают 7 га земли, овраги - 4 га. Каменистая местность охватывает 64 га, водой покрыто 1 га (пруды), мелиоративные земли составляют 22 га.

Климат на территории учебно-опытного хозяйства ЛНАУ характеризуется довольно высокими летними температурами и большими суточными колебаниями, особенно зимой, недостаточными и неустойчивыми условиями увлажнения. В среднем за год выпадает около 460 мм осадков с колебаниями от 250 до 760 мм. Зима неустойчива и малоснежна. Наиболее холодным месяцем является январь со среднесуточной температурой минус15 ºС.

В течение зимы наблюдаются частые оттепели с полным сходом снежного покрова. Количество осадков за зиму изменяется от 80 до 120 мм. Они выпадают как в виде снега, так и в виде дождя. Снежный покров устанавливается в среднем в третьей декаде декабря и разрушается в первой половине марта, высота его колеблется от 2…3 до 10…13 см. Почва промерзает в среднем на 50...55 см, а в холодные годы до 120…140 см.

Продолжительность вегетативной весны небольшая. Начинается она в большинстве лет в первой декаде апреля и заканчивается к первой декаде мая. Весной часто наблюдается снижение оптимальной влажности воздуха до 30 % и ниже, а в отдельные годы возможны суховеи и пыльные бури.

Средняя продолжительность безморозного периода 165…220 дней. Условия увлажнения в летний период крайне неустойчивы. Ряд лет создается диспропорция между теплом и влагой, что приводит к недобору сельскохозяйственной продукции.

Землепользование учебно-опытного хозяйства расположено в долине рек Лугань и Белой, а также на водоразделе реки Лугань - Мошинский Яр. На правобережье указанных рек сформированы пойменные участки с выровненной или слегка волнистой поверхностью. Переход поймы в надпойменную террасу выражен пологим склоном крутизной 3…6 градусов, шириной 1000…1300 метров. Надпойменная терасса имеет спокойный рельеф с преобладанием слабопойменных склонов различной крутизны от 0 до 20°.

В связи с преобладанием в хозяйстве склонов различной крутизны более половины земель подвержены водной и ветровой эрозии. Почвенный покров довольно разнообразен и включает 38 почвенных видов.

Землепользование хозяйства относится к числу сравнительно небольших хозяйств Украины. Земельные угодия хозяйства отличаются между собой способом хозяйственного использования и их природными особенностями. Структура землепользования, размеры площадей и их удельные веса в общей земельной площади хозяйства за 2001-2003 годы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Структура землепользования сельскохозяйственных угодий

1.2 Анализ отрасли растениеводства

В растениеводческой отрасли хозяйство занимается возделыванием озимой пшеницы, озимой ржи, ячменя, проса, кукурузы, гороха, гречки, овса, кормовой свеклы, подсолнечника. Овощеводство представлено такими культурами: капуста, лук, помидоры, огурцы, свекла столовая, морковь, кабачки. Структура культур, их урожайность и валовой сбор за 2001 - 2003 годы представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Урожайность и валовой сбор сельскохозяйственных культур

Из приведенных данных таблицы 1.2 видно, что 2003 год для растениеводства являлся непоказательным из-за плохих погодных условий. Валовый сбор зерновых культур резко снизился в 2003 году по сравнению с 2002 годом, а валовый сбор кормовых и технических культур увеличился.

1.3 Анализ отрасли животноводства

Животноводство хозяйства представлено молочными коровами, КРС на откорме и свиньями. Производство продукции животноводства и его продуктивность в хозяйстве приведены за 2001 - 2003 в таблице 1.3.

Из приведенных в таблице 1.3 данных видно, что в сравнении с 2002 годом производство молока в 2003 году уменьшилось на 3557 ц, удой на фуражную корову уменьшился на 1186 кг, производство мяса уменьшилось на 951 ц.

Таблица 1.3 - Основные показатели развития животноводства

1.4 Анализ цеха механизации

В учебном хозяйстве ЛНАУ в достаточном количестве имеется тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники для комплексной механизации производственных процессов. Данные о наличии сельскохозяйственной техники на 1.01. 2004 г. приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Наличие сельскохозяйственной техники

Система инженерно-технической службы хозяйства представляет собой следующие отделы и должности.

Во главе инженерно-технической службы учебного хозяйства ЛНАУ стоит главный инженер. В его подчинении находятся: инженер по эксплуатации машинно-тракторного парка, заведующий центральной ремонтной мастерской, заведующий машинным двором, заведующий автогаражом, автомеханик, инженер по механизации трудоемких процессов в животноводстве, бригадиры тракторных бригад и мастера-наладчики.

В хозяйстве имеется главный инженер-энергетик. В его подчинении находятся старший техник-электрик и техники-электрики бригад. В хозяйстве также имеется инженер по охране труда и противопожарной безопасности.

1.5 Экономический анализ

В составе хозяйства работает 21 самостоятельное подразделение, из которых 7 занимаются производством сельскохозяйственной продукции, 6 - их переработкой, 5 - обслуживающих цехов и службы жилищно-коммунального хозяйства и общественного питания.

Для оперативного управления этими подразделениями в хозяйстве создано 5 цехов:

1.  Цех растениеводства - по производству зерновых, технических, кормовых культур и овощей, включая семеноводство.

2.      Цех животноводства - по производству молока, мяса, крупного рогатого скота и свинины, включая производство племенного скота.

3.  Цех механизации - обеспечивает механизацию основных технологических процессов, а также ремонт и обслуживание вспомогательных работ в цехах хозяйства.

4.      Консервный цех - производит переработку сельскохозяйственной продукции (более 100 видов наименований) из собственного и привозного сырья, с хранением и последующей их реализацией потребителю.

5.      Строительный цех - производит капитальное строительство объектов сельскохозяйственного назначения и соцкультбыта, а также текущие и капитальные ремонты зданий и сооружений в хозяйстве.

Такая организация производства увеличивает управляемость коллективом со стороны главных специалистов, а бригадирам и заведующим фермами дает возможность заниматься технологией, производством, экономикой.

Из приведенных выше данных видно, что площади сельскохозяйственных угодий и пашни на протяжении ряда лет имеют тенденцию к постепенному уменьшению.

Анализ выручки от реализации основных видов продукции представлен в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Анализ выручки от реализации основных видов продукции

Анализируя таблицу 1.5, видим, что структура товарной продукции в разрезе ее отдельных видов по годам колеблется. Так удельный вес зерновых культур изменяется от 37,2 до 28,9%; максимальная доля подсолнечника - 12,8%; овощей - от 1,0 до 6,0%; молока - от 4,6 до 13,2%, при чем, начиная с 2001 года, просматривается тенденция на снижение удельного веса молока, что вызвано очевидно сокращением поголовья КРС; мяса - от 2,6% до 8,4%. За последние годы остается высокий удельный вес прочей продукции растениеводства - от 4,6 до 5,4%. Сюда входят элитные и сортовые семена многолетних трав, лук-чернушка и другие. В целом в структуре товарной продукции на долю растениеводства приходится от 48,1 до 49,1%, а животноводства от 19,9 до 25,1%.

Кормовая база является одним из наиболее важных факторов повышения продуктивности животных. О состоянии обеспеченности скота кормами по Учхозу ЛНАУ можно судить из таблицы 1.6. При анализе данной таблицы видно, что расход кормов в 2003 г. уменьшился по сравнению с 2001 г. на 6,3 центнеров кормовых единиц за счет уменьшения расхода кормов на 1 условную голову и фактической численности поголовья животных.

Таблица 1.6 - Баланс обеспеченности скота кормами

Основные производственные и экономические показатели по учебно-опытному хозяйству ЛНАУ за последние годы приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7 - Основные экономические показатели работы Учхоза ЛНАУ

Анализируя данные таблицы 1.7, видим, что производство валовой продукции с/х имеет тенденцию к уменьшению. Прибыль - это один из важнейших показателей эффективности с/х производства. Прибыль определяется как разница между выручкой от реализации и себестоимостью реализованной продукции. Прибыль - отрицательная величина за счет убыточности животноводства.

Учебно-опытное хозяйство Луганского национального агарного университета за анализируемый период времени (2001 - 2003 гг.) в целом может вести рентабельное производство продукции отраслей растениеводства и животноводства. Необходимо уделить внимание отрасли животноводства, которое убыточно.

1.6 Обоснование темы проекта

Одно из основных производственных направлений хозяйства - молочное. Анализ производственной деятельности хозяйства показал, что валовой выход продукции животноводства, в том числе молока, значительно уменьшился, но на перспективу планируется восстановить свой производственный потенциал. Одной из главных проблем хозяйства является первичная обработка молока высшего качества и с наименьшими затратами.

Дипломный проект направлен на разработку установки для охлаждения воды естественным холодом (льдом), с помощью которой будет охлаждаться молоко.

Для данного технологического процесса на современном этапе имеются такие установки с применением естественного льда, но все-таки в этом направлении есть слабые места и в частности очень сложный процесс изготовления в условиях хозяйства.

Цель разработки состоит в том, что, применив эту установку, мы экономим электроэнергию за счет того, что вода охлаждается в зимний период естественным льдом без применения электроэнергии. Сокращаются затраты труда и отчисления на ЕТО и ТО холодильных установок. Холодильные установки МХУ-8С во время работы установки будут остановлены.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технология первичной обработки молока

Технология первичной обработки молока на фермах и комплексах включает в себя следующие основные процессы: учет надоя, очистку, охлаждение молока до отправки на предприятия молочной промышленности.

Кроме того, при возникновении болезней на ферме молоко должно подвергаться термической обработке - пастеризации, которая способствует уничтожению в нем болезнетворных микроорганизмов.

Совершенствование процессов первичной обработки молока непосредственно связано с модернизацией фермского молочного технологического оборудования и правильной его эксплуатацией.

Одно из решающих условий интенсификации производства продукции на современных животноводческих фермах - максимальное применение поточного производства на базе высокопроизводительных поточных технологических линий (ПТЛ). При создании молочных ПТЛ объединяют отдельные машины и аппараты в компактные агрегаты и по возможности стремятся автоматизировать контроль и регулирование процессов.

Машины и аппараты фермских молочных поточных технологических линий разрабатываются и выпускаются в соответствии с агрозоотребованиями, позволяющими создавать оптимальные условия для работы оборудования и учитывающими правила охраны труда. Выпускаемое молочное оборудование должно отвечать требованиям прогрессивной технологии и иметь высокие технико-экономические показатели.

Молочные фермы, как и сельскохозяйственное производство страны в целом, загнано в угол. В связи с этим оно вынуждено планомерно реконструироваться и технически перевооружаться на более экономичное оборудование. Малая и средняя реконструкция животноводческих ферм или предприятий обычно осуществляется на базе технических решений, подготовленных инженерно-техническими работниками самих предприятий. Кроме того, очень часто многие машины и аппараты на фермах приходится использовать на форсированных режимах или переналаживать для выполнения других технологических операций.

Конкретные производственные ситуации ставят перед специалистами животноводческих ферм различные задачи по рациональному совершенствованию работы фермского молочного оборудования, а также отдельных поточно-технологических линий.

При увеличении надоев молока от коров, а следовательно, и его производства на ферме в целом возникает необходимость повысить суммарную вместимость резервуаров для хранения молока путем подбора и монтажа дополнительных резервуаров.

Кроме того, следует проверить, обеспечат ли с увеличением нагрузки имеющиеся на ферме машины и аппараты работу при эксплуатационных режимах, близких к оптимальным.

В производственном случае нужно рассчитывать режимы интенсивности работы аппаратов молочной поточной линии или подобрать дополнительное оборудование, с тем, чтобы оно имело оптимальную нагрузку.

Специалисты ряда хозяйств накопили немалый опыт в вопросах интенсификации работы молочных машин и аппаратов.

2.2 Зоотехнические требования к технологическому процессу первичной обработки молока

При машинном доении коров в качестве источников бактериального загрязнения молока наиболее часто выступают загрязненный кожный покров вымени, плохо промытые доильные стаканы, молочные шланги, молочные краны и детали молокопровода. Кроме того, бактерии могут попадать из воздуха в коровнике, всасываемого через камеры постоянного атмосферного давления пульсатора или коллектора доильного аппарата.

Свежевыдоенное молоко при использовании в качестве индикатора фенолфтолеина показывает кислую реакцию.

Кислотность молока выражают в градусах Тернера (°Т), которые показывают количество миллиметров децинормального раствора щелочи (КОН или NaOH) идущей на нейтрализацию 100 мл. молока в присутствии фенолфтолеина.

Метод определения кислотности молока и молочных продуктов изложен в ГОСТе 3624-84.

Кислотность свежевыдоенного молока обычно находится в пределах 16 - 18 °Т. Химический состав молока не является строго постоянным для всех коров, а зависит от породы, возраста, периода лактации, условий кормления коров и ряда других факторов. В силу того он изменяется в определенных пределах.

В состав молока входят более ста различных веществ. В нем различают две основные части: воду (в среднем 87,5%) и сухое вещество (12,5%). Последнее в свою очередь распадается на молочный сахар - 4,5...4,8%; жир - 2,9…5,1%; белок - 2,7…3,7%; золу - 0,6…0,8%. При образовании молока из организма коровы в него приходят иммунные тела с небольшой кислотностью, величина которой влияет на закупочную цену молока.

Так, молоко с кислотностью 10°Т и ниже предприятия принимают с доплатой 2 грн. за 1 т., а непосредственно торгующая сеть - 5 грн.

При кислотности молока выше 19°Т закупочную цену, соответственно, снижают на 2 - 2,5 грн. за 1 т.

Молоко с кислотностью свыше 21°Т принимают как некондиционное с 20%-ой скидкой закупочной цены.

Первичная обработка молока и его переработка должна производиться при условии строгого соблюдения «Санитарных и ветеринарных правил для молочных ферм, хозяйств» (1970 г.), утвержденных Министерством сельского хозяйства Украины.

Период, на который бактерицидные вещества задерживают развитие бактерий в свежевыдоенном молоке (весьма ценное свойство молока), называют бактерицидной фазой.

Длительность ее зависит от санитарных условий получения молока, а также от температуры его охлаждения.

Так при температурах молока 310 и 303°К бактерицидная фаза в нем продолжается только 2…5 ч., а при температурах 289 и 286°К, ее длительность составляет при хороших условиях хранения от 7,6 до 36 ч. При температуре 277…278°К жизнедеятельность бактерий практически прекращается, что создает благоприятные условия для длительного хранения молока.

В целях стимулирования продажи молока повышенного качества очистку, мойку и дезинфекцию оборудования и молочной посуды производят сразу же после окончания работы. Моечные отделения для хранения сменной посуды располагают в южной части помещения, а хранилища и холодные отделения в северной.

Все работники моечной должны строго соблюдать правила личной гигиены и один раз в месяц проходить медицинское обследование.

2.3 Расчет оборудования ПТЛ первичной обработки молока

Исходные данные:

а) поголовье - 800 дойных коров;

б) продуктивность - 3500 кг в год;

в) кратность доения - 3 раза;

г) продолжительность рабочей смены - 7 час.

Структурная схема ПТЛ первичной обработки молока на ферме представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Структурная схема ПТЛ первичной обработки молока на ферме: 1 - коровник; 2 - групповой счетчик; 3 - молокосборник; 4 - вакуумная установка; 5 - молочный насос; 6 - очиститель молока; 7 - пастеризатор; 8 - охладитель; 9 - резервуар охладителя; 10 - молоковоз.

Молочная продукция, получаемая с фермы, идет на реализацию. По зоотребованиям она должна проходить пастеризацию. Допускается при сдаче на молокозавод пастеризацию не производить. В этом случае пастеризатор не работает. На технологической схеме (рис. 2.1) это обозначено пунктирной линией.

Расчет, связанный с подбором оборудования, ведется на максимум суточного удоя.

,(2.1)

где - среднегодовой удой на корову, = 3500 кг;

 - число дойных коров,  = 800 голов;

 - коэффициент неравномерности удоя, = 1,2 [1].

Подставив в 2.1, получим:

 кг.

Производительность поточной лини обработки молока определяем по зависимости:

 , (кг/ч)(2.2)

где - неравномерность поступления молока, = 0,6 [1];

- принятая длительность обработки, = 2 часа [1].

Подставив в 2.2, получим:

 кг/ч.

Для очистки молока применен магистральный цилиндрический фильтр, который имеет фильтрующий элемент из лавсана. Необходимо определить продолжительность фильтрования при разовом удое = 3734 кг.

Находим площадь фильтрующей поверхности аппарата по зависимости:

, (м³)          (2.3)

где - диаметр фильтрующей поверхности, = 54 мм [6].

 - длина фильтрующей поверхности, = 600 мм [6].

Подставив в 2.3, получим:

 м³.

Определяем продолжительность фильтрования по зависимости:

, (мин.)(2.4)

где - константа фильтрования, = 31 м³/м² [6];

- константа фильтрования, = 12 м² [6].

Подставив в 2.4, получим:

 мин.

Этого времени достаточно для очистки молока при разовом удое 3734 кг не прерывая потока.

Выбрав молокочиститель ОМ-1, проверяем его производительность по следующей зависимости:

, (м³/ч)(2.5)

где - частота вращения барабана, =133 с^-1 [6];

- число тарелок, =34 шт. [6];

 - угол наклона образующей тарелки, = 50° [6]; - большой радиус тарелки, = 0,128 м [6];  - температура свежевыдоенного молока, = 35°С;

 - малый радиус тарелки, = 0,07 м [6];

 - диаметр частиц загрязнения, = 1,41·10^-6 м [6].

Подставив в 2.5, получим:

 м³/ч.

Производительность молокоочистителя выбрана правильно.

Определяем длительность непрерывной работы молокоочистителя без разборки по следующей зависимости:

, (час) (2.6)

где  - объем грязевого пространства барабана, л;

 - процент соотношения сепараторной слизи от общего объема пропущенного молока,  = 0,06% [4];

- производительность очистителя, = 1000 л/ч.

Объем грязевого пространства барабана определяем по зависимости:

, (л)(2.7)

где  - максимальный радиус грязевого пространства, = 0,128 м [6];

 - минимальный радиус грязевого пространства, = 0,07 м [6];

- высота поката тарелок, = 0,064 м.

Подставив в 2.7, получим:

 л.

Подставив в 2.6, получим:

 ч.

Этого времени работы сепаратора достаточно для очистки объема разового удоя молока с одной остановкой.

2.4 Расчет процесса охлаждения молока

Исходные данные:

а) разовый удой - 3734 кг;

б) начальная температура молока при охлаждении = 35°С;

в) конечная температура молока при пастеризации = 63°С;

г) начальная температура воды при охлаждении  = 1°С;

д) конечная температура молока при охлаждении молока = 4°С;

е) начальная температура нагревающей воды = 95°С;

ж) кратность расхода охлаждающей и нагревающей воды  = 3.

Находим среднее значение теплоемкости для молока и охлаждающей воды:

при = 35°С = 3,9 кДж/(кг·°С) [6];

при  = 1°С = 4,2 кДж/(кг·°С)      [6].

Определяем температуру охлаждающей воды на выходе, по зависимости:

.(2.8)

Подставив в 2.8, получим:

 °С.

Определяем среднюю логарифмическую разность температур между молоком и охлаждающей жидкостью по зависимости:

;

;

;(2.9)

где  - разность температур жидкостей в начале процесса охлаждения;

 - разность температур в конце процесса.

Подставив в 2.9, получим:

°С;

°С;

°С.

Определяем тепловую нагрузку за период разового охлаждения молока по зависимости:

;(2.10)

где  - массовый расход жидкого продукта, =3734 кг.

Подставив в 2.10, получим:

 кДж.

Определяем сколько часов работает МХУ-8С для вырабатывания холода:

;(2.11)

где  - часовая производительность установки МХУ-8С, = 32000 кДж.

 час.

Принимаем 3 шт. по 4,7 часа в сутки.

Подсчитаем средний общий коэффициент теплоотдачи теплообменной поверхности по зависимости:

, (2.12)

где  - площадь теплообменной поверхности резервуара, = 1,7 м³ [4];

 - средняя логарифмическая разность температур между молоком и охлаждающей жидкостью, = 10,28 °С;

          - время, принятое для обработки партии молока, = 2 ч. [1].

         Подставив в 2.12, получим:

 кВт/(м²·с).

Определяем необходимый расход воды для охлаждения молока по зависимости:

.(2.13)

Подставив в 2.13, получим:

 кг,

что составляет 12 м³.

На неблагоприятных фермах в целях уничтожения находящихся в молоке бактерий, молоко подвергают пастеризации.

Определяем продолжительность достижения молоком заданной температуры пастеризации.

Находим среднее значение удельной теплоемкости нагревающей воды и молока:

при  = 95°С = 4,2 кДж/(кг·°С) [6];

при = 35°С = 3,9 кДж/(кг·°С) [6].

где  - начальная температура горячей воды при пастеризации.

Находим температуру нагревающей воды на выходе по зависимости:

.(2.14)

Подставив в 2.14, получим:

 °С.

Вычисляем среднюю логарифмическую разность температур между молоком и нагревающей жидкостью по зависимости:

,(2.15)

где  - разность температур жидкости в начале процесса, определяемая по зависимости:

°С;(2.16)

 - разность температур в конце процесса, определяемая по зависимости:

 °С.(2.17)

Подставив в 2.15, получим:

 °С.

Определяем тепловую нагрузку пастеризатора за период нагрева молока до нужной температуры по зависимости:

 кДж.          (2.18)

Принимаем во внимание, что при нагревании молока его вязкость снижается, и условия теплоотдачи улучшаются, поэтому рассчитанный коэффициент теплоотдачи увеличиваем в 1,5 раза.

, (кВт/(м²·°С)) (2.19)

где  - коэффициент теплоотдачи для цикла охлаждения,  = 4,4 кВт/(м²·°С).

Подставив в 2.19, получим:

 кВт/(м²·°С).

Определяем продолжительность достижения молока температуры пастеризации по зависимости:

, (мин)(2.20)

где  - площадь теплообменной поверхности,  = 5,72 м² [4].

Подставив в 2.20, получим:

 с = 4,4 мин.

Определяем расход горячей воды необходимой для пастеризации по зависимости:

.(2.21)

Подставив в 2.21, получим:

 л.

Количество пара: 150 - 160 кг на тонну продукта [6].

Определяем продолжительность охлаждения молока после пастеризации и расход воды, необходимый для охлаждения.

Определяем температуру охлаждающей воды на выходе из теплообменной рубашки по зависимости:

.(2.22)

Подставив в 2.22, получим:

 °С.

Находим среднюю логарифмическую разность температур между молоком и охлаждающей жидкостью по зависимости:

,(2.23)

где  - разность температур жидкостей в начале процесса, определяемая по зависимости:

°С;(2.24)

 - разность температур в конце процесса, определяемая по зависимости:     

 °С.(2.25)

Подставив в 2.23, получим:

 °С.

Определяем тепловую нагрузку за период охлаждения молока после пастеризации:

. (кДж)(2.26)

Подставив в 2.26, получим:

 кДж.

Учитываем, что охлаждение молока идет в интервале температур от 63 до 4°С, включающем диапазон охлаждения свежевыдоенного молока и диапазон нагрева молока до температуры пастеризации.

Находим среднее значение коэффициента теплоотдачи:

. (кВт/(м²·°С))(2.27)

Подставим в 2.27 и получим:

 кВт/(м²·°С).

Определяем продолжительность достижения молоком температуры охлаждения после пастеризации по зависимости:

 с = 2 ч. 30 мин.(2.28)

Определяем расход воды для охлаждения молока после пастеризации по зависимости:

 л.(2.29)

2.5 Расчет процесса рекуперации тепла

Схема процесса рекуперации тепла представлена на листах графической части.

Свежевыдоенное молоко входит в пластинчатый теплообменный аппарат с температурой = 35°С. В секциях рекуперации оно подогревается до температуры равной = 52°С теплотой встречного горячего молока, поступающего в рекуператор из выдерживателя при температуре  = 63°С. Горячее молоко (63°С), в свою очередь, охлаждается до температуры = 32°С. Данному режиму соответствует коэффициент регенерации тепла, вычисляемый по зависимости:

,(2.30)

где  - температура молока подогреваемого в секции рекуперации, = 52°С.

Подставив в 2.30, получим:

 (61%).

Внутренняя теплота, циркулирующая в аппарате в следствие рекуперации, определяется по зависимости:

 (кДж).         (2.31)

Подставив в 2.31, получим:

 кДж.

Определяем расход воды, необходимый для охлаждения молока до температуры = 4°С, по зависимости:

 (л),(2.32)

 л.

Таким образом, применив рекуперацию, расход горячей воды и пара снижается до 15…16 кг на 1 т продукта. Кроме того, значительно сокращается и расход хладоносителей ледяной воды.

Применим рекуперацию тепла и для охлаждения молока без пастеризации, что позволит сократить расход хладоносителя ледяной воды.

Так как температура воды на выходе из пластинчатого охладителя 10,3°С [3, 9], а для процесса охлаждения воды в холодильной установке, начальная температура воды 17,8°С, из этого видно, что = 7,5°С можно использовать для предварительного охлаждения молока в секции рекуперации и тем самым получим двойной эффект: нагревание охлаждающей воды и охлаждение молока, что позволит изменить замкнутый цикл движения ледяной воды. Так как свежевыдоенное молоко входит в пластинчатый теплообменник с температурой = 35°С, а температура воды на выходе из секции охлаждения = 10,3°С, то можно определить их температуру после рекуперации.

Определяем температуру молока на выходе по зависимости:

.(2.33)

Подставив в 2.33, получим:

°С.

Определяем температуру воды на выходе:

,(2.34)

°С.

Видно, что расчет проведен правильно. После этого вода идет на охлаждение в холодильную установку, а молоко на очистку и основное охлаждение. Определяем эффективность работы комбинированного теплообменника, т.е. коэффициент регенерации соответствующий данному режиму, по зависимости:

.(2.35)

Далее определяем тепловую нагрузку за период охлаждения в секции рекуперации:

.(2.36)

 кДж.

Исходя из , можем определить сколько часов работает МХУ-8С для вырабатывания холода:

,(2.37)

где  - производительность установки, = 32000 кДж/ч.

ч.

Итак, время работы МХУ для охлаждения молока разового удоя, после рекуперации 3,7 ч. Учитывая кратность доения = 3, то принимаем 3 установки. Определяем расход воды, необходимый для охлаждения молока до = 4°С:

.(2.38)

л.

2.6 Составление технологической карты

Производственный процесс: прием и учет молока.

Объем работ в сутки: среднесуточный удой = 11200 кг/сут.

Число дней работы в году: 365 дней.

Годовой объем работ:

т.(2.39)

Наименование и марки машин:

весы РП-1Г13;

молокоочиститель ОМ-1;

пастеризатор ОПФ-1;

холодильная установка МХУ-8С;

резервуар для хранения РПО - 2,5.

Производительность машин :

РП-1Г13 - 1000 л/ч;

ОМ-1 - 1000 л/ч;

ОПФ-1 - 1000 л/ч;

МХУ-8С - 32000 кДж/ч;

РПО-2,5 - 2,5 м³.

Привод и его мощность:

ОМ-1 - 1,1 кВт [1];

МХУ-8С - 8,6 кВт [9];

ОПФ-1 - 4,8 кВт [1]; - РПО-2,5 - 1,1 кВт.

Число машин определяется:

,(2.40)

где  - число часов работы машины в сутки, = 7 ч.

Для машин РП-1Г13; ОМ-1; ОПФ-1:

 шт.

Принимаем по 2 шт.

В результате расчета приведенного в пункте 2.4 имеем количество холодильных установок: МХУ-8С - 3 штуки.

Число часов работы в сутки:

.         (2.41)

Для машин РП-1Г13, ОПФ-1, ОМ-1:

ч.

Для машин МХУ-8С время работы машины посчитано в пункте 2.4:

 ч.

Число часов работы в год:

для РП-1Г13; ОМ-1; ОПФ-1:

ч.         (2.42)

- для холодильной установки МХУ-8С:

ч.

Капитальные вложения:

, (2.43)

где  - вложения на 1 корову, = 77,5 [3];

 - количество коров,  = 800 гол.

грн.

Число обслуживающего персонала:

для линии ПОМ - 1 оператор;

для холодильной установки - 1 холодильщик.

Годовые затраты труда, чел·ч.:

,(2.44)

где  - число часов в год;

 - число обслуживающего персонала,  = 2.

Для машин РП-1Г13, ОПФ-1, ОМ-1 определяем:

 чел·ч.

Для холодильных установок МХУ-8С:

 чел·ч.

Годовые затраты труда определяем по формуле:

, (чел·ч) (2.45)

чел·ч.

Разряд работ: IV.

Часовая тарифная ставка: = 0,8 грн.

Расход электроэнергии определяется по зависимости:

, (кВт)(2.46)

где  - мощность электродвигателя;

 - число машин;

 - число часов работы машины в год.

 кВт;

кВт;

 кВт;

 кВт.

Годовые эксплуатационные затраты:

,(2.47)

где  - затраты на зарплату обслуживающему персоналу:

; (2.48)

 грн;  грн;

грн;(2.49)

 - отчисления на амортизацию:

грн;(2.50)

- отчисления на ТО и ремонт:

грн; (2.51)

 - стоимость электроэнергии:

;(2.52)

 грн;

 грн;

 грн;

грн.

 грн.

ЕТО выполняется ежедневно, а ТО-1 выполняется 1 раз в месяц [4]:

для ОМ-1 - 2 шт.: ЕТО = 0,52·2·365=379,6 чел·ч;

ТО-1 = 3,1·2·12 = 74,4 чел·ч;

для ОПФ-1 - 2 шт.: ЕТО = 0,52·2·365=379,6 чел·ч;

ТО-1 = 3,1·2·12 = 74,4 чел·ч;

для МХУ-8С - 3 шт.: ЕТО = 0,47·3·365 = 514,65 чел·ч;

ТО-1 = 3,45·3·12 = 124,2 чел·ч;

для РПО-2,5 - 5 шт.: ЕТО = 1,17·5·365 = 2135,3 чел·ч;

ТО-1 = 2,3·5·12 = 138 чел·ч.

чел·ч.

Итого:

годовой объем работ - 4088 т;

суммарные годовые затраты труда:

 чел·ч;

годовые эксплуатационные затраты - 32038,7 грн.

Расчет технологической карты с внедрением проектируемой холодильной установки ведется аналогично с учетом промежутка в течении 120 дней работы холодильной установки, т.е. от общего количества дней работы МХУ-8С (365 дней) вычитаем время работы холодильной установки, что позволит нам увидеть экономические показатели внедряемой установки.

2.7 Расчет площади помещения молочной

По значению  определяем необходимые параметры технологической линии, подбор ведем по каталогу. Для грубой и тонкой очистки молока применяем магистральный фильтр, имеющий матерчатую поверхность, и сепаратор молокоочиститель ОМ-1 для тонкой очистки молока, производительностью 1000 л/ч, площадью = 0,6 м² [1].

Для пастеризации применяем автоматизированную, пластинчатую пастеризационно-охладительную установку ОПФ-1 производительностью = 1000 л/ч, площадь = 7,2 м² [1].

Для охлаждения молока применяем охладитель МХУ-8С производительностью = 32000 кДж/ч, площадь = 17 м² [1].

Для длительного хранения молока применяем резервуар молочной РПО-2,5, рабочий объем = 2,5 м³ [4] и площадь = 3 м².

По известным размерам подобранного оборудования находим площадь производственного помещения.

Площадь производственного помещения находим по зависимости:

, (м²) (2.53)

где - коэффициент, учитывающий потребность в свободной площади, = 4 [1];

- суммарная площадь, занятая машинами (м²).

, (м²) (2.54)

где  - площадь занятая очистителем, = 1,2 м²;

 - площадь занятая пастеризатором, = 14,4 м²;

 - площадь занятая охладителем, = 51 м²;

 - площадь занимаемая молочным резервуаром, = 15 м².

Подставив в 2.53, получим:

 м².

По найденной площади производственного помещения, с учетом бытовых помещений строим план молочной с расстановкой соответствующего оборудования. Принимаем общую площадь помещения молочной = 453 м².

3. конструкторская разработка

3.1 Анализ конструкций устройств для охлаждения молока и обоснование выбранной

Грузинский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства им. К.М. Амираджиба предложил и разработал устройство для охлаждения молока и нагрева технологической жидкости, содержащее снабженные термоизоляцией и крышкой с выпускными отверстиями, емкости для охлаждения молока и нагрева технологической жидкости с выпускными отверстиями, компрессор, аккумулятор холода к нему змеевики испарителя и конденсатора, вентилятор. В этой установке с целью уменьшения расхода электроэнергии при эксплуатации, емкость для нагрева технологической жидкости выполнена кольцевидной внутри и концентрично расположена емкость для охлаждения молока, а змеевик конденсатора расположен на внутренних стенках и днище емкости для нагрева технологической жидкости.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и уменьшение расхода электроэнергии.

Мордовский ордена Дружбы народов государственный университет им. Н.П. Огарева предложил устройство для охлаждения молока, состоящее из теплообменника с насосом и трубопроводами для циркуляции охлаждающей жидкости, внутри которого установлен вентилятор-разбрызгиватель с реактивными форсунками, состоящий из полой ступицы с радикально расположенными трубками, на которых установлены лопасти. В этом устройстве с целью упрощения обслуживания, лопасти вентилятора-разбрызгивателя установлены на трубках с возможностью изменения угла атаки, для регулирования которого они соединены штангами с подпружининым сифоном с легкокипящей жидкостью, установленным соосно с вентилятором на ступице.

Захаров А.А. разработал устройство для охлаждения молока содержащее циркуляционный контур, включающий молокоохладитель, источник искусственного холода и источник естественного холода с подвижным корпусом. Молокоохладитель связан с корпусом полым вертикальным цилиндром (ПВЦ) с воздушной заслонкой в нижней части. Втулка с фиксатором в верхней части ПВЦ позволяет поворачивать корпус вертикальным хвостовиком для ориентации направления ветра. Жалюзи стенок корпуса и заслонка исключают замерзание трубок змеевика трубопровода для хладагента внутри ПВЦ.

Цель изобретения - снижение энергозатрат при использовании естественного холода. Процесс охлаждения воды регулируется подачей воздуха и давлением воды.

Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства и Центральный научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования животноводческих комплексов по производству молока, говядины и свинины совместно разработали, аккумулятор естественного холода для охлаждения молока на животноводческих фермах. В установке для снижения температуры холодоносителя (воды) используют теплообменник холодоносителя в виде вертикального ряда резервуаров. В верхних резервуарах вода может последовательно перетекать под перегородки в торцовый переливной канал.

При образовании льда в резервуарах вода протекает между выступающими над его поверхностью наклонными в разные стороны краями перегородок в боковой переливной канал. При этом в резервуаре вода с поверхности льда поступает в подледное пространство через утепленную магистраль.

При низких температурах в резервуарах накапливают лед. Вода в это время поступает через теплоизолированный ввод в резервуар. По отводящей трубе вода поступает из резервуара в теплообменник для молока.

Цель изобретения - повышение надежности охлаждения молока за счет снижения температуры хладоносителя для чего используют естественный холод атмосферного воздуха в холодное время года.

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева изобрел устройство для охлаждения молока, содержащее ороситель и расположенный над ним поддон с трубкой для отвода охлажденной жидкости. Внутри поддона на его стенке имеется выступ, расположенный перед входом в трубку. Источник искусственного холода параллельно соединен с оросителем кранами. Теплообменник для молока соединен с насосом для охлаждающей воды. Резервуар соединен с поддоном.

Ороситель с поддоном расположен за стеной здания, на открытом воздухе. Место соединения трубы с поддоном расположено в его верхней части. В процессе работы устройства выступ способствует взламыванию льда в поддоне и предотвращает его попадание в трубу.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства. В зимнее время при отрицательных температурах наружного воздуха трехходовые краны устанавливаются в положение «Естественный холод» и охлаждающая вода циркулирует по замкнутому контуру: теплообменник, ороситель, поддон, резервуар, насос, теплообменник.

Куйбышевский авиационный институт им. академика С.Б. Королева, изобрел устройство для охлаждения молока. Это устройство работает следующим образом. Подлежащее охлаждению теплое молоко через трубопровод теплообменника в приемный бак. При прохождении по трубопроводу молоко вначале охлаждается в нем до температуры 30°С. Через трубопровод насосом из емкости подкачивается вода, предварительно охлажденная в нем за счет эффекта «мокрого термометра». Из емкости охлаждения вода забирается в ее нижней части, а после прокачки через теплообменный участок и насос сливается в бак в его верхней части (это исключает переливание холодных и теплых частей объема в одной емкости и устраняет необходимость установки второго бака для этого контура охладителя). Затем молоко дополнительно охлаждается теплообменным участком трубопровода до температуры 10°С, через который насосом прокачивается вода забираемая из нижней части емкости и затем сливается в верхнюю часть, это также исключает перемешивание холодных и теплых частей объема за сравнительно короткий период работы установки.

Снижение температуры воды в испарительной емкости зависит от относительной влажности окружающего воздуха.

Сибирский научно-производственный институт и Омский политехнический институт, совместно изобрели установку для охлаждения молока. Целью их изобретения является повышение эффективности работы и уменьшения зависимости от погодных условий. Установка состоит из теплоизолированного бака для ледяной воды и установленного над ним оросителя служащих для аккумуляции естественного холода, а также системы циркуляций охлаждающей воды, связывающей их с баком охладителем для молока. Бак для ледяной воды снабжен воздухопроводом, соединенным через вентилятор с атмосферой и имеющим вертикальный участок воздуховода установлен по оси бака для ледяной воды через него в холодной время года атмосферный воздух подается в ороситель. В оросителе помимо форсунок для разбрызгивания отепленной водой, установленных в два яруса размещены разъемы, заполненные холодной водой и служащие для замораживания льда в полости оросителя и его теплообмена с разбрызгиваемой водой.

М.Г. Романов, П.П. Пермяков и П.Н. Филиппов в 1982 г. изобрели совместно устройство для охлаждения и хранения молока содержащее котлован с ледяным массивом, сверху которого установленное решетчатое перекрытие и разборное установлено сооружение с люками и окном. Емкости для молока опущены в котлован через отверстие в решетчатом перекрытии и перфорированные барабаны. В зимнее время года снимают с котлована покрытие, открывают люки и через решетчатое перекрытие открывают в котлован воду для намораживания ледяного массива, в летнее время молоко по штангам через разбрызгиватель поступает в емкости на охлаждение и хранение.

Для извлечения емкости из котлована оттаивают слои льда вокруг емкости и барабана и отсоединяют емкость от перекрытия. Емкость поднимают по стенкам барабана вверх.

Нами предлагается установка для охлаждения воды естественным льдом, который является дешевым и доступным источником холода в большинстве районов Украины. Использование естественного льда в качестве холодоносителя объясняется его ценными физическими свойствами низкой температурой таяния (0°С) и высокой температурой плавления, равной в обычных условиях 335 кДж/кг [5]. Следовательно, такое количество теплоты поглощается из окружающей среды каждым килограммом тающего льда. В интервале температур от 0 до 20°С, теплоемкость льда составляет всего 2,33 (Вт/(м²°С)) [6], а теплоемкость льда 2,1 (кДж/(кг°С)).

3.2 Технологический расчет установки

Установка состоит из резервуаров, расположенных один над другим и соединенных между собой медиальной системой труб (рис. 3.1).

Технологический расчет сводится к определению необходимого количества льда для охлаждения воды и определению основных размеров установки.

Исходные данные для расчета:

масса воды, подлежащая охлаждению = 3360 кг; если учесть, что расход воды в процессе охлаждения партии молока 3-х кратный, то = 10080 кг; -  - начальная температура воды, = 17°С;

- конечная температура воды, = 1°С.

Определяем количество льда, необходимого для охлаждения воды, по зависимости:

, (кг/сут)         (3.1)

где - удельная теплоемкость воды, = 4,2 кДж/(кг°С) [6];

- масса воды, подлежащая охлаждению,  = 10080 л/сут;

= 17°С;

= 1°С;

- скрытая теплота таяния льда.

 кг/сут.

Рис. 3.1 - Конструктивно-технологическая схема охладителя воды естественным льдом.

Проведем проверочный расчет. Мы знаем, что количество льда, необходимого для охлаждения 1 л воды на 1°С, составляет = 0,0125 кг [5]. Разность температур  составляет 16°С.

Определяем количество льда по зависимости:

 (кг/сут)         (3.2)

где - количество льда, необходимого для охлаждения 1 л воды на 1°С,  = 0,0125 (кг) [5];

Подставив в 3.2, получим:

 кг/сут.

Необходимое количество льда определили правильно. Определяем объем, занимаемый льдом, в одном м³ льда находится 800 кг [5]. Соответственно, расчетный объем льда составляет = 2,52 (м³). Определяем количество теплоты, отдаваемой водой по зависимости:

 (кДж/сут).(3.3)

Подставив в 3.3, получим:

 кДж/сут.

3.3 Расчет ванны

Конструктивная схема ванны представлена на рис. 3.2.

Исходные данные:

- необходимое количество льда для охлаждения воды составляет = 2,52 м³;

- принимаем длину ванны = 1,8 м, ширину ванны  = 1,3 м и высоту ванны = 0,6 м.

Рис. 3.2 - Конструктивная схема ванны.

Определяем геометрическую вместимость ванны по зависимости:

 (м³).(3.4)

Подставив в 3.4, получим:  м³.

Определяем геометрическую площадь ванны по зависимости:

 (м²).(3.5)

Подставив в 3.5, получим:

 м².

В связи с тем, что лед в ванне будет намерзать только на высоту = 0,3 м, подсчитаем количество льда, находящееся в ванне по зависимости:

 (м³).         (3.6)

Подставив в 3.6, получим:

 м³.

Находим число ванны для вместимости = 2,52 м³ льда по зависимости: Подставив в 3.7, получим:

 шт.

Принимаем = 4 шт.

Определяем суммарную площадь поверхности ванн по зависимости:

 (м²).         (3.8)

Подставим в 3.8, получим:

 м².

Определяем общую массу установки в рабочем состоянии.

В 1 м³ железа находится 7880 кг [12], тогда в 1м², толщиной 4 мм будет = 31,5 кг. Тогда:

, (3.9)

 кг.

В 1 м уголка №7 = 6,39 кг [12], тогда:

 кг.

Тогда общая масса установки равна:

, (кг)          (3.10)

 кг.

3.4 Расчет распылителя

Исходные данные для расчета: диаметр распылителя принимаем конструктивно d = 500 мм, длина образующей распылителя под углом α = 115° l = 280 мм, радиус заготовки равен длине образующей R = 280 мм.

Определим угол сектора, который надо вырезать из заготовки, чтобы получить распылитель требуемых размеров.

,         (3.11)

где  - угол оставшегося сектора.

, (3.12)

где - длина образующей поверхности с вырезанным сектором;

- длина образующей поверхности заготовки.

, (мм) (3.13)

 мм.

, (мм)(3.14)

 мм.

Подставив в 3.12 и 3.11, получим:

°;

° (рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Схема заготовки распылителя.

3.5 Прочностной расчет

Проверить на устойчивость сжатую стойку, уголок №7 из стали 3 длиной = 850 мм (рис. 3.4). Сила действующая на одну стойку = 900 кг; предел пропорциональности  = 200 Н/мм² [12]; модуль упругости  Н/мм² [12]; минимальный радиус инерции = 13,8 мм [12]; коэффициент запаса упругости [] = 5.

Рис. 3.4 - Схема стойки.

Определяем предельную гибкость для материала стойки по зависимости:

.(3.15)

Подставив в 3.15, получим:

.

Определяем гибкость стойки по зависимости:

,(3.16)

где  - коэффициент Пуассона,  = 1 [12].

Подставив в 3.16, получим:

.

В связи с тем, что гибкость стойки , воспользуемся эмпирической формулой Ф.С. Ясинского [12]:

, (3.17)

где а и b - опытные коэффициенты, зависящие от материала Ст 3 ГОСТ 1060-88, а = 310 Н/мм², b = 1,14 Н/мм² [12].

Подставив в 3.17, получим:

 Н/мм².

Определяем критическую силу по зависимости:

, (Н)  (3.18)

где - площадь профиля, = 815 мм².

 Н.

Определяем коэффициент запаса устойчивости и сравниваем с заданным:

,(3.19)

где  - фактическая сила, действующая на стойку, = 9 кН.

[] = 5.

Коэффициент запаса устойчивости больше принятого в четыре раза.

4. безопасность и экологичность проекта

4.1 Мероприятия по охране труда

Ферма учхоза ЛНАУ расположена на расстоянии 500 м от населенного пункта с подветренной стороны, что соответствует требованиям СНИП II-97-76 «Генеральные планы сельскохозяйственных предприятий. Нормы проектирования». Фермы ограждены по периметру зеленым ограждением. Соединены фермы с производственными пунктами хозяйства дорогой с твердым покрытием. На самой ферме дорога также имеет твердое покрытие. Лесонасаждения расположены от территории МТФ на расстоянии 150…200 м.

Главный проходной пункт фермы находится со стороны основного подъезда. Ферма имеет вспомогательные подъезды. При въезде на ферму предусмотрен санпропускник, который засыпан опилками, пропитанными 1%-м раствором каустической соды.        

Одним из важнейших противопожарных требований при строительстве ферм является соблюдение противопожарных разрывов между зданиями и помещениями в зависимости от их огнестойкости. Расположение зданий на ферме соответствует СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы». На случай возгорания пожара на ферме, в телятниках расположены пожарные краны, пожарный инвентарь расположен на видном месте на пожарных пунктах. В помещении молочной имеется два пожарных крана, к ним прилагается пожарный рукав длиной 20 метров. На территории фермы расположены ящики с песком, емкости с водой. Противопожарные щиты оборудованы двумя баграми, лопатой, двумя ведрами, огнетушителями ОХП-10 и ОУ-2. В хозяйстве имеются пожарные машины.

В помещениях также установлены огнетушители на 100 м². Трактора оснащены искрогасителями. На работников молочной воздействуют физические, химические и биологические производственно опасные факторы.

Микроклимат в производственном помещении и на рабочем месте оказывает существенное влияние на самочувствие работающего. Для исключения неблагоприятных последствий предусмотрены параметры микроклимата, отвечающие требованиям ГОСТ 12.1.005 - 88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования».

Важнейшими мероприятиями по нормализации микроклимата в производственных помещениях является вентиляция. Проектирование вентиляции осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2.04.04 - 86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

Вентиляция молочной осуществляется дифлектором ЦАГИ (естественная вентиляция).

При необходимости увеличения воздухообмена оператор с пульта управления включает искусственную приточно-вытяжную вентиляцию, при помощи центробежного вентилятора ЦУ - 70 № 4 с подачей 4 тыс. м³/ч, обеспечивается приток наружного воздуха подогреваемого на каллорифере КФБ-6.

В расчетах естественного освещения выбираем размеры окон по стандарту, их количество.

Все расчеты выполнены в соответствии с требованиями СНиП II-4-79 «Освещение. Нормы проектирования».

В проекте помещения молочной товарной фермы в соответствии со СНиП 2.09.04-87 предусмотрены следующие санитарно-бытовые помещения:

комната отдыха обслуживающего персонала;

санузел с умывальником;

душевая с раздевалкой.

Выдача спецодежды осуществляется в соответствии с ДНАОП 0.05-3.03.81 «Типові галузеві норми безкоштовного отримання спецодягу, спецвзуття, інших засобів індивідуального захисту усіх галузей народного господарства та інших виробництв».

Для оператора, работающего в молочной, предусматриваем спецодежду:

костюм хлопчатобумажный с водоотталкивающей пропиткой (12 мес.);

колпак хлопчатобумажный;

фартук водоотталкивающий;

ботинки кожаные (12 мес.);

рукавицы комбинированные (3 мес.);

резиновые сапоги (дежурные).

Для холодильщика предусматриваем:

куртка и брюки или хлопчатобумажный халат;

ботинки кожаные;

фартук водоотталкивающий;

рукавицы комбинированные (3 мес.);

колпак хлопчатобумажный.

Оборудование молочной соответствует ГОСТ 12.2.042 - 91 ССБТ «Машины и технологичекое оборудование для животноводства и кормопроизводства». При эксплуатации пастеризатора ОПФ-1 периодически контролировать работу предохранительного клапана. На трубопроводах для поступления и выхода пара установлена теплоизолированная запорная арматура, что не создает опасности воздействия на человека. Холодильные установки эксплуатируются только в исправном состоянии, все запорные вентили на нагнетательной магистрали, за исключением запорных вентилей компрессоров, заблокированы в открытом состоянии механиком холодильной установки. Баллоны с хладагентом хранят в отдельном специальном помещении, не имеющем источников тепла. Предохранительные клапаны аппаратов и сосудов регулируют на начало открытия при давлении на нагнетательной стороне не более 1,8 МПа, а на всасывающей 1,2 МПа и проверяют их исправность два раза в год. Все вращающиеся элементы механизмов оборудованы защитными крышками или ограждены оградительными устройствами на безопасном от воздействия расстоянии, что позволяет обеспечивать безопасность труда в молочной обслуживающего персонала.

Питание электрических сетей осуществляется от трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленой нейтралью, напряжением 380-220 В.

Электропроводка выполнена:

а) ввод проводом АПР в стальной трубе;

б) распределительная сеть выполнена кабелем 8АМГР (3×4), проведенным в молочное помещение через подземные коммуникации.

Для защиты от поражения электрическим током предусмотрено зануление с повторным заземлением и все электроустановки снабжены пусковой и защитной аппаратурой ПМЕ-223.

Расчет вентиляции, естественного и искусственного освещения проведен в этом разделе ниже.

Все оборудование молочной разнесено в отдельные помещения, и для защиты от механического воздействия оборудовано защитными щитами.

4.2 Расчет вентиляции

Исходными данными для расчета вентиляции молочной является:

температура наружного воздуха = - 15°С;

температура внутри помещения = 15°С;

относительная влажность воздуха внутри помещения = 60%.

Максимальное количество воздуха, необходимое для вентиляции, определяется по формуле:

, (4.1)

где  - выделение влаги внутри помещения;

,2 - коэффициент, учитывающий выделение влаги с пола;

 - содержание влаги внутри помещения;

 - содержание влаги в наружном воздухе, г/м³.

Значение  и  определяем согласно формул:

,(4.2)

,(4.3)

где  - содержание влаги в воздухе помещения;

- содержание влаги в наружном воздухе, г/м³.

,(4.4)

,(4.5)

где  - плотность наружного воздуха;

 - плотность воздуха внутри помещения, кг/м³;

 - количество насыщающих водяных паров в 1 кг сухого воздуха для воздуха внутри помещения и наружного соответственно, г/кг.

Определяем плотность наружного воздуха и внутри помещения соответственно:

кг/м³.  (4.6)

кг/м³(4.7)

Определяем содержание влаги в воздухе помещения и наружном воздухе соответственно:

г/м³,

 г/м³.

Определяем количество насыщающих водяных паров 1 кг сухого воздуха для воздуха внутри помещения и наружного соответственно:

 г/м³,

г/м³.

Определяем количество влаги, выделяемое водой по формуле:

,(4.8)

где  - количество влаги, испаряющееся с поля, ванн, холодильника, = 5,25% от общего количества влаги.

 м³/ч.

Вентиляционная установка выбирается согласно проведенным расчетам.

Тип вентилятора - центробежный, марки ЦЦ-70 № 4.

4.3 Расчет освещения

4.3.1 Расчет естественного освещения

Расчет естественного освещения ведем для холодильного отделения.

Исходные данные:

длина = 12 м;

ширина  = 6 м;

высота стен = 4,5 м;

высота до верхнего края окна = 1,5 м.

Помещение со значительным выделением влаги, остекление двойное вертикальное со стальными проемами, разряд работ V малой точности (переработка сельскохозяйственных продуктов).

Рассчитываем боковое освещение, т.к. ширина  = 6 < 12.

Определяем коэффициент естественного освещения (КЕО): для V разряда работ КЕО = 1%.

Определяем отношение длины к ширине здания:

.(4.9)

Определяем отношение ширины к высоте :

. (4.10)

По отношениям определяем значения световой характеристики: = 11.

Определяем значение общего коэффициента светопропускания материала окна.

Для двойных стекол со стальными проемами:

= 0,5.

Определяем площадь пола и потолка:

, (м²)(4.11)

м².

Определяем площадь стен:

, (м²) (4.12)

 м².

Определяем коэффициент отражения цветовой отделки пола и стен:

= 0,2; = 0,3; = 0,5.

Определяем средневзвешенный коэффициент отражения от стен, от пола, потолка:

,(4.13)

.

По значениям ,  и  определяем коэффициент , учитывающий повышение КЕО благодаря отражению.

Принимаем  = 1,2 (для 2-х стороннего)

,(4.14)

где  - коэффициент запаса, = 1,2;

 - коэффициент занятости окон другими зданиями,  = 1;

 - минимальный коэффициент естественного освещения, = 0,5.

 м².

Определяем необходимое количество окон:

, (4.15)

где  - стандартная площадь окна.

.

Принимаем 3 окна, = 3,6 м².

Расчет естественного освещения по другим отделениям произведен и результаты сведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 - Естественное освещение

4.3.2 Расчет искусственного освещения

Исходные данные:

длина = 12 м;

ширина  = 6 м;

высота стен = 4,5 м;

высота до верхнего края окна = 1,5 м.

Помещение с влажной средой, используем лампы накаливания, освещение общее равномерное.

По условиям окружающей среды выбираем светильник типа «У» - «Универсаль» - влагонепроницаемый.

По характеру выполняемой работы и размерам различения объекта определяем минимально-допустимое освещение.

Минимально допустимая освещенность = 100 л.к.

По запыленности определяем коэффициент запыленности: при лампах накаливания 1,3, чистить 2 раза в месяц.

Для создания равномерности освещения устанавливаем расстояние между светильниками  = (1,4…1,8) Нр при размещении светильников параллельными рядами.

 м.

Расстояние от стен до крайнего ряда принимаем равным м.

Количество светильников принимаем равное = 6, количество ламп = 6.

Определяем показатели помещения:

.(4.16)

По цветовой окраске коэффициенты отражения потолка и стен:

= 0,5; =0,3.

По показателю помещения , выбранному типу светильников и коэффициент отражения определяем коэффициент использования светового потока. .

Определяем потребный световой поток одной лампы, лм:

 лм         (4.17)

по напряжению сети = 220 В, значению светового потока = 3000 лм и мощности лампы = 300 Вт, принимаем 6 ламп накаливания Г-300.

 лк.(4.18)

Определяем мощность осветительной установки

;(4.19)

Вт.

Расчет искусственного освещения других отделений выполнен и данные сведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 - Искусственное освещение

4.4 Безопасность и экологичность проектируемой установки для охлаждения воды

В настоящем дипломном проекте усовершенствована установка для охлаждения воды. Она предназначена для охлаждения воды в зимнее время с помощью естественного льда. Охлажденная вода в последствии идет на охлаждение молока.

Эта установка соответствует ГОСТ 12.2.042-91 ССБТ «Машины и оборудование для животноводства. Общие требования безопасности».

В промышленном производстве для охлаждения молока используются холодильные установки типа МХУ-8С, ХМ-ФВ-20. В качестве хладогента в этих установках используется дифтордихлорметан (СF₂Cl₂) c условным обозначением «Фреон - 12», который представляет особую опасность для человека при его утечке.

В проектируемой установке в качестве холодильного агрегата используется естественный лед, который не представляет опасности для жизни человека.

Высота установки составляет 3,9 м, для обслуживания установки предусмотрены лестницы. Обслуживает данную установку холодильщик. Для подачи воды наверх установки предусмотрен насос. Слив воды с ванн производится с помощью сливных кранов. При обморожении лестницы она представляет особую опасность. Для снижения этой опасности предусмотрены перила.

При разработке конструкции учитываются требования ГОСТ 12.2.003-91.

Данная конструкция надежна в эксплуатации. Надежность конструкции подтверждена расчетами на прочность, которые предоставлены в конструктивном расчете установки.

Установка окрашивается в серый цвет, ванны покрыты антикоррозионным покрытием.

Для удобства монтажа в конструкции предусмотрены проушины.

При работе на установке необходимо руководствоваться «Правилами безпеки при виробництві продукції тваринництва» НАОП 2.1.20-1.01-87.

5. Экономическое обоснование проекта

Определяем дополнительные капитальные вложения  в разработку новой установки-аккумулятора природного холода.

Рассчитываем норму времени на сваривание четырех ванн.

Исходные данные:

шов - угловой без скоса кромок;

длина шва - 3700 см;

толщина свариваемого материала - 4 мм;

материал - Ст 3;

электрод - Э34 с меловой обмазкой. Работа выполняется в удобном положении, расстояние перемещения сварщика 2 м.

Определяем массу наплавляемого металла по зависимости:

, (г) (5.1)

где - длина шва, =3700 см;

 - площадь поперечного сечения шва, при толщине стенки 4 мм, = 0,2 см² [3];

- плотность электрода, = 7,5 гр/см³ [3];

Подставив в 5.1, получим:

г.

Для свариваемого материала толщиной 4 мм выбираем электрод диаметром 4 мм [3]. Для электрода Э34 с меловой обмазкой диаметром 4 мм принимаем величину сварочного тока 0,5 (г/Ач) [3].

Определяем основное время по зависимости:

, (мин.) (5.2)

где  - коэффициент наплавки,  = 6,5 г/А·ч;

 - величина сварочного тока, = 180 А;

 - коэффициент, учитывающий длину шва,  = 1 [3];

 - коэффициент, учитывающий положение шва в пространстве, = 1,25 [3].

Подставив в 5.2, получим:

мин.

Определяем вспомогательное время по зависимости:

, (мин)(5.3)

где  - время, связанное с изделием,  = 2,3 мин [3];

 - время, связанное с переходом сварщика,  = 0,6 мин [3].

Подставив в 5.3, получим:

мин.

Определяем оперативное время по зависимости:

, (мин) (5.4)

 мин.

Определяем дополнительное время по зависимости:

, (мин)(5.5)

где  - процентное отношение дополнительного времени к оперативному, = 1,3 [3].

Подставив в 5.5, получим:

 мин.

Определяем подготовительно-заключительное время:

, (мин)  (5.6)

где  - процентное отношение подготовительно-заключительного времени к оперативному,  = 2% [3].

Подставив в 5.6, получим:

 мин.

Определяем норму времени по зависимости:

мин ≈ 6,2 ч.(5.7)

Определяем зарплату сварщику за сваривание 4 ванн:

, (грн.)(5.8)

где  - часовая тарифная ставка на сварщика, = 0,85 грн;

 - доплата за работу, = 1,3;

 - отчисления на соц. страх, = 1,52.

Подставив в 5.8, получим:

грн.

Определяем стоимость материала необходимого для изготовления установки.

Из конструктивного расчета масса листового железа, необходимого для установки, составляет:

= 763,7 кг;

уголка №7 -  = 291,3 кг;

труб - = 298 кг.

Стоимость железа равна:

, (5.9)

где  = 0,8 грн [13].

грн.

Стоимость уголка равна:

,

где  = 0,8 грн.

грн.

Стоимость труб равна:

, 

где  = 0,9 грн.

грн.

Дополнительные капитальные вложения будут равны:

, (грн.)(5.10)

где  - коэффициент, учитывающий затраты на доставку материала и монтаж установки,  = 1,2 [4].

грн.

Определяем годовой экономический эффект, ожидаемый от внедрения установки:

, (грн) (5.11)

где  - сезонные издержки на эксплуатацию старой установки.

,(5.12)

где  - зарплата оператору за 4 месяца на охлаждении молока:

,(5.13)

где  - время сезонной работы установки, = 840 ч;

 - дневная тарифная ставка, = 0,8 грн;

 - доплата за продукцию, = 1,25…1,3;

 грн.

Затраты на электроэнергию:

, (грн)         (5.14)

где  - мощность электродвигателя, = 25,8 кВт;

 - стоимость электроэнергии, = 0,156 грн/кВт·ч.

грн.

Отчисления на амортизацию будут равны:

, (грн)(5.15)

где  - балансовая стоимость установки МХУ-8С, = 6400 грн. (технологическая карта);

 - процентное отчисление, = 14,2% [2].

 грн.

Сезонная амортизация составит:

 грн.

Затраты на текущий ремонт и ТО будут равны:

,(5.16)

где  - норма ежегодных отчислений, = 18% [2].

грн.

Сезонные затраты составят:

 грн.

Подставив в 5.12, получим:

 грн.

Сезонные издержки на эксплуатацию новой установки будут равны:

, (грн.)(5.17)

где  - отчисления на амортизацию проектируемой установки.

, (грн.)(5.18)

где  - балансовая стоимость новой установки, = 1122,61 грн.

грн.

Затраты на воду определяем по зависимости:

, (грн.)          (5.19)

где  - расход воды на охлаждение,  = 3360 м³;

- стоимость 1 м³ воды, = 0,621 грн.

грн.

Затраты на электроэнергию составят:

, (грн.)(5.20)

где  - мощность электродвигателей новой установки, = 0,4 кВт.

Подставив в 5.20, получим:

грн. Подставим в 5.17, получим:

грн.

Нормативный коэффициент эффективности составляет = 0,2 [2].

Так как сезонные капитальные вложения в старую установку составляют = 6400 грн., а дополнительные капитальные вложения - = 1122,61 грн., то  составит:

 грн.

Подставив в 5.11, получим:

 грн.

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений определяем по зависимости:

года.(5.21)

Результаты расчетов сводим в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Экономическая эффективность применения аккумулятора природного холода

механизация производство молоко аккумулятор холод

заключение

В настоящем дипломном проекте предложен путь уменьшения эксплуатационных затрат первичной обработки молока путем внедрения энергосберегающей технологии и применения конструктивной разработки - аккумулятора природного холода. Внедрение предлагаемой установки позволит получить годовой экономический эффект в размере 1045,6 грн. При этом срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составит 1,07 года.

Сейчас в Украине очень остро стоит проблема снижения затрат на энергоносители. При внедрении проектируемой установки можно существенно уменьшить затраты на электроэнергию, что повлияет на уменьшение себестоимости единицы продукции. Следовательно, применение этой разработки целесообразно.

литература

1. Годовые отчеты учхоза ЛНАУ за 2001 -2003 года.

. Белянчиков Н.Н. Механизация животноводства. - М.: Колос, 1983. - 360 с.

. Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1986. - 180 с.

. Брагинец Н.В., Палишкин Д.А. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства. - М.: Колос, 1991. - 191 с.

. Механизация и технология производства продукции животноводства / В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д.Н. Мурусидзе, В.Ф. Некрашевич. - М.: Колос, 1999. - 528 с.

. Ковалев Ю.Н. Аппараты молочных линий на ферме. - М.: Агропромиздат, 1985. - 265 с.

. Конарев Ф.М. и др. Охрана труда. - М.: Колос, 1982. - 360 с.

. Матвеев В.А., Пустовалов И.М. Техническое нормирование ремонтных работ в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1989. - 206 с.

. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978. - 560 с.

. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. - Л.: Агропромиздат, 1985. - 640 с.

. Свердлов М.С. Охрана труда. - М.: Агропромиздат, 1989.

.  Степин П.А. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1983. - 303 с.

. Головин В.Т., Скворцов В.Н., Никитин Е.А. Методические указания по экономическому обоснованию конструктивных разработок машин, узлов и агрегатов. - Луганск: ЛНАУ, 2004. - 10 с.

.  Войтюк Д.Г. та ін. Дипломне та курсове проектування. - К.: Вища школа, 1996.