Расчет толщины днища плавильника

Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле:

(2.9)

Округляем до целого значения S = 1 мм.

Находим S = 1+2 =3 мм.

Полученное значение толщины стенки проверяем на допускаемое внутреннее избыточное давление и допускаемое наружное давление.

Условие выполняется при 0, 273> 0, 114

Допускаемое наружное давление определим по формуле:

, (2.10)

=0, 0062МПа

Условие выполняется 0, 006< 0, 144.

Нужно увеличить толщину днища. Принимая S = 4 мм и S = 5 мм, условие также не выполняется. Примем S = 6мм. Сделаем проверочный расчет на допускаемое наружное давление.

=0, 197 МПа

Условие выполняется 0, 195> 0, 114, значит толщина днища плавильника равна 6 мм.

Расчет элементов рубашки плавильника

Толщину стенки плавильника определяем по формуле (2.9):

Для корпусов с значением D ≤ 1800 мм. D (наружный диаметр) принимаем больше D на 100 мм, следовательно, D = 1100 мм.

Округляем величину S до целого значения S = 1 мм. Тогда S=1 +2 =3мм

Сделаем проверочный расчет на допустимое внутреннее избыточное давление по формуле:

Условие выполняется 0, 249> 0, 114.

Расчет толщины днища рубашки плавильника

Толщина днища рубашки определяется по формуле:

Округляем величину S до целого значения S = 1 мм. Тогда S=1 +2 =3мм.

Сделаем проверочный расчет на допустимое внутреннее избыточное давление ранее использованным формулам:

= 0, 061 МПа

Условие не выполняется 0, 006< 0, 114, следовательно, необходимо увеличить толщину днища. Принимаем S= 6 мм. Сделаем повторный проверочный расчет.

= 0, 005 МПа

Условие выполняется 0, 52 > 0, 114, значит толщина днища рубашки равна 6 мм.

Материал, используемый для изготовления рубашки аппарата сталь Ст3. Для внутренней поверхности аппарата и мешалки, а также экструдера используем нержавеющую сталь Х18Н10Т.

Расчет мешалки плавильника

Определяем габаритные размеры мешалки.

Диаметр мешалки определяют по следующей формуле:

d =D /( 1, 4 1, 7) (2.11)

d =1: 1, 6 = 0, 63 м

Толщина лопасти мешалки рассчитывается по формуле:

b = 0, 1 d (2.12)

b = 0, 1·0, 63 = 0, 063 м

Расстояние от днища до лопасти мешалки можно определить по формуле:

h = (0, 1 0, 3) d (2.13)

h = 0, 2·0, 63 = 0, 126 м

Мощность электродвигателя рассчитывают по формуле:

N =(K ·K ·N + N )/ η , (2.14)

где K - коэффициент, учитывающий заполнение сосуда перемешиваемой средой;

K =2 - коэффициент, учитывающий движение потребляемой мощности при пуске или повышении сопротивления среды в процессе перемешивания.

N - мощность, затрачиваемая при перемешивании;

N - мощность, теряемая в сальнике;

Η =0, 85 0, 9 – коэффициент действия привода.

Коэффициент K рассчитывается по следующей формуле:

K = Н / D (2.15)

K =1, 0875/ 1 =1, 0875

Мощность, теряемая на трение в сальнике определяется:

Н =9, 84(Р+ 0, 98 ·10 )f ·l ·n ·d , (2.15)

где Р – избыточное давление в аппарате, (Н/м );

f =2 – коэффициент трения набивки сальника;

l - длина набивки сальника, м;

d - диаметр вала мешалки, м;

n – число оборотов мешалки в секунду.

Определим внутреннее избыточное давление по формуле:

Р = 2· l - (6 – 2)/1000 (6 – 2))=0, 09004 МПа;

Диаметр вала мешалки определяется по таблице, d = 32мм.

Длина набивки сальника определяется по формуле:

l = 4 d ; (2.16)

l = 4 ·32=128 мм.

Рассчитываем мощность, теряемую на трение в сальнике по формуле:

N = 9, 84(1, 09·10 + 0, 98 ·10 )·0, 2·0, 128·0, 001024·= 1, 532 кВт.

Зная, N = 3 кВт, расчетная мощность N потребляемая перемешивающим устройством, определяется по формуле:

N = (N · η - Н )/ K ·K ; (2.17)

N = (3000· 0, 85 – 1532) / 1, 0875· 2 = 0, 468 кВт.

Тепловые расчеты

Расчет плавильника

Исходные данные:

Полная высота аппарата Н=1450 мм

Диаметр наружный (рубашки) D =1100 мм

Диаметр внутренний (корпуса) D =1000 мм

Толщина стенки аппарата σ = 6 мм

Толщина изоляции τ = 3 мм

Рабочая емкость V = 807 л

Масса пустого аппарата m = 1126 кг

Масса изоляции m = 58 кг

Диаметр мешалки d = 630 мм

Число оборотов лопастной мешалки n = 300 об/мин

Мощность электродвигателя мешалки N = 3 кВт

Плотность эмульсии ρ = 1100 кг/м

Динамический коэффициент вязкости μ = 0, 02 Па·с

Стенки рубашки аппарата μ =4, 148·10 Па·с

Теплофизические характеристики.

Теплоемкость (С), ккал·кг град : материал аппарата стали С =0, 115;

Изоляционного материала (кизельгура) С =0, 85.

Коэффициент теплоотдачи (α ), Вт·м К : от горячей воды к стальной стенке аппарата = 236, 6.

Коэффициент теплопроводности (λ ) Вт·м К ;

Материал аппарата (сталь) λ _апп= 17, 5;

Изоляционного материала λ _из= 0, 12; λ _эм= 0, 6396.

Цикл работы плавильника приведен в таблице 2.17.

Таблица 2.17 – Цикл работы плавильника

Основные стадии процесса 1.Загрузка эмульсии и дове-дение ее до температуры плавления (первая конт-рольная точка) 2.Введение добавок	Операции Нагрев аппарата(Q ) Нагрев изоляции аппарата(Q ) Перемешивание эмульсии(Q ) Нагрев эмульсии до температуры плавления - 38º С (Q ) Плавление(Q ) и нагрев эмульсии до температуры 1-ой контрольной точки – 38, 5º С Перемешивание эмульсии(Q ) Доведение температуры до 2-ой контрольной точки (Q )-39 º С	Время, час 0, 5 1, 0 0, 483 0, 25 0, 33
3.Фильтрация 4. Обеспузыривание Полный цикл работы аппарата	Потери тепла в окружающую среду (Q ) Расхода тепла нет	0, 33 2, 9

В соответствии с данными таблицы тепловой баланс аппарата можно представить в виде уравнения:

Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q = Q ′ + Q ′ + Q ′ + Q , (2.18)

где Q - исходное, а Q ′ - конечное теплосодержание аппарата;

Q - количество теплоты, выделяющееся в результате механического воздействия работы перемешивающего электромеханического устройства( мешалки);

Q - количество теплоты, приходящее в аппарат с теплоносителем;

Q - количество теплоты, теряемое в окружающую среду;

Q - количество теплоты, выделившееся в результате нагрева изоляции аппарата;

Q - количество теплоты, выделившееся из аппарата при нагреве эмульсии до температуры плавления;

Q и Q - количество теплоты, выделившееся при нагреве эмульсии до первой и второй контрольных точек.

Т.к. теплоемкость аппарата и реакционной среды при нагреве практически не меняется, уравнение теплового баланса можно преобразовать:

Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q = Q , (2.19)

где Q , Q , Q - изменение при нагревании теплосодержания аппарата, изоляции и эмульсии соответственно.

Для определения количества Q перепишем уравнение в виде:

Q = Q - Q - Q - Q - Q - Q - Q (2.20)

Значение Q можно рассчитать по уравнению:

Q = с·m· T, (2.21)

где с – удельная теплоемкость вещества(материала), кДж·к ·к ,

m – масса вещества(материала), кг;

T – разность температур вещества и окружающей среды, К(º С);

Определим величину Q :

Q = С · m ·(Т - Т )·4, 1868 (кДж), (2.22)

где 4, 1868 – коэффициент для пересчета ккал в кДж;

1 ккал = 4, 1868 кДж.

Получаем:

Q = 0, 115· 1126· (38 – 20) ·4, 1868 = 9758, 7 кДж

Аналогичным образом, определяем значение Q :

Q = 0, 4358· (51 – 20) ·4, 1868 = 3236, 9 кДж.

Для того, чтобы определить значение Q , необходимо сначала пересчитать массу загружаемых в аппарат реагентов (m ), исходя из значений рабочего объема аппарата ( V= 807 л= 807 дм = 807·10 · м ) и плотности эмульсии (ρ = 1100 кг/м ), используя известную формулу:

m= ρ · V

Получаем: m = 1100·807·10 = 888 кг

Отсюда: Q =0, 85 ·888·(38, 5 – 20) ·4, 1869 = 56883, 5 кДж

Принимаем Q = 0, 1 Q = 0, 1·3236, 9 = 323, 69 кДж

Значение Q определяют следующим образом:

Q = С · m ·(Т - Т )·4, 1868 кДж

где Т и Т - Температуры плавления эмульсии и достижения 2-ой контрольной точки соответственно.

Q = 0, 85 ·888· (39 – 38) ·4, 1868 = 1580, 1 кДж

Для определения Q используем следующее уравнение:

Q = N· η · τ · 3, 6· 10 (2.23)

где N – мощность, потребляемая электродвигателем мешалки, кВт,

η – КПД двигателя мешалки = 0, 75 0, 95;

τ – время теплообмена (полный цикл работы аппарата);

3, 6· 10 - пересчетный коэффициент для перевода кВт/ч в кДж, 1кВт=3, 6· 10 кДж.

Приняв η = 0, 9, находим:

Q = 3 ·0, 9· 2, 9· 3, 6· 10 = 2, 8188 кДж

Подставляя найденные значения количеств теплоты в уравнение, получаем:

Q = 9758, 7 +3236, 9 +56883, 5 +1580, 1 +323, 69 – 28188 = 43594 кДж

Основное уравнение теплопередачи имеет вид:

Q = К · F · T · τ, (2.24)

где К – коэффициент теплоотдачи, Вт·м К ;

F – площадь теплообмена, м ,

T - средняя разность температур между реакционной массой и теплоносителем, К.

Для того, чтобы по основному уравнению теплоотдачи найти расчетное значение необходимой площади теплообмена (F), предварительно следует определить среднюю разность температур:

T =(Т +Т )/2, (2.25)

где Т - наименьшая, Т - наибольшая разница температур между реакционной массой в аппарате и теплоносителем в рубашке аппарата. Температура теплоносителя: ( 51 – 20), º С, температура реакционной массы6 (39 – 32), º С.

Получаем Т = 51 – 39 =12 º С; Т =32 – 20 =12 º С.

Соответственно, T =(12 +12)/2 = 12 º С

Найдем коэффициент теплопередачи К по уравнению:

К = 1/(1/ + / + / + 1/ ) (2.26)

Как видно из данных, неизвестной величиной является коэффициент , для определения которого используем формулу:

= N · λ /D (2.27)

где N - критерий теплоотдачи Нуссельта, характеризующий интен-сивность теплообмена на границе, стенка – реакционная среда.

Уравнение для определения N имеет вид:

N = с · Re ·Pr ·( μ / μ ) ·Г , (2.28)

где с и m – коэффициенты, значения которых зависят от конструктивных особенностей аппарата, соответственно ( с=0, 36; m= 0, 67);

Г – отношение внутреннего диаметра аппарата D к диаметру описываемому мешалкой (d );

Re – центробежный критерий Рейнольдса;

Pr – критерий Прандтля.

Определим значение величины Г:

Г = D / d = 100/630 = 1, 6

Для определения значения критерия Re используем уравнение:

Re = Р ·n · d / μ (2.29)

Все составляющие уравнения известны.

Предварительное значение частоты вращения мешалки (n = 300 об/мин) выразим в с : n= 300: 60 = 5 с

Получаем:

Re = 1100 · 5· 0, 63 /0, 02 = 109147, 5

Для определения значения критерия Pr воспользуемся формулой:

Pr = С · μ / λ , (2.30)

Находим:

Pr = 0, 85· 4, 1868 ·0, 02·10 /0, 6369 = 11, 28

Теперь определяем значение критерия:

N =0, 36 ·109147, 6 ·111, 28 ·(2 ·10 /4, 1868·10 ) ·1, 6 = 1144, 52

Используя значение N , находим по формуле:

= 1144, 52 ·0, 6369/1 = 7319, 91 Вт·м К

Зная величину , по уравнению находим значение коэффициента теплопередачи К:

К = 1/(1/236, 6+0, 006/17, 5+ 0, 003/0, 12+ 1/7319, 91) = 33, 67 Вт·м К

Затем по основному уравнению теплопередачи находим минимальную необходимую площадь теплообмена эмульсии с теплоносителем:

F = Q /К · T · τ, (2.31)

F = 43594, 9 ·10 /33, 67 (12 +273) ·2, 9 ·3, 6 ·10 = 0, 43 м

Далее находим значение действительной средней площади теплообмена F по следующей формуле:

F = ·( D * · Н + D /2), (2.32)

где D * = D +

D * = 1, 1 + 0, 003 = 1, 103 м

F = 3, 14·( 1, 103 · 1, 45 + 1/2) = 6, 6 м .

Поскольку F > F, следовательно, необходимое условие теплового режима аппарата выполняется.

Энергетические расчеты

Расчет расхода обессоленной воды

Вода расходуется на:

1.Приготовлеие добавок.

2.Ополаскивание аппаратов.

3.Нужды цеховой лаборатории.

На приготовление 1 л добавки 0, 65 л.

Объем аппарата 807 л.

Цикл работы аппарата 2, 7 ч.

Время наполнения аппарата водой 10 мин.

Количество эмульсии в сутки 1400 кг.

Масса эмульсии в одном аппарате 887 кг.

На ополаскивание аппарата (на кг э.) 0, 5 л.

Расход воды на подготовку эмульсии к поливу.

Максимальный расход воды в л./ч при заполнении плавильника при изготовлении эмульсии:

(887 ·0, 65) ·60/10 = 3459, 3

Расход воды на суточную массу эмульсии при подготовке к поливу:

1400 ·0, 65 = 910 л/сут.

Расход воды на годовую массу эмульсии:

910· 280 = 254800л/год = 254, 8 м /год.

Вид оборудования

Количество аппаратов Количество циклов в сутки на 1 аппарате Количество циклов в сутки на всех аппаратах Одновременно ополаскивается аппаратов Полная емкость аппарата в литрах Расход на 1 аппарат в % от его объема Продолжительность ополаскивания в мин Результат расчета Минимальный расход в л/ч Плавильник(807л·0, 1·60 мин/5 мин) Дозировочники(807л·0, 1·60 мин/3 мин)·2 Всего, м

/ч 1688, 4 Суточный расход воды в л. Плавильник (12 цикл·180 л·0, 1) Дозировочники(24 цикл·180 л·0, 1) Всего, м

/ч 1400, 4 Годовой расход воды на аппарате в м

(расход сут· 280дн.) Годовой расход воды полный в м

Плавильник 968, 4 968, 4

Дозировочник 120, 96

Таблица 2.18 - Расход воды на ополаскивание

Расход воды на нужды цеховой лаборатории

Расход принимаем по нормам:

В час150 л/час

В сутки600 л/сут

В год 600 ·= 168000 л/год=168 м /год

Таблица 2.19 - Расход обессоленной воды

Статья расхода

Подготовка эмульсии к поливу Ополаскивание аппарата Для нужд лаборатории

Всего:

Расход в м

макс. в час в сутки в год 1, 56 0, 91 254, 8 1, 655 1, 300 364 0, 15 0, 6 168 3, 365 2, 81 786, 8

Расчет расхода горячей воды

Горячая вода имеет температуру 60 º С. Она расходуется на мойку аппаратов, заполнение ванн моек и термостатов. После каждой операции моют плавильники.

Практикой установлено, что расход горячей воды на мойку аппаратов и бачков для эмульсии составляет 3, 5 м на 1 тонну эмульсии.

На заполнение ванн-моек расход воды на 1 тонну эмульсии установлен в количестве 0, 11 м .

Таким образом на мойку аппаратов и бачков расход горячей воды: в год – 4, 9·= 1372 м /год; в сутки – 1, 4·3, 5= 4, 9 м . На заполнение ванн-моек расход горячей воды: в сутки – 1, 4·0, 11 = 0, 154 м /сут.; в год – 0, 154· 280 = 43, 12 м /год.

Таблица 2.20 - Расход горячей воды

Статья расхода

Мойка Заполнение ванн

Всего:

Расход в м

в сутки в год

4, 9 1372 0, 154 43, 12 5, 054 1451, 12

2.11 Изменения, внесенные в проект

Полив пленки Тип-38 в связи с тем, что она является спектрально сенсибилизированной, осуществляется в полной темноте. Это создает ряд неудобств, которые выражаются в увеличении брака, возникающего на поливе. Одной из основных проблем является обнаружение дефектов, возникающих в процессе полива, поливщик не может качественно на 100% контролировать сам процесс, происходящий в полной темноте.

Нами предлагаются стационарные ИК камеры (тепловизоры), с помощью которых возможно осуществление непрерывного контроля качества полива.

Тепловое изображение возникает в тех случаях, когда в плоском или объемном объекте имеется градиент температур. Этот градиент температур может регистрироваться специальными приборами – тепловизорами.

Принцип работы тепловизора основан на высокоразрешающей матрице, способной регистрировать тепловое излучение. Каждая ячейка детектора преобразует инфракрасный сигнал в электрический, который подается на контролер и затем компьютер, который отображает температуру в каждой точке объекта.

Современные ИК-матрица по разрешающей способности превышают человеческий глаз. Они безинерционныи и могут регистрировать изменение температур на полосе материала шириной более 1 м, движущегося со скоростью 1600 м/мин.

Программное обеспечение полностью разработано.

Преимущество данного способа состоит в том, что дефекты полива сразу становятся заметными и можно оперативно внести изменения в технологию полива.

Применение этой камеры позволит снизить количество брака, возникающего при поливе и увеличить выход годной продукции.

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Таблица 3.1 - Перечень параметров контроля и регулирования процесса

Аппарат	Параметры
	рН	давление	расход	уровень	температура	разрежение	вязкость	влажность
1.Аппараты для приготовления добавок			+
2.Дозатор				+
3. Аппарат плавления эмульсии	+			+	+		+
4. Термостат		+		+	+	+
5. Напорный бачок				+	+
6. Машина поливная			+
7. Короба студенения		+			+
8. Камера сушки эмульсии		+			+			+

Таблица 3.2 – Величина и размерность параметров, виды автоматизации технологического процесса

Аппараты значение	параметры	Виды автоматизации

1.Аппараты для приготовления добавок Расход	6, 5 м³ /г	+	+			+
2. Дозатор а) уровень	300мм	+		+	+
3. Аппарат плавления эмульсии а)уровень б) рН в) вязкость	500мм 40С 7, 5ед 7сП	+ + + +	+ +	+	+	+
4. Термостат а) давление б) уровень в) температура г) вязкость	500мм.рт.ст. 500мм. 40С 7сП	+ + +	+ +	+	+	+ + +
5. Напорный бачок а) уровень б) температура в) вязкость		+ + +	+ +	+	+	+ +
6. Машина поливная а) давление б) расход		+ +	+ +		+ +

Окончание таблицы 3.2

7. Короб студенения а) давление б) температура в) нанос металлического серебра		+ + +	+ +	+ +	+	+
8. Камера сушки эмульсии а) давление б) температура в) влажность		+ + +	+ + +	+ +	+

Таблица 3.3 – Спецификация приборов и средств автоматического контроля рефонда

Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая