Разработка технологического оборудования для получения экстракта из чаги
В выпускной квалификационной работе рассчитано оборудование для экстракции чаги. Произведен технологический, тепловой и конструктивно-механический расчет проектируемого оборудования. Определены основные толщины стенок, проверены условия устойчивости и прочности. Выполнен анализ конкурентных решений, SWOT-анализ, построен график выполнения работ, рассчитаны зарплаты исполнителей. Рассмотрены возможные вредные и опасные факторы, возникающие при работе с оборудованием, указаны действия при чрезвычайных ситуациях.
Реферат ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
Оглавление………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………………. 14
1 Литературный обзор ……………………………………………………………………………………………………………… 16
2 Теоретические и экспериментальные исследования ……………………………………………………………….. 17
3 Описание технологической схемы …………………………………………………………………………………………. 23
4 Конструирование и расчет оборудования ………………………………………………………………………………. 24
4.1 Расчет экстрактора ………………………………………………………………………………………………………….. 24
4.1.1 Материальный баланс……………………………………………………………………………………………….. 24
4.1.2 Тепловой баланс ……………………………………………………………………………………………………….. 25
4.1.3 Конструктивный расчет…………………………………………………………………………………………….. 27
4.1.3.1 Определение основных размеров выпарного аппарата…………………………………………. 27
4.1.3.2 Расчет и подбор штуцеров ………………………………………………………………………………….. 29
4.1.3.3 Определение толщины тепловой изоляции ………………………………………………………….. 33
4.1.4 Механический расчет греющей камеры …………………………………………………………………….. 34
4.1.4.1 Определение толщины стенки греющей камеры ………………………………………………….. 34
4.1.4.2 Расчет цилиндрической обечайки на устойчивость в рабочих условиях ……………….. 37
4.1.4.3 Расчет толщины стенки конического днища греющей камеры …………………………….. 38
4.1.4.4 Расчет толщины стенки эллиптической крышки ………………………………………………….. 41
4.1.4.5 Расчет толщины трубной решетки ………………………………………………………………………. 44
4.1.4.6 Расчет развальцовочного соединения ………………………………………………………………….. 45
4.1.4.7 Расчет сопряжения цилиндрической и конической обечаек …………………………………. 46
4.1.4.8 Расчет сопряжения цилиндрической обечайки и эллиптического днища ……………… 53
4.1.4.9 Определение необходимости укрепления отверстий в греющей камере ……………….. 60
4.1.4.10 Расчет фланцевого соединения для соединения эллиптической крышки и
цилиндрической обечайки греющей камеры ………………………………………………………………….. 66
4.1.4.11 Подбор опор для греющей камеры…………………………………………………………………….. 79
4.1.5 Механический расчет сепаратора ………………………………………………………………………………. 80
4.1.5.1 Определение толщины стенки сепаратора …………………………………………………………… 80
4.1.5.2 Расчет цилиндрической обечайки на устойчивость в рабочих условиях ……………….. 82
4.1.5.3 Расчет толщины стенки конического днища сепаратора ………………………………………. 83
4.1.5.4 Расчет толщины стенки эллиптической крышки ………………………………………………….. 86
4.1.5.5 Расчет сопряжения цилиндрической и конической обечаек …………………………………. 88
4.1.5.6 Расчет сопряжения цилиндрической обечайки и эллиптического днища ……………… 89
4.1.5.7 Определение необходимости укрепления отверстий в сепараторе ……………………….. 90
4.1.5.8 Расчет фланцевого соединения для соединения эллиптической крышки и
цилиндрической обечайки экстрактора ………………………………………………………………………….. 95
4.1.5.9 Подбор опор для сепаратора ……………………………………………………………………………….. 97
4.1.6 Механический расчет экстрактора …………………………………………………………………………….. 99
4.1.6.1 Определение толщины стенки сепаратора …………………………………………………………… 99
4.1.6.2 Расчет цилиндрической обечайки на устойчивость в рабочих условиях ……………… 100
4.1.6.3 Расчет толщины стенки конического днища сепаратора …………………………………….. 102
4.1.6.4 Расчет толщины стенки эллиптической крышки ………………………………………………… 104
4.1.6.5 Расчет сопряжения цилиндрической и конической обечаек ……………………………….. 107
4.1.6.6 Расчет сопряжения цилиндрической обечайки и эллиптического днища ……………. 107
4.1.6.7 Определение необходимости укрепления отверстий в экстракторе …………………….. 108
4.1.6.8 Расчет решетки для сырья на механическую прочность и жесткость ………………….. 111
4.1.6.9 Расчет фланцевого соединения для соединения эллиптической крышки и
цилиндрической обечайки греющей камеры ………………………………………………………………… 113
4.1.6.10 Подбор опор для экстрактора ………………………………………………………………………….. 115
5 Расчет средств защиты оборудования ………………………………………………………………………………….. 118
5.1 Защита от превышения давления …………………………………………………………………………………… 118
5.1.1 Расчет предохранительного клапана………………………………………………………………………… 119
5.2 Расчет защитного заземления ………………………………………………………………………………………… 122
6 Механо-технологический раздел ………………………………………………………………………………………….. 126
7 Автоматизация и контроль производства ……………………………………………………………………………… 129
8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………………………. 136
8.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с
позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………………………… 136
8.1.1 Анализ конкурентных технических решений …………………………………………………………… 136
8.1.2 SWOT-анализ………………………………………………………………………………………………………….. 138
8.2 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………………………………….. 140
8.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………………………………………… 140
8.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………………………………… 141
8.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………………………………………….. 142
8.3 Бюджет научно- исследования ………………………………………………………………………………………. 145
8.3.1 Расчет материальных затрат НИ………………………………………………………………………………. 145
8.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ 146
8.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы……………………………………………………….. 146
8.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы …………………………………………….. 148
8.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………………………………… 148
8.3.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………………………………… 149
8.3.6 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ………………………… 149
8.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ……………………………………………………………………… 149
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………… 152
9 Социальная ответственность ……………………………………………………………………………………………….. 153
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………. 153
9.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………………. 154
9.1.1 Правовые нормы трудового законодательства …………………………………………………………. 154
9.1.2 Эргономические требования к правильному расположению и компоновке рабочей зоны
……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 155
9.2 Производственная безопасность ……………………………………………………………………………………. 156
9.2.1 Анализ выявленных опасных производственных факторов ………………………………………. 157
9.2.1.1 Движущиеся машины и механизмы производственного оборудования ………………. 157
9.2.1.2 Оборудование, работающее под вакуумом ………………………………………………………… 158
9.2.1.3 Пожарная и взрывная безопасность …………………………………………………………………… 158
9.2.1.4 Статическое электричество ……………………………………………………………………………….. 159
9.2.1.5 Повышенная температура рабочих поверхностей ………………………………………………. 159
9.2.1.6 Электробезопасность ………………………………………………………………………………………… 159
9.2.2 Анализ выявленных вредных производственных факторов ………………………………………. 160
9.2.2.1 Отклонение показателей микроклимата рабочей зоны ……………………………………….. 160
9.2.2.2 Превышение уровня шума ………………………………………………………………………………… 160
9.2.2.3 Превышение уровня вибрации ………………………………………………………………………….. 161
9.2.2.4 Повышенная запылённость рабочей зоны ………………………………………………………….. 162
9.2.2.5 Физическая нагрузка …………………………………………………………………………………………. 162
9.2.2.6 Монотонная работа …………………………………………………………………………………………… 162
9.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………………………………….. 164
9.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………….. 165
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………… 166
Заключение ……………………………………………………………………………………………………………………………. 167
Список публикаций студента………………………………………………………………………………………………….. 169
Список использованных источников ………………………………………………………………………………………. 170
Social responsibility …………………………………………………………………………………………………………………. 177
Introduction ……………………………………………………………………………………………………………………… 178
1 Legal and institutional security issues ………………………………………………………………………………….. 179
1.1 Legal standarts of labor law ………………………………………………………………………………………….. 179
1.2 Ergonomic requirements for the correct location and layout of the working area ………………… 179
2 Production Safety ………………………………………………………………………………………………………………. 181
2.1 Analysis of identified hazardous production factors…………………………………………………………. 182
2.1.1 Moving transport and equipment ………………………………………………………………………………… 182
2.1.2 Vacuum equipment …………………………………………………………………………………………………… 182
2.1.3 Fire and explosion safety …………………………………………………………………………………………… 182
2.1.4 Static electricity………………………………………………………………………………………………………… 183
2.1.5 Increased temperature of the working surface ………………………………………………………………. 183
2.1.6 Electrical safety ………………………………………………………………………………………………………… 183
2.2 Analysis of identified harmful production factors ……………………………………………………………….. 184
2.2.1 Deviation of the microclimate of the working area ……………………………………………………….. 184
2.2.2 Exceeding the noise level …………………………………………………………………………………………… 184
2.2.3 Exceeding the vibration level ……………………………………………………………………………………… 185
2.2.4 Increased dustiness of the working area ………………………………………………………………………. 185
2.2.5 Physical effort ………………………………………………………………………………………………………….. 185
2.2.6 Monotonous work …………………………………………………………………………………………………….. 186
3 Environmental safety …………………………………………………………………………………………………………. 187
4 Safety in emergency situations ……………………………………………………………………………………………. 188
Conclusion ………………………………………………………………………………………………………………………….. 189
В настоящее время спрос на лекарственные средства растительного происхождения до-
вольно высок, что подтверждается большим обилием данных товаров в аптеках. Большое количе-
ство предприятий занимаются сбором, переработкой и реализацией подобной продукции.
Согласно данным [1] Томская область обладает довольно большим потенциалом по сбору
чаги, но не весь объем реализуется. В связи с этим, можно смело заявить, что сбор, переработка и
реализация продукции из березового гриба чаги более чем актуален для данного региона.
Как указано в [2, с. 129], гриб паразитирует в местах нарушения древесины (трещины,
надломы). Заготовка сырья [2, с. 129] возможна круглый год, но удобнее собирать чагу осенью или
зимой, когда деревья безлистные и гриб хорошо заметен. В это время сырье обладает большей био-
логической активностью. Наросты срубают топором или срезают пилой со старых берез или све-
жесрубленных деревьев (во время лесозаготовок). Сырье используется в свежесобранном или под-
сушенном виде. Не следует собирать наросты (плодовые тела) с засохших деревьев и в нижней ча-
сти ствола, так как это сырье малоактивно. С плодовых тел снимают верхний, покрытый трещинами
слой с вросшими частями березы и внутренний – рыхлый, светло-коричневого цвета. Заготавливают
среднюю, плотную часть нароста. Ее рубят на куски размером [3, с. 1385] до 10 см. После разделки
куски сушат в сушилках или печах при температуре не выше 60°С.
В чаге содержатся [2, с. 129] водорастворимые хромогены — производные фенольных аль-
дегидов, полифенолов, оксифенолкарбоновых кислот и их хинонов, а также гуминоподобная чаго-
вая кислота (до 60%), полисахариды (6-8%), лигнин, клетчатка, стероидные, птериновые соедине-
ния, органические кислоты, тритерпеновые кислоты, свободные фенолы, соли кремния, железа,
алюминия, кальция, магния, натрия, цинка, меди, марганца, много солей калия.
Согласно [2, с. 130; 4, с. 28], чагу используют как общеукрепляющее и противовоспалитель-
ное средство при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (гепатита, язвы желудка, диареи) и как
симптоматическое средство при опухолях различной локализации. Настой чаги назначают больным
язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки. Чага быстро снимает болевой синдром
и диспепсические явления, нормализует функцию кишечника, повышает общий тонус. Положитель-
ное действие чаги на больных с желудочно-кишечными заболеваниями подтверждается данными
рентгенологического исследования. Чагу, бефунгин применяют при псориазе, экземе и других кож-
ных заболеваниях, лечение особенно эффективно в случаях сочетания кожного заболевания с раз-
личными воспалительными заболеваниями желудочно-кишечного тракта, печени, желчевыдели-
тельной системы. Препараты из чаги способствуют снижению сахара в крови и могут эффективно
использоваться для различных форма диабета.
Клинические испытания [5] препаратов из чаги, проведенные при раке IV степени показы-
вают, что у больных без кахексии уменьшается боль, повышается аппетит, увеличивается масса тела
и т.д. За счет этого чага и препараты из нее являются довольно перспективными для применения в
профилактической онкологии. Но области применения данного растительного сырья значительно
шире. Это и бытовое применение в виде заварки для чая, настоев, различных напитков, пищевой
промышленности, в рыбоводстве [6], животноводстве [7], косметической промышленности [8] и т.д.
К сожалению, при большом количестве различных исследований и широкой области применения
сырья, технология производства сложнее, чем технология производства чаёв.
В связи с этим поставлена цель — исследовать процесс экстракции лекарственного расти-
тельного сырья и разработать оборудование для проведения процесса для повседневных и медицин-
ских нужд. Экстракция, согласно [9, 5ч., с. 188] — извлечение целевого компонента, находящегося
в виде твердых растворимых включений внутри пористой структуры инертного тела.
Областью применения разрабатываемого оборудования является фармацевтическая про-
мышленность. Проводя анализ современных предприятий, можно сделать вывод, что в фармацев-
тической и пищевой промышленности используются роторные, вертикальные экстракторы-перко-
ляторы, ультразвуковые экстракторы и т.д.
Техническое значение — на основе существующего оборудования разработать новое, эф-
фективное, энергосберегающее и экономически выгодное. В качестве прототипа для проектирова-
ния выбран экстрактор Сокслета. Данный аппарат до сих пор [10] остается самым распространен-
ным и очень эффективным экстрактором непрерывного действия.
Имеющийся спрос на экстракты из чаги и отсутствие эффективной аппаратуры делают ак-
туальной проблему разработки необходимого оборудования.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (18 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
5 (1241 отзыв)
5 (9 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.8 (373 отзыва)
4 (15 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
