Повышение эффективности энергоиспользования цеха

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 1

ЗАДАНИЕ 2

1.ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО УЧАСТКА 4

1.1.Описание техпроцесса  производства сметаны 4

1.2. Подбор и расчет  технологического оборудования 5

1.3.Компоновка помещений  производственного корпуса 8

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 10

2.1. Расчет тепловых  потерь 10

2.1 Мощность и энергия  входящих потоков 10

2.2 Мощность и энергия  исходящих потоков 15

2.3.Уравнение энергобаланса 19

3.МОДЕРНИЗАЦИЯ ЦЕХА  КИСЛОМОЛОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ 21

3.1. Модернизация ограждающич  конструкций здания 21

3.2.Модернизация оборудования 25

3.3.Уравнение энергобаланса 26

4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

5. Список используемой  литературы 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Энергетический аудит — это  техническое инспектирование энергопотребления  предприятия с целью определения  возможности экономии энергии и  предоставление помощи предприятию  в осуществлении мероприятий, которые  обеспечивают экономию энергоресурсов на практике.

Проведение аудита позволяет количественно  определить объём и оценить рациональность использования и потребления  различных энергоресурсов на данном предприятии. Это даёт возможность  разработать энергетические балансы  всех энергоресурсов данных объектов, выявить основных потребителей каждого  энергоресурса, определить места потерь, а также сосредоточить усилия на детальном обследовании основных потребителей.

Задачи энергоаудита:

-обнаружить источники нерациональных  энергозатрат и неоправданных  потерь энергии; 

-разработать на основе технико-экономического  анализа рекомендации из их  ликвидации,

- предложить программу по экономии  энергоресурсов и рациональному  энергоиспользыванию, 

- предложить  очередность реализации предложенных  мероприятий с учетом объемов  затрат и сроков окупаемости.

          Потребление энергии органического топлива включает в себя пять базовых процессов:

- Высвобождение  энергии путем сжигания, в котором  химическая энергия преобразуется  в тепловую энергию.

- Преобразование  энергии в альтернативные формы  (то есть тепловой в механическую  и наоборот)

- Распределение  энергии в места ее использования

- Использование  энергии для особых целей

- Выброс  энергии в окружающую среду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

Провести  энергоаудит цеха кисломолочных  продуктов  по производству сметаны:

- Рассчитать тепловые потери через ограждающие поверхности: стены, пол, крышу, окна, двери и потери излучением через окна;

- Рассчитать приход тепла от оборудования, размещенного в данном цехе;

- Составить уравнение энергобаланса;

- Провести  модернизацию цеха;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО УЧАСТКА

1.1.Описание техпроцесса производства сметаны

Сметана - кисломолочный продукт русской кухни, получаемый из сливок и закваски.

Технологический процесс производства кисломолочных  напитков состоит из следующих технологических  операций: подготовки сырья, нормализации , пастеризации, гомогенизации, охлаждения, заквашивания, сквашивания, в специальных  емкостях, охлаждения и фасовки. Для  производства кисломолочных напитков используется молоко не ниже второго  сорта кислотностью не выше 19 °С, которое предварительно подвергают очистке.  Кисломолочные напитки вырабатывают с различной массовой долей жира:  6; 4;  3,2;  2,5; 1,5; 1 %. Поэтому исходное молоко  соответственно  нормализуется до требуемой  массовой  доли  жира.  Нормализация  молока  осуществляется  в потоке  на  сепараторах-нормализаторах  или  смешением.  Нежирные   продукты вырабатываются из обезжиренного молока. При  нормализации  сырья  смешением  массу  продуктов   для   смешения определяют по формулам материального баланса или по рецептуре. Нормализованное сырье подвергается тепловой  обработке.  В  результате пастеризации уничтожаются  микроорганизмы  в  молоке  и  создаются  условия,благоприятные  для  развития  микрофлоры  закваски.  Наилучшие  условия  для развития  микроорганизмов   создаются,   если   молоко   пастеризуется   при температурах, близких к 100 °С. При  этих  условиях  происходит  денатурация сывороточных  белков,  которые  участвуют  в  построении  структурной  сетки сгустка, повышаются гидратационные свойства  казеина  и  его  способность  к образованию более плотного сгустка, хорошо удерживающего сыворотку.  Поэтому при производстве всех  кисломолочных  напитков,  кроме  ряженки  и  варенца, исходное сырье пастеризуется при температуре 85-87 °С с выдержкой 5-10  минили при 90- 92 °С с выдержкой 2-3 мин,  ряженки и варенца -  95-98  °С  с выдержкой  2-3  ч.  Кроме того,  при выработке варенца   используется   и

стерилизация  молока. Тепловая  обработка  молока  обычно  сочетается  с  гомогенизацией.  В результате гомогенизации при  температуре  55—60  °С  и  давлении  17,5  МПа улучшается консистенция кисломолочных продуктов и предупреждается  отделение сыворотки.

После пастеризации и гомогенизации молоко охлаждается  до  температуры заквашивания. При использовании  закваски,  приготовленной  на термофильных бактериях, молоко охлаждается до 50 - 55°С, мезофильных-30-35 °С и кефирной закваски- 18-25 °С.

В  охлажденное  до  температуры  заквашивания   молоко   должна   быть немедленно  внесена  закваска,  соответствующая  виду   продукта.   Наиболее рационально вносить закваску в молоко в потоке.  Для  этого  закваска  через дозатор подается непрерывно в  молокопровод  и  в  смесителе  смешивается  с молоком.

Сквашивание молока проводят при температуре  заквашивания.  В  процессе сквашивания   происходит   размножение   микрофлоры   закваски,    нарастает кислотность, коагулирует казеин и образуется сгусток. Окончание  сквашивания определяют  по  образованию  достаточно  плотного   сгустка   и   достижению определенной кислотности.

По окончании  сквашивания продукт немедленно охлаждается. Кисломолочные продукты,  вырабатываемые  без  созревания,   немедленно   направляются   на охлаждение.

      Сметану   получают  из  нормализованных   пастеризованных  сливок  путем сквашивания их закваской, приготовленной на чистых  культурах  молочнокислых бактерий, и созревания при низких температурах.

      В зависимости  от микрофлоры закваски  и   массовой  доли  жира  сметану выпускают следующих видов (табл. 1).

                                                                   Таблица 1

Сметана

Массовая доля жира, %

Кислотность

Диетическая

10

70-100

15%-ной жирности

15

65-110

20%-ной жирности

20

65-10

Ацидофильная

20

65-100

30%-ной жирности

30

65-100


1.2. Подбор и расчет технологического  оборудования

Расчет и подбор технологического оборудования выполняется на основании  графика технологических процессов. На основе расчета и подбора оборудования и графика технологических процессов  производится расчет площадей, компоновка и расстановка технологического оборудования производственного корпуса.

Расчет и подбор технологического оборудования ведется с целью  обеспечения переработки молока в сутки максимального поступления  сырья на предприятие, в соответствии с принятой схемой технологического процесса.

Условия, учитываемые при подборе  оборудования: получение продукции  высокого качества; достижение минимальных  расходов электроэнергии, воды, пара, холода; стремление к максимальной степени  механизации и автоматизации  производственных процессов; максимальное использование оборудования по времени  и производительности.

Оборудование  производственного участка и его площадь представлена в таблице 2.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Площадь, занимаемая оборудованием

 

Наименование оборудования

 

 

 

 

Марка

 

 

 

Производительность, л/ч

Количество, шт

Площадь одной единицы оборудования, м²

Суммарная площадь оборудования, м²

Центробежный 

насос для молока

50МЦ 25 131

25

2

0,25

0,50

Сепаратор – молокоочиститель

А1-ОМЦ-25

25

2

0,79

1,58

Сепаратор-сливкоотделитель

РЗ-ОЦТ-25

25

1

2,42

2,42

Емкость для нормализации сливок

Я1-ОСВ-6

10

2

7,35

14,7

Гомогенизатор

А1-ОГМ

5

2

1,63

3,26

Пастеризационно-охладительная установка 

ОП-1000М

1000

1

0,425

0,85

Резервуар закваски

  

500

2

2,6

5,2

Смеситель

ОГУ-2,5

2,5

1

3,75

3,75

Разливной автомат

Я1-ОСВ-6

10

1

7,35

7,35

Итого:  Fо

        

39,61


 

Площадь производственного участка рассчитывается по формуле (1.1)

F=∑f *k

F = 41,96 · 4,5 = 178,25 м2

k-коэффициент запаса=4,5.

Площади вспомогательного производства подбирают в зависимости от направления предприятия и его мощности. Площадь вспомогательных помещений представлена в таблице 3.

 Таблица  3 - Площади вспомогательных помещений

Помещение

Строительный квадрат

Принятая площадь, м2

Приемно-моечное отделение

4,7

168

Отделение централизованной мойки

2

72

Лаборатория приемно-моечного отделения

1

36

Заводская химико-бактериологическая лаборатория

2

72

Дегустационный зал

1

36

Заквасочная

1

36

Комната оформления документов

0,5

18

Комната мастера

2

72

Комната заведующего производством

0,5

18

Комната заведующей лаборатории

0,5

18

Комната технолога

0,5

18

Комната дежурного электрика и  слесаря

0,5

18

Бойлерная

1

36

Венткамеры

2

72

Лаборатория  КИПиА

1

36

Зарядная электропогрузчиков

1

36

Стоянка электропогрузчиков

1

36

Экспедиция

2

72

Бытовые помещения

6

216

Склад моющих веществ

1

36

Материальный склад

1

36

Комната оказания ПМП

1

36

Моечная

1

36

Всего:

34,2

1231,2


 

Площадь камер хранения запасов сырья, материалов и тары рассчитывается, исходя из массы  упаковки, сроков хранения и нормативной  нагрузки на 1 м2, по следующей формуле:

                                   (2.1)

где Муп — масса упаковки, в кг;

τ — срок хранения в сут;

q — норма укладочной массы, кг/м2;

К — коэффициент использования  площади.

                                          (3.1)

Оперативные склады предусматривают из расчета 2-х суточного хранения.

Таблица 4.

Помещение

Принятая площадь м2

Склад сырья

124,4


 

Расчет  площадей камер хранения готовой  продукции.

Площадь камер хранения готовой продукции  рассчитывается, исходя из количества готового продукта, сроков хранения и  нормативной загрузки на 1 м2, по следующей формуле:

  (4.1)                                                                                                
где Мпр — масса продукта вырабатываемого в сутки, в кг;

τ — срок хранения в сут;

q — норма укладочной массы, кг/м2;

К — коэффициент использования  площади.

Площадь камер хранения с учетом сроков хранения, количества готовой продукции, а  так же нагрузки на 1м2 камеры и коэффициента использования площади рассчитывается по формуле (36) и приведена в таблице 5.  

 

Таблица 5

Помещение

Площадь м2

Склад ГП

74


 

Общая площадь  цеха F=74+124,4+1231,2+178,25=1607,85 м2

Площадь цеха примем 1620 м2.  Цех в одноэтажном исполнении прямоугольной формы – длина 40 м, ширина 40,5м.

Основные  производственные цеха и лаборатории  имеют дневное освещение.

Лаборатория приемно-моечного отделения расположена  рядом с приемно-аппаратным участком, бойлерная, помещение для хранения моющих средств рядом с помещением централизованной мойки.

1.3.Компоновка помещений производственного корпуса

Все помещения  главного производственного корпуса  расположены таким образом, чтобы  в наибольшей степени способствовать правильной организации технологического процесса, обеспечивать необходимые противопожарные и санитарно-гигиенические требования и нормы, предусматривать возможность дальнейшей реконструкции предприятия (расширение производства, замена или изменение расположения технологического оборудования), отвечать требованиям технической эстетики и обеспечивать максимальную экономию капиталовложений на строительство или реконструкцию.

При компоновке помещений соблюдается поточность движения сырья, полуфабрикатов, готового продукта, тары и необходимых для  производства материалов, отсутствие пересекающихся грузовых и людских  потоков, предусматривается проектирование переходных мостиков над транспортерами. Склады тары, камеры хранения готовой  продукции по возможности примыкают  к производственному цеху в местах фасовки готового продукта. Это позволяет не только сократить путь движения тары и фасованного продукта в камеры хранения, но и снизить возможность пересечения рабочих с грузопотоками.

Материальный  склад располагается у входа  в цех по ходу технологического процесса, он имеет выход на территорию завода.

При компоновке помещений в главном корпусе  учитывается возможность дальнейшей реконструкции цехов или всего  завода. С этой целью бытовые и  складские помещения расположены  в торцовых частях зданий, поскольку  при необходимости их можно вынести  в специальное помещение на территории завода, а на освободившихся площадях расширить производство. Кроме того, при таком размещении указанных  помещений при одноэтажном строительстве  увеличивается естественное освещение  цехов, создается возможность разумного  снижения высоты непроизводственных помещений, что особенно важно для снижения затрат па теплоизоляцию камер храпения готового продукта и экономии расходования холода.

Лаборатории, участки приёмно-аппаратный, цельномолочной продукции, участок выработки СОМ  размещаются с южной стороны, а камеры хранения готовой продукции, экспедиции – с северной. В этом случае летом солнце не будет проникать  в глубь участков, а зимой все  участки будут полностью освещены.

Котельные помещения располагаются в отдельно стоящем здании.

Помещение бойлерной, необходимой для обеспечения  производства горячей водой, располагают  в производственном корпусе. Допускается  размещение бойлерной в помещении  без естественного освещения.

При проектировании предприятий, перерабатывающих свыше 50 т молока в смену, предусматриваются  комнаты мастеров, которые примыкают  к производственным цехам.

Производственные  помещения расположены по ходу технологического процесса, не допуская пересечения потоков сырья и готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

2.1. Расчет тепловых потерь

2.1 Мощность и энергия  входящих потоков

В данном разделе рассматриваются уравнения, позволяющие определить входящие потоки энергии от оборудования; вспомогательных приборов, освещения, отопления, рабочего персонала для данного технологического процесса.

2.1.1Мощность, потребляемая электрооборудованием цеха:

где - мощность, потребляемая электрооборудованием в цехе;

- коэффициент потерь двигателя.

2.1.2.Энергия, поступающая от электрооборудования цеха:

где - время работы оборудования.

 

2.1.3.Мощность, выделяемая емкостями с жидкостью:

α=5.6+4×

,

где α –  коэффициент теплоотдачи, Вт/м2∙К;

Sж – площадь поверхности ёмкости с жидкостью;

Тж – температура поверхностных стенок ёмкости;

Тср – температура окружающей среды.

 – скорость движения воздуха  в помещении.

2.1.4.Энергия, выделяемая агрегатом с жидкостью:

где - время работы агрегата с жидкостью.

2.1.5.Мощность, выделяемая системой освещения:

,

где nЛрозж, nЛлюм – количество ламп накаливания и люминесцентных ламп;

NЛрозж, NЛлюм – потребляемая мощность ламп накаливания, люминисцентных ламп.

2.1.6.Энергия, выделяемая освещением:

где - время работы системы освещения.

2.1.7.Мощность, выделяемая системой вентиляции:

где n.в – количество вентиляторов;

Nв- мощность вентилятора;

- тепловые потери вентилятора.

2.1.8.Энергия, выделяемая системой вентиляции:

где - время работы системы вентиляции.

2.1.9.Энергия, выделяемая системой отопления:

где Sбат- общая площадь батарей;

n.бат- количество батарей;

- коэффициент теплоотдачи;

Tбат- температура батареи;

Tкомф- температура комфорта помещения;

2.1.10.Энергия, поступающая в помещение от системы отопления:

где - время работы батареи.

2.1.11.Мощность, выделяемая от персонала цеха:

где - удельное количество теплоты для работы различной тяжести, Вт;

чел - количество человек;

- коэффициент выделения тепла человеком.

2.1.12.Суммарная мощность входящих потоков:

Энергию за год определяем по формуле:

где - суммарная мощность входящих потоков;

- время работы систем входящих потоков.

 

 

 

 

 

Все расчеты были проведены в среде Excel MC. Результаты представлены ниже в таблицах 6-15.

Таблица 6

 

оборудование

Центробежный насос

5,5

16

2

Сепаратор – молокоочиститель

11

16

2

Сепаратор-сливкоотделитель

11

16

1

Емкость для нормализации

      

Гомогенизатор

11

16

2

Пастеризационно-охлад. установка 

      

Резервуар закваски

0,55

16

2

Смеситель

2,2

16

1

Разливной     автомат

4

16

1

 

N=

73,3

кВт

  

W=

4222080

кВт*ч

  

Таблица 7

тепло выделяемое оборуд.

v

1,2

м/с

α

7,21

Вт/м*К

Sпов1

40,62

м2

Sпов2

11,77

м2

Sпов3

15,29

м2

Sпов4

2,5

м2

Sпов5

23,6

м2

Sпов6

28,2

м2

Sпов7

26,88

м2

Sпов8

12,6

м2

Т ос

293

К

Тпов1

358

К

Тпов2

281

К

Тпов3

313

К

Тпов4

283

К

Тпов5

333

К

Тпов6

313

К

Тпов7

333

К

Тпов8

293

К

     

Мощность

38677,4

кВт

Энергия

2227818

МВт*ч


 

Таблица 8

Освещение

лампы

55

  

мощност 1

0,1

кВт

Мощн. Сист.

5,5

кВт

Энергия

316,8

МВт*ч


 

Рассчитываем  систему отопления цеха. Выбираем радиатор стальной Korad тип 11 H 500 L 2000 Q=2094 Вт при dt=70 C, боковое подключение. После расчета принимаем 40 радиатора.

Таблица 9

Отопление

Sрад.

40

м2

nрад

40

шт

α

10,4

Вт/м*К

Т рад

343

К

Т комф.

293

К

Мощность

832

кВт

Энергия

71884,8

МВт*ч


 

Расчет  необходимой вентиляции заключается  в определении необходимого количества вентиляторов и подбор конкретных устройств.

Рассчитаем  кратность воздухообмена по количеству людей:

L = N * Lнорм, где

 L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч; 

N — количество людей; 

Lнорм — норма расхода воздуха на одного человека:

    • в состоянии покоя — 20 м3/ч;
    • работа в офисе — 40 м3/ч;
    • при физической нагрузке — 60 м3/ч.

Получаем  L=20∙60=1200 м3/ч.

Выбираем 4 вентилятора  фирмы Вентс ВК125 мощностью 200 кВт.

Таблица 10

Вентиляция

n

3

шт

Nв

0,2

кВт

k

0,3

  

Мощн. Сист.

0,18

кВт

Энергия

0,864

МВт*ч

Повышение эффективности энергоиспользования цеха