Наиболее популярные импортные хромоникелевые стали

Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450 до 850 градусов Цельсия в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

 

Сталь AISI 304L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450-850 градусов Цельсия. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при температура 700-800 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2-3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800 градусов Цельсия) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316L. Аналог стали AISI 316, но с содержанием углерода менее 0,03%, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316Ti. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800-850 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

Остановимся на характеристиках стали AISI 316.

Марка AISI 316 - улучшенная версия 304, с дополнением молибдена и немного более высоким никелевым содержанием. Данная композиция AISI 316 значительно повышает коррозионное сопротивление в большинстве агрессивных средах. Молибден делает сталь более защищенной от питтинговой и щелевой коррозии в хлористой среде, морской воде и в парах уксусной кислоты. Более низкий показатель общей коррозии в слегка коррозионных средах дает хорошее коррозионное сопротивление в загрязненной и морской атмосфере.

316-я обладает более высокой прочностью и имеет лучшее сопротивление ползучести в более высоких температурах, чем AISI 304. AISI 316 также обладает отличными механическими и коррозионными свойствами в поднулевых температурах.

Когда есть опасность коррозии в околошовных сварных зонах, должна быть использована низко-углеродная марка - AISI 316L. AISI 316Ti стабилизированная титаном

 

версия, используется для сопротивления сенсибилизации в течение продолжительного времени в температурном диапазоне 550 - 800°C.

 

Таблица 5

Химический состав (ASTM A240)

	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo	Ti
AISI 316	0.08 max	2.0 max	0.045 max	0.030 max	1.0 max	16.0 – 18.0	10.0 – 14.0	2.00 – 3.00	-
AISI 316L	0.03 max								0.5 max
AISI 316Ti	0.08 max								5X%C

 

Типичные свойства в отожженном состоянии:
Свойства, указанные в этой публикации типичны для производства одного из заводов и не должны быть расценены как гарантируемые минимальные значения для целой спецификации.

Таблица 6

Механические свойства при комнатной температуре

	AISI 316		AISI 316L		AISI 316Ti
	Типичн	Min	Типичн	Min	Типичн	Min
Rp m Предел прочности (при растяжении), N/mm2	580	515	570	485	600	515
Rp0,2 Предел Упругости (текучесть), (0.2 %), N/mm2	310	205	300	170	320	205

 

Продолжение таблицы 6

удлинение (% in L = 5.65 S0)	55	40	60	40	50	40
Твердость по Бринеллю - НВ	165	-	165	-	165	-
Органолептическая проба Эриксена, мм	8 - 10	-	10 - 11	-	-	-
Усталостная прочность, N/mm2	260	-	260	-	260	-

 

 

Таблица 7

Предел прочности при повышенных температурах

Температура, °C	600	700	800	900	1000
Rp m Предел прочности (при растяжении), N/mm2	460	320	190	120	70

 

Таблица 8

Минимальные величины предела упругости (ползучесть) при высокой температуре (деформация в 1 % за 10 000 часов)

Температура, °C	550	600	650	700	800
Rp 1,0 1.0% пластичная деформация (текучесть) N/mm2	160	120	90	60	20

 

Максимум, рекомендованных температур обслуживания (условия окисления):
непрерывное воздействие 925°C
прерывистые воздействия 870°C

 

Таблица 9

Свойства в низких температурах (AISI 316)

Температура, °C	-78	-161	-196
Rp m Предел прочности (при растяжении), N/mm2	400	460	580
Rp0,2 Предел Упругости, (0.2 %), (условный предел текучести) N/mm2	820	1150	1300
Ударная вязкость, J	180	165	155

 

Таблица 10

Сопротивление коррозии в кислотных средах

Температура, °C	20							80
Концентрация, % к массе	10	20	40	60	80	100	10		20	40	60	80	100
Серная кислота	0	1	2	2	1	0	2		2	2	2	2	2
Азотная кислота	0	0	0	0	0	1	0		0	0	0	1	2
Фосфорная кислота	0	0	0	0	1	2	0		0	0	0	1	2
Муравьиная кислота	0	0	0	1	1	2	0		0	1	1	1	0

Код:
0 = высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100 mm/год;
1 = частичная защита - Скорость коррозии от 100m до 1000 mm/год;
2 = non resistant - Скорость коррозии более чем 1000 mm/год.

 

 

Таблица 11

Атмосферные воздействия*

Окружающая среда	Скорость коррозии (mm/год)
	AISI 316	Aлюминий-3S	углеродистая сталь
Сельская	0.0025	0.025	5.8
Морская	0.0076	0.432	34.0
Индустриальная морская	0.0051	0.686	46.2

 

*Сравнение 316-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (скорость коррозии рассчитана при 10-летнем подвержении).

Рассмотрим свойства стали 3 (СТ 3, СТ3) - сталь конструкционной углеродистой.

 

Таблица 12

Характеристика стали 3 (СТ 3, СТ3)

Марка:	СТ3
Заменитель:	ВСт3сп
Классификация:	Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества
Применение:	несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С.Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от —40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

 

 

Таблица 13

Химический состав в % материала стали 3 (СТ 3, СТ3)

C

Si

Mn

Ni

S

0.14-0.22

0.05-0.17

0.4-0.65

до 0.3

до 0.05

 

P	Cr	Cu	As
до 0.04	до 0.3	до 0.3	до 0.08

 

Таблица 14

Температура критических точек стали 3 (СТ 3, СТ3)

Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835, Ar1=680

 

Таблица 15

Механические свойства при Т=20^oС стали 3 (СТ 3, СТ3)

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
–	мм	–	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	–
Прокат горячекатан.	до 20		370-480	245	26			Состояние поставки
Прокат горячекатан.	20-40			235	25			Состояние поставки

 

 

Таблица 16

 

Технологические свойства стали 3 (СТ 3, СТ3)

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

 

 

Таблица 17

Обозначения

Механические свойства стали 3 (СТ 3, СТ3):
	sв	- Предел кратковременной прочности, [МПа]
	sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
	d5	- Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
	y	- Относительное сужение, [ % ]
	KCU	- Ударная вязкость, [ кДж / м2]
	HB	- Твердость по Бринеллю

 

Продолжение таблицы 17

Физические свойства стали 3 (СТ 3, СТ3):
	T	- Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
	E	- Модуль упругости первого рода, [МПа]
	a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T), [1/Град]
	l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]
	r	- Плотность материала, [кг/м3]
	C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T), [Дж/(кг·град)]
	R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость стали 3 (СТ 3, СТ3):
без ограничений			- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая			- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая			- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

 

Учитывая рассмотренные выше положительные характеристики стали марки
AISI 316, рекомендуем ее в качестве конструкционного материала для камеры выпаривания. Для кипятильных труб и кожуха рекомендуем сталь марки № 3 СТ.

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

 

Сведем исходные и рассчитанные данные о вакуум-выпарной установке в табл. 18.

 

Таблица 18

Характеристики вакуум-выпарной установки

Наименование	Символ	Размерность
Давление греющего пара	Р 1	0,120МПа
	Р 2	0,084 МПа
	Р 3	0,047 МПа
Давление в барометрическом конденсаторе		0,011 МПа
Температура греющего пара	t гр1	105 оС
	t гр2	95 оС
	t гр3	80 оС
Температура в барометрическом конденсаторе	tбк	50 оС
Высота кипятильных труб	H	4 м
Высота барометрической трубы	Hбк	10 м
Количество корпусов в установке	n	3 шт

 

Исходя из этих данных, принимаем трехкорпусную вакуум-выпарную установку марки ВНИИКОП.

Для поддержания в установке давления ниже атмосферного принимаем вакуум насос марки ВВН-3.

ВЫВОДЫ

 

 

Полученные расчетные данные соответствуют известным теоретическим зависимостям изменению содержания сухих веществ в томатной пасте при процессе выпаривание в вакууме. Выполненные расчеты соответствуют выданному заданию на курсовой проект.

Рассмотрим некоторые возможности модернизации и интенсификации производства томатной пасты, которые могут быть реализованы благодаря современным технологиям машиностроения, которые находят применение в пищевой промышленности.

Одним из основных недостатков производства плодоовощных паст является существенна потеря биологически активных веществ при тепловой обработке сырья, особенно при концентрировании, длительность которого зависит от вида готового продукта и может составлять от 60 до 300 мин. При этом потери витамина С достигают 30-70%. Перспективным способом интенсификации процессов выпаривания пастоподобных продуктов из плодоовощного сырья является использование пленочного течения жидких продуктов под действием силы тяжести, центрированных сил и сопутствующего парового потока, которое имеет место в роторных пленочных аппаратах. Использование этих аппаратов дает возможность значительно сократить длительность термообработки продуктов, снизить потери биологически активных веществ, проводить их активную гомогенизацию, уменьшить габариты оборудования и эксплуатационных затраты [5].

При активном развитии в современном мире электротехнического оборудования имеет практическую целесообразность использование установки для выпаривания томатопродуктов облучением СВЧ диапазона. Эта технология позволяет значительно снизит энергозатраты - энергоемкость процесса снижается в 1,6 - 1,8 раз по сравнению с традиционной технологией [9, 23].

Рис. 7. Перистальтический насос производства научно-производствен-ной фирмы "ФЛАЙТ-М"

Для лучшего поддержания вакуума можно предложить использование перистальтического насоса. Насосы такого вида являются новинкой на рынке оборудования для пищевой промышленности [17]. Принцип действия перистальтического насоса заключается в следующем: при вращении ротора специальный башмак полностью пережимает шланг, расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает рабочую среду в напорную линию. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и обеспечивает самовсасывание.

Преимущества такого насоса:

· Надежность, простота эксплуатации;

· Единственная изнашивающаяся деталь - шланг - заменяется без демонтажа
                   насоса через 1000 - 2000 часов работы в зависимости от свойств
                   перекачиваемой среды;

· Гладкая проточная часть, отсутствуют клапаны, карманы. Нет контакта  
                   перекачиваемой среды с движущимися металлическими частями;

· Не разрушается структура перекачиваемой среды;

· Абсолютно герметичен, отсутствуют уплотнения;

· Возможность реверсивной работы. Самоочистка насоса изменением
                   направления вращения;

· Постоянная подача;

· Возможность работы "всухую", т.е. необязательно наличие жидкости в
                   проточной части;

· Возможна прокачка газожидкостных смесей;

· Самовсасывание до 9 м вод.ст. без предварительной заливки;

· Всасывание разлитой жидкости с горизонтальных поверхностей;

· Частота вращения - 10-75 оборотов в минуту.

 

Так же в настоящее время научно доказано, что для повышения качества концентрированных томатных продуктов в процессе их производства является целесообразной их тепловая обработка в отваре шиповника, которая способствует стабилизации цвета конечного продукта и сохранению биологически активных веществ. Проведенные эксперименты свидетельствуют, что оптимальным способом предварительной обработки томатов с максимальным сохранением β-каротина является их бланширование в водном растворе с массовой долей шиповника 4% при температуре 93-95^оС в течение 17-20 с [10].

При разработке современного высокотехнологического оборудования для пищевой промышленности стандартом является использование деталей и узлов из нержавеющей стали шлифованной по высокому классу, которое обеспечивает качество и продолжительную работу установки без мойки [16]. Рекомендую учесть эту возможность при плановой модернизации производства. Для предохранения корпуса от коррозии следует применять антикоррозионные лаковые покрытия или включения ингибиторов в материал корпуса при его изготовлении.

Для улучшения отдачи тепла от теплоносителя к продукту в качестве материала для кипятильных трубок целесообразно использовать стали марок обладающих наилучшей теплопроводностью.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Аминов М.С. Процессы и аппараты пищевых производств / М.С. Аминов и др. — М.: Колос, 1999. — 504с.

2. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств /
 В.И. Баранцев. — М.: Агропромиздат, 1985. —136 с.

3. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств / В.И. Горбатюк. — М: Колос, 1999. — 335 c.

4. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии / Г.Д. Кавецкий,
Б.В. Васильев. — М.: Колос, 2000. — 551 с.

5. Кіптела Л.В. Наукове обґрунтування процесів і обладнання виробництва харчових напівфабрикатів з нетрадиційної плодоовочевої сировини: Автореф. дис... д-ра техн. наук: 05.18.12 / Л.В. Кіптела; Харк. держ. ун-т харчування та торгівлі. — Х., 2005 — 34 с.

6. Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств / Н.Н. Липатов. — М.: Экономика, 1987. — 272с.

7. Лонцин М. Основные процессы пищевых производств: Пер. с англ. / М. Лонцин,
Р. Мерсон. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. — 384 с.

8. Машины и аппараты пищевых производств: В 2 кн. / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; Под ред. В.А. Панфилова. — М.: Высш. шк., 2001. — Кн. 1. — 2001. — 703 с.

9. Могилевский Ф.Е. К расчету и конструированию аппарата выпаривания фосфорной кислоты энергией поля сверхвысокой частоты / Ф.Е. Могилевской, А.Л. Шаталов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2006. — №8. — С.10—12. [Режим доступа: http://www.himnef.ru/arhiv/list.html]

10. Ольховська В.С. Вдосконалення якості концентрованих томатопродуктів в процесі їх виробництва: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.18.15 / В.С. Ольховська; Харк. держ. ун-т харчування та торгівлі. — Х., 2009. — 18 с.

 

11. Основные процессы и аппараты химической технологи: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др..; под ред. Ю.И. Дытнерского. — М.: Химия, 1991. — 496 с.

12. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. — Л.: Химия, 1976. — 552 с.

13. Плаксин Ю. М. Процессы и аппараты пищевых производств / Ю. М. Плаксин,
Н. Н. Малахов, В. А. Ларин. — М.: КолосС, 2007. — 760 с.

14. Проектирование процессов и аппаратов пи­щевых производств / Под ред.
В. Н. Стабникова. — Киев: Вища школа, 1982. — 199 с.

15. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / Под. ред.
С.М. Гребенюка.— М.: Агропромиздат, 1987. — 304 с.

16. Сайт научно-производственной фирмы "ФЛАЙТ-М": Оборудование для консервной промышленности [Режим доступа: http://www.flight-m.ru/vvu_soky.html]

17. Сайт научно-производственной фирмы "ФЛАЙТ-М": Тематические статьи: "Перистальтический насос – новинка для российского рынка" [Режим доступа: http://www.flight-m.ru/staty_1.html]

18. Сенеш Э. Процессы выпаривания в пищевых производствах: Пер. с венгерского /
Э. Сенеш, Н. Надабан. — М.:Пищевая промышленность, 1969. — 312 с.

19. Справочник химика. — М.-Л., 1966. — Т. V. — 974 с.

20. Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств / В.Н. Стабников,
В.И. Баранцев.  — М.: Легкая и пищевая промышленность. — 1983. — 328 c.

21. Федоткин И.М. Физико-математические основы интенсификации процессов и аппаратов пищевой и химической технологии / И.М. Федоткин. — Кишенев: Штиинца, 1987. — 262 с.

22. Чубик И.А. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов / И.А. Чубик, А.М. Маслов. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 184 с.

23. Шаталов А.Л. Интенсификация выпаривания фосфорной кислоты полем СВЧ и метод расчета аппарата/ А.Л. Шаталов, Ф.Е. Могилевский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2005. — №9. — С.7—10. [Режим доступа: http://www.himnef.ru/arhiv/list.html]

 

 

Содержание

	Реферат.......................................................	3
	Введение......................................................	4
1.	Описание принципиальной схемы трехкорпусной выпарной установки	8
2.	Описание технологической схемы прямоточной трехкорпусной выпарной установки.............................................	10
3.	Технологический расчёт выпарных аппаратов.......................	14
3.1.	Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов........	14
3.1.1.	Расчёт общего количества выпариваемой воды......................	14
3.1.2.	Определение температур кипения растворов........................	16
3.1.3.	Определение полезной разности температур........................	22
3.1.4.	Определение тепловых нагрузок..................................	23
4.	Расчёт и выбор вспомогательного оборудования.....................	27
4.1.	Расчёт тепловой изоляции........................................	27
4.2.	Расчёт барометрического конденсатора............................	28
4.3.	Расчёт производительности вакуум-насоса..........................	30
5.	Выбор конструкционных материалов..............................	32
6.	Выбор оборудования............................................	42
	Выводы.......................................................	43
	Список использованной литературы...............................	46
	Приложения