| МАЕ РФ Державний технологічний інститут Кафедра МАХВ ПІЧ ТУНЕЛЬНИЙ Курсовий проект МАХВ 800.11.00 КР Професор ________________ «______»_____________. Студент групи _________________. «______»______________. |
\ T "Заголовок 2; 3" Введення
1 Дані для розрахунку
2 Матеріальний розрахунок
3 Тепловий розрахунок
4 Конструктивний розрахунок
5 Розрахунок конструктивних елементів печі на міцність
5.1 Розрахунок фланцевого з'єднання кожуха
5.2 Розрахунок пластин кожух
5.3 Розрахунок футеровки
5.4 Розрахунок каркаса
5.5 Фундамент печі
Література
Введення
Спікання таблеток з UO 2 є основною стадією технологічного процесу одержання таблеток. У цьому процесі проявляються як всі фізико-хімічні властивості вихідного порошку, так і всі попередні технологічні операції. Крім того, на якість таблеток справляють істотний вплив параметри самого процесу спікання, в першу чергу газове середовище, температура і час спікання.Для регульованого видалення летких сполук з метою попередження розтріскування таблетки перед спіканням повільно нагрівають до 600 - 800 ° С протягом 10 годин, після чого температуру підвищують до заданої температури спікання. Заданий режим забезпечується просуванням човників з пігулками в печах тунельного типу, що працюють у безперервному режимі і мають три температурні зони: нагрівання таблеток, спікання й охолодження.
1 Дані для розрахунку
Вихідні дані наведені в таблиці 1.Таблиця 1 - Вихідні дані
| 1 Продуктивність, кг / добу | 700 |
| 2 Початкове вологовміст матеріалу,% | 1 |
| 3 Кінцеве вологовміст матеріалу,% | 0 |
| 4 Початкова температура матеріалу, 0 C | 20 |
| 5 Температура спікання, 0 С | 1750 |
| 6 Температура сушіння, 0 С | 800 |
| 7 Тиск газу в печі (H 2), МПа | 0,12 |
| 8 Щільність матеріалу, г / см 3 | 10,5 |
| 9 Робоча довжина печі, м | 10 |
1) матеріал знаходиться в печі 24 години;
2) молібденові обігрівачі містяться у вакуумі;
3) охолодження проводиться продуванням інертним газом.
2 Матеріальний розрахунок
Матеріальний розрахунок процесу сушіння буде зводитися до складання матеріального балансу і визначення масових витрат усіх потоків. Рівняння матеріального балансу по волозі має вигляд:де G H - масова витрата висушуваного матеріалу, кг / с;
G K - масова витрата висушеного матеріалу, кг / с;
W - кількість вологи, що відводиться, кг / с;
W H - кількість вологи, що міститься в висушуємо матеріалі, кг / с;
W K - кількість вологи, що міститься у висушеному матеріалі кг / с;
G c - масова витрата сухого матеріалу, кг / с;
w CH - початкове вологовміст матеріалу,%;
w CK - кінцеве вологовміст матеріалу,%.
З рівняння матеріального балансу (1) визначимо масові витрати:
За результатами розрахунку складаємо таблицю матеріального балансу.
Таблиця 2 - Матеріальний баланс
| Прихід | Витрата | ||||
| Статті приходу | кг / добу | % | Статті витрат | кг / добу | % |
| 1 висушуємо матеріал G H Сухий матеріал G C Волога W H | 707 700 7 | 99 1 | 1 Висушений матеріал G K Сухий матеріал G C Волога W K 2 Волога W | 700 700 0 7 | 99 0 1 |
| Разом | 707 | 100 | Разом | 707 | 100 |
3 Тепловий розрахунок
Тепловий розрахунок зводиться до складання теплового балансу процесу сушіння і процесу прокалки і визначення кількості підводиться тепла.Рівняння теплового балансу процесу сушіння має вигляд:
де
Q нагр-тепло від нагрівачів, Вт;
Визначимо складові рівняння теплового балансу:
Визначимо кількість додаткового тепла, що підводиться до сушарці:
Результати розрахунку теплового балансу процесу сушіння наведені в таблиці
Таблиця 3 - Тепловий баланс
| Прихід | Витрата | ||
| Статті приходу | кг / добу | Статті витрат | кг / добу |
| 1 висушуємо матеріал з сухим матеріалом Q CH з вологою Q WH 2 C візком 3 Тепло нагрівача Q нагр | 1,041 0,194 0,035 55,04 | 1 З висушеним матеріалом Q CK 2 З вологою W K 3 З візком 4 Втрати | 41,652 7,74 1,416 5,504 |
| Разом | 56,314 | Разом | 56,314 |
де
матеріалом, Вт;
Q нагр-тепло від нагрівачів, Вт;
матеріалом, Вт;
Визначимо складові рівняння теплового балансу:
Визначимо кількість додаткового тепла, що підводиться до сушарці:
Результати розрахунку теплового балансу процесу сушіння наведені в таблиці
Таблиця 4 - Тепловий баланс
| Прихід | Витрата | ||||
| Статті приходу | кВт | % | Статті витрат | кВт | % |
| 1 З висушеним матеріалом Q CH 2 C візком 3 Тепло нагрівача Q нагр | 41,652 1,416 56,86 | 41,8 1,4 56,8 | 1 З прожареним матеріалом Q CK 2 З візком 3 Втрати | 91,12 3,12 5,686 | 91,3 3 5,7 |
| Разом | 99,928 | 100 | Разом | 99,926 | 100 |
4 Конструктивний розрахунок
У конструктивному розрахунку необхідно визначити робочий об'єм печі.Продукція в печі розташовується на візках. Місткість кожної візки становить 70 кг UO 2. Період знаходження продукту в печі 1 добу. Приймаємо, що в печі може перебувати 10 візків. Довжина кожної візки l = 300 мм, ширина 200 мм, вантажопідйомність 70 кг. Відстань між візками приймаємо 700 мм.
Розміри таблеток:
d = 7,6 мм (готові);
h = 10 мм (готові);
з урахуванням припуску на шліфування:
d = 7,75 мм;
h = 10,15 мм.
Щільність готової таблетки 10,5 г / см 3. Отже, маса таблетки
Довжину робочої зони приймаємо L = 10 м, ширину Ь = 0,7 м, висоту h = 1 м.
Обсяг робочої зони дорівнює:
Загальна довжина печі:
де l 1, l 2 - довжини боксів завантаження і вивантаження відповідно.
5 Розрахунок конструктивних елементів печі на міцність
5.1 Розрахунок фланцевого з'єднання кожуха
Кожух виготовлений із сталі товщиною 6,35 мм. Кожух випробовується на герметичність до цегляної кладки, в процесі остаточного складання і перед нагріванням. До фланцевим з'єднанням прикріплені змійовики водяного охолодження, призначені для захисту прокладок. Конструкція прокладки забезпечує герметичність на всьому діапазоні робочих температур.1 Приймаються розрахункову температуру 20 ° С.
Температура болта
2 Допустиме напруження для матеріалу болтів
3 Товщина втулки фланця
для приварному встик
4 Діаметр болтової окружності
приймаємо
де і - нормативний зазор між гайкою і втулкою (u = 4 - 6).
5 Зовнішній діаметр фланця
де а - конструктивна добавка для розміщення гайок за діаметром фланця
а = 52мм.
6 Зовнішній діаметр прокладки
де е - нормативний параметр, що залежить від типу прокладки.
е = 37 - для плоских прокладок і діаметра болта d б = 27мм.
7 Середній діаметр прокладки
де b - ширина прокладки.
Вибираємо плоску неметалічну прокладку для неї b = 25мм.
8 Кількість болтів
t ш - рекомендований крок розташування болтів, вибирається в залежності від тиску за таблицею 1.43 [5, c97].
t ш = (4,2 - 5) * d б = (4,2 - 5) * 27 = 113,4 - 135.
Приймаються t ш = 125мм.
Приймаються n б = 70шт.
9 Висота фланця
i - ухил втулки I = 1 / 3;
Приймаються h ф = 60мм.
10 Болтова навантаження, необхідна для забезпечення герметичності
де
11 Умова міцності болтів
12 Умова міцності прокладки
13 Умова герметичності фланцевого з'єднання, яке визначається кутом повороту фланця
0,0052 <0.013.
5.2 Розрахунок пластин кожуха
Розрахунок проводимо для випадку прямокутної пластини, навантаженої по всій поверхні тиском р = 0,12 МПа, забитої по контуру. Напруження і прогини знаходимо за формулами:де
a, b - довжини сторін пластини, м. a = b = 2м.
Наближено максимальні значення прогинів (у центрі) і напруги (у середині більш довгої сторони) можуть бути визначені за наступними формулами:
к - коефіцієнт залежить від ставлення а / b
5.3 Розрахунок футеровки
Розрахунок міцності футеровки при поздовжньому розтягуванні по несучої здатності при температурі до 50 С ° проводиться виходячи з наступного нерівностіТут R - розрахунковий опір футеровки стиску, R = 3,9 за табл.3.7 [3, С100];
F-площа перерізу елемента футерівки;
Розрахунок елементів футеровки на міцність при осьовому розтягу виробляють на основі нерівності
де N - сила, що розтягує;
R p - розрахунковий опір футеровки, при розчині марки 5-100 слід приймати 0,16 МПа.
Розрахунок елементів футеровки на зріз виробляють з нерівності
де Q - розрахункова поперечна сила;
R cp - розрахунковий опір футеровки зрізу 0,16 МПа;
f - коефіцієнт тертя по шву футеровки 0,7;
Розрахунок елементів футеровки на поперечний вигин слід проводити згідно з нерівності
де Q - розрахункова поперечна сила;
R ra - розрахунковий опір кладки головним розтягуючим напруженням при вигині [3, табл.3.10];
b - ширина перерізу;
z - плече внутрішньої пари сил, z = (2 / 3) h.
Розрахунок стійкості футеровки. Футеровку топок, виконану з цегли, і вільно стоять стіни і стовпи, що мають перетин прямокутної форми і значну висоту, перевіряють на допустимі відношення висоти стін до їх товщинам:
де Н - висота футеровки,
h - товщина стіни.
Це ставлення не повинне перевищувати 25.
З [6, c.113] приймаємо для стіни висотою більше 1000 мм і температурі печі більше 1200 С, внутрішній шар кладки виконується з шамотної цегли класу А, товщиною 300 мм; зведення з прольотом - з того ж матеріалу товщиною 200 мм.
5.4 Розрахунок каркаса
Распорное зусилля зводу повинно бути сприйнято каркасом. Наближена сила горизонтального розпору зводу може бути визначена за формулоюде К - коефіцієнт залежності сили R від температури, дорівнює 3,5 при температурі понад 1200 ° С,
Р - сила тяжіння зводу,
Вибір профілю п'яткових балок. Момент опору пятового балки розраховують за формулою
де
l - відстань між балками каркасу.
Приймаються профіль п'яткових балок у вигляді рівнополичного кутника з розмірами 90x90x8 мм.
Визначення перерізу верхньої поперечної зв'язку. Перетин верхньої та нижньої зв'язків розраховують за формулами:
Вибір профілю бокового стояка. Момент опору бокового стояка розраховують за формулою:
По знайденому моменту опору вибирають профіль бокового стояка:
Профіль бічній стійки - кутник равнополочний, з розмірами 125x125x10 мм.
5.5 Фундамент печі
Статичне навантаження, що складається з маси металевих деталей і футеровки, сприймає фундамент печі. Фундамент виконують із бутового каменю, бетону або залізобетону. Основна перевага залізобетону в порівнянні з іншими матеріалами (крім міцності): можливість додання фундаменту будь-якої складної форми, що дозволяє при малої будівельної висоті (без значного поглиблення в грунт) одержати велику площу тиску фундаменту на основу. Товщина фундаменту повинна бути така, щоб тиск від печі передавалося на всю основу і в фундаменті не виникло дуже великих згинальних і сколюють зусиль.Особливості спорудження фундаментів топок:
1) на один і той же фундаментний масив не можна спирати частини печі та інших споруд, так як може відбутися різна осаду фундаменту і з'являться тріщини і перекоси в споруді;
2) якщо конструкція топки розташовується нижче рівня грунтових вод, то фундамент будують так, щоб виключався доступ води до футеровці. Це досягається шляхом влаштування навколо фундаменту глиняних стінок до 300 мм завтовшки; гідроізоляції фундаменту; штучного зниження рівня грунтових вод пристроєм дренажу; споруди зварного кесона з м'якої сталі;
3) підставу фундаменту повинне бути розташоване нижче глибини промерзання грунту (зазвичай 1,8 м від рівня землі); в опалювальних або гарячих цехах поглиблення фундаменту незначно;
4) для запобігання сильного нагрівання фундаменту від футеровки влаштовуються повітряні канали між ними.
Звичайно тиск топки на грунт не перевищує 100 кПа, тому спорудження фундаментів не представляє великих труднощів. Розміри основи фундаменту визначаються навантаженням і допустимим тиском на грунт. Допустиме навантаження на фундамент розраховують за формулою:
де R - границя міцності цегляної футеровки при стисненні, Па;
F - повна площа фундаменту, м 2;
F 1 - навантажена площа фундаменту.
Література
1 Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології. - Л.: Хімія, 1976. - 552с.2 Плановскій О.М., Рамм В.М., Каган С.З. Процеси та апарати хімічної технології. - Л.: Хімія, 1968. - 848 с.
3 Ісламов М.Ш. Проектування топок спеціального призначення. - Л.: Енергоіздат.1982. -168 С., Іл.
4 Ісламов М.Ш. Печі хімічної промисловості - М.: Хімія, 1969. -176с., Іл.
5 Розрахунок і конструювання машин та апаратів хімічних виробництв. / За ред. М.Ф. Михальова. Л.: Машинобудування, 1984. - 301 с., Іл.
6 Долотов Г.П., Кондаков Є.А. Конструкція і розрахунок заводських печей і сушив. М., Машинобудування, 1973, 272 с.