Решение тренировочных заданий:

Задание 1.

Что такое плакирование, и какие материалы используют для улучшения качества поверхности?

Ответ. Плакированием называют термомеханический способ нанесения методом горячей прокатки или прессования на поверхность металлических листов, плит, труб, проволоки тонкого слоя другого материла (металла, сплава или неметаллического материала, например, ситалла).

Целью нанесения таких слоев является необходимость улучшения качества поверхности и, соответственно, повышения коррозионной стойкости, снижения коэффициентов трения и повышения износостойкости и других служебных характеристик материала.

Плакирование может быть как односторонним, так и двусторонним.

В качестве материалов, используемых для плакирования, наиболее часто используют алюминий (алюминий + алюминиевые сплавы), латуни (латунь + сталь), бронзы (бронза + сталь), а также коррозионностойкие стали (08Х13, 08Х17Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2 и др.), а также износостойкие стали (например, сталь Г13 – сод. 13% Мп).

В продовольственном машиностроении плакирование применяется при изготовлении молочных цистерн, заквасочных емкостей, аппаратов в сахарной промышленности, емкостей для тепловой переработки мясных продуктов. Так, в хлебопекарной промышленности для удешевления заквасочных емкостей (деж) их изготавливают из малоуглеродистых сталей ВСт3 или ВСт5 и плакируют слоем нержавеющей стали 08Х17Т.

При проведении технологических процессов, в которых с емкостями контактируют агрессивные пищевые среды, емкости из малоуглеродистых сталей плакируют высококоррозионностойкой сталью 12Х18Н10Т.

В рыбоперерабатывающей промышленности для плакирования широко используется морская латунь Л070-1 (латунь, содержащая 70% меди и 1% олова), которая обладает очень высокой коррозионной стойкостью в морской воде.

В качестве примера использования для плакирования неметаллических материалов можно привести ситаллы (стеклокристаллические материалы). Ситаллы обладают очень высокой коррозионной стойкостью в сочетании с очень низким коэффициентом трения. В зерноперерабатывающей промышленности ситаллы используют для футеровки трасс перемещения сыпучих продуктов. Их использование позволяет не только повысить износостойкость трассы, но также и снизить уровень шума, что немаловажно с точки зрения создания нормальных условий труда персонала.

Задание 2.

Как и почему изменяется шероховатость стальных и чугунных труб теплообменных аппаратов?

Ответ. В теплообменных аппаратах пищевых производств в зависимости от условий работы аппарата (давления, температуры, степени агрессивности обрабатываемых продуктов) для изготовления труб выбираются либо сталь углеродистая (марок Ст4 или Ст5) или чугун (для случаев, когда рабочей средой является водяной пар либо воздух), а также сталь 12Х18Н10Т, если рабочей средой является конденсат агрессивного перерабатываемого продукта.

Шероховатость поверхности труб зависит от способа изготовления труб и меняется в процессе их работы.

Шероховатость поверхности представляет собой совокупность неровностей с относительно малыми шагами образующих рельеф поверхности. Под шагом неровности понимается расстояние между вершинами характерных неровностей рельефа (так называемая базовая длина). Исходная шероховатость труб зависит от класса шероховатости, то есть исходной технологической обработки.

В процессе работы теплообменных аппаратов трубы неизбежно наполняют водой, водяным паром, конденсатом перерабатываемого продукта. Обычно теплообменные аппараты снабжаются водой из водопровода, не прошедшей специальной дополнительной очистки и умягчения. В водопроводной воде содержатся растворенные соли и газы, которые при нагревании выпадают в осадок на внутренних стенках труб теплообменных аппаратов. Растворенные в воде кислород и углекислота вызывают коррозию стенок труб. Указанные явления приводят к изменению шероховатости поверхности труб. При этом чугунные трубы менее подвержены ухудшению шероховатости по сравнению с трубами из углеродистой стали, которые не являются коррозионностойкими. В трубах из нержавеющей стали 12Х18Н10Т шероховатость меняется значительно медленнее. При взаимодействии со многими видами пищевых продуктов (фруктовые соки и пюре, сахарный сироп, молочные продукты) коррозионная стойкость этой стали соответствует 1-3 баллу, то есть скорость коррозии меняется от 0,001 до 0,01 мм в год.

Для снижения скорости увеличения шероховатости труб из углеродистой стали рекомендуется ставить специальные водоумягчающие фильтры, в которых осаждаются соли кальция и магния, в результате чего уменьшается накипь на стенках труб.

Основным видом водоподготовки, применяемой в теплообменных аппаратах, является упрощенная схема одноступенчатого Na-катионирования. В результате ее использования плохорастворимые соли переходят в хорошо растворимые и в осадок не выпадают.

Задание 3.

Определите, возможно ли использовать ПНП-стали для пальцев тестоделителей.

Ответ. Тестоделители в хлебопекарном производстве работают в ритме многократных циклических нагрузок в достаточно кислой среде. Поэтому используемые для них стали должны обладать высокой циклической выносливостью. В сталях группы ПНП высокая циклическая выносливость обеспечивается тем, что в них вязкость (К_1с) разрушается в 10-20 раз выше, чем в среднеуглеродистых сталях с таким же уровнем прочности (2000 МПа). Высокие прочность и циклическая выносливость сочетаются с высокой коррозионной стойкостью. При этом, стоимость ПНП-сталей (например, 30Н12Х9Г2) сравнима со стоимостью комплексно-легированных среднеуглеродистых сталей.

Задание 4.

Какие стали используются для изготовления выпарных аппаратов типа ВН?

Ответ. Для использования в выпарных аппаратах стали должны обладать определенной жаростойкостью, т.е. способностью эксплуатироваться в среде нагретого воздуха и продуктов нагрева в ненагруженном или слабонагруженном состояниях. Например, сталь 15Х5, содержащая 5% Cr, или сталь 15Х28 с 28% Cr могут быть применены для ответственных нагреваемых узлов выпарных аппаратов. Для более коррозионно-активных испаряемых сред можно использовать сталь ферритного класса 12Х17 в оттожденном состоянии или сталь с титаном 08Х17Т. Последняя особенно подходит для изготовления сварных конструкций в связи с тем, что в присутствии примеси титана не возникает межкристаллитная коррозия.

Иногда используются медные котлы. Применение меди объясняется ее высокой коррозионной стойкостью, высокой пластичностью, неизменностью механических свойств при нагревании до 200⁰С, а также высокой технологичностью меди, позволяющей обрабатывать ее механически, а также отливать из нее высокоточные детали.

Задание 5.

Какие материалы используют для укупорки продуктов.

Ответ. Основными видами тары в консервной промышленности являются металлические (в частности, жестяные) и стеклянные банки. Каждый из этих видов тары имеет специфические особенности, достоинства и недостатки.

Жестяная тара легкая, масса ее при равном объеме примерно в 3 раза меньше массы стеклянной тары. Масса жестяной тары по отношению к массе продукта составляет 10-17%, для стеклянной тары это отношение находится в интервале 35-50%.

Жестяная тара при толчках, ударах, падении подвергается лишь деформации, а стеклянная – разрушается и даже порою при открывании банок.

Жестяная тара нечувствительна к перепадам температур, стеклянная тара нетермостойкая, что осложняет процессы мойки ее и последующей тепловой стерилизации консервов.

При фасовке консервов в жестяную тару повышается производительность труда в консервной промышленности, уменьшаются транспортные расходы.

Но, в отличие от стеклянной тары, жестяные банки подвержены внутренней и внешней коррозии, для предупреждения которой необходимо расходовать дефицитное олово и дорогостоящие лаки, эмали и краски. Благодаря прозрачности стекла многие виды пищевых продуктов, особенно фруктовые фасованные в стеклянную тару, выглядят очень привлекательно.

Задание 6.

Какие параметры учитываются при оценке эффективности использования новых материалов? От каких факторов зависит коэффициент полезного действия двигателей внутреннего сгорания, используемых для транспортировки продуктов?

Ответ. Эффективность использования новых материалов оценивается по стоимости собственно материалов, причем важен удельный расход данного материала по сравнению с применявшимся ранее (например, новый материал может быть дороже, но применяется с той же полезностью в меньших количествах), при этом следует учитывать эксплуатационные качества материала, используемые в данном случае (срок службы, механические и эксплуатационные свойства в разных условиях и т.п.), очень важна технологичность и обрабатываемость материала, позволяющие снизить расходы труда при обработке.

Для пищевой промышленности огромное значение имеет безвредность материала, а для упаковочных материалов – внешний вид.

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания зависит от степени сжатия двигателя, октанового числа применяемого топлива и др.

Октановое число топлива – условная количественная характеристика стойкости к детонации моторных топлив: оно численно равно процентному (по объему) содержанию изооктана (его октановое число равно 100), эквивалентной по детационной стойкости данному топливу (для большинства бензинов 76-89, до 95-97).

Степень сжатия двигателя зависит от его моторной группы, точности ее изготовления и применяемых материалов. Для поршневых колец у двигателей внутреннего сгорания чаще всего применяются антифрикционные чугуны. Они обеспечивают низкое трение, т.е. антифрикционность. Последнее качество определяется соотношением перлита и феррита в основе, а также количеством и формой графита.

Например: антифрикционный чугун АЧС-1

имеет состав: 3,2-3,6% С; 1,3-2,0% Si; 0,6-1,2% Mn; 0,15-0,30 % Р; 0,12% S; 0,2-0,4% Cr; 1,5-20% Cu.

Структура такого чугуна: перлит, феррит и пластинчатый графит