- Вступ
- 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 футерування
- 5.4 Розрахунок каркаса
- 5.5 Фундамент печі
- література
Спікання таблеток з UO2 є основною стадією технологічного процесу отримання таблеток. У цьому процесі проявляються як все фізико-хімічні властивості вихідного порошку, так і всі попередні технологічні операції. Крім того, на якість таблеток істотно впливають параметри самого процесу спікання, в першу чергу газове середовище, температура і час спікання.
Для регульованого видалення летючих 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 таблетками в печах тунельного типу, що працюють в безперервному режимі і мають три температурні зони: нагрівання таблеток, спікання і охолодження.
1 Дані для розрахунку
Вихідні дані наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Вихідні дані
1 Продуктивність, кг / сут
4 Початкова температура матеріалу, 0C
5 Температура спікання, 0С
6 Температура сушки, 0С
7 Тиск газу в печі (H2), МПа
8 Щільність матеріалу, г / см3
9 Робоча довжина печі, м
1) матеріал знаходиться в печі 24 години;
2) молібденові обігрівачі містяться в вакуумі;
3) охолодження проводиться продуванням інертним газом.
2 Матеріальний розрахунок
Матеріальний розрахунок процесу сушіння буде зводитися до складання матеріального балансу і визначення масових витрат всіх потоків. Рівняння матеріального балансу по волозі має вигляд:
де GH - масова витрата матеріалу, що висушується, кг / с;
GK - масова витрата висушеного матеріалу, кг / с;
W - кількість вологи, що відводиться, кг / с;
WH - кількість вологи, що міститься в висушують матеріалі, кг / с;
WK - кількість вологи, що міститься в висушеному матеріалі кг / с;
Gc - масова витрата сухого матеріалу, кг / с;
З рівняння матеріального балансу (1) визначимо масові витрати:
За результатами розрахунку складаємо таблицю матеріального балансу.
Таблиця 2 - Матеріальний баланс
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 - кількість тепла, що надходить в піч з сухим матеріалом, Вт;
- теплоємність матеріалу, Дж / (кг К);
- початкова температура при вході в піч, 0С;
- кількість тепла, що надходить в піч з вологою, Вт;
- теплоємність вологи, Дж / (КГК);
Qнагр Тепло від нагрівачів, Вт;
- кількість тепла, що відводиться з печі з сухим матеріалом, Вт;
- кінцева температура матеріалу при виході із зони сушіння, 0С;
- кількість тепла, що відводиться з сушарки з вологою, Вт;
10% - втрати тепла в навколишнє середовище, при відкриванні дверей і через футеровку і цегляну кладку, Вт;
- кількість тепла, яке надходить з візками, Вт;
- кількість тепла, що відводиться з візками, 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
де - кількість тепла, що надходить в піч з сухим
- теплоємність матеріалу, Дж / (КГК);
- початкова температура при вході в зону спікання, 0C;
Qнагр Тепло від нагрівачів, Вт;
- кількість тепла, що відводиться з печі з прожареним
- кінцева температура матеріалу при виході з печі, 0С;
10% - втрати тепла в навколишнє середовище, при відкриванні дверей і через футеровку і цегляну кладку, Вт;
- кількість тепла, яке надходить з візками, Вт;
- кількість тепла, що відводиться з візками, 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
4 Конструктивний розрахунок
У конструктивному розрахунку необхідно визначити робочий об'єм печі.
Продукція в печі розташовується на візках. Місткість кожного візка становить 70 кг UO2. Період перебування товару в печі 1 добу. Приймаємо, що в печі може перебувати 10 візків. Довжина кожного візка l = 300 мм, ширина 200 мм, вантажопідйомність 70 кг. Відстань між візками приймаємо 700 мм.
з урахуванням припуску на шліфування:
Щільність готової таблетки 10,5 г / см3. 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 l1, l2 - довжини боксів завантаження і вивантаження відповідно.
5 Розрахунок конструктивних елементів печі на міцність
5.1 Розрахунок фланцевого з'єднання кожуха
Кожух виготовлений зі сталі товщиною 6,35 мм. Кожух випробовується на герметичність до цегляної кладки, в процесі остаточного складання і перед нагріванням. До фланцевих з'єднань прикріплені змійовики водяного охолодження, призначені для захисту прокладок. Конструкція прокладки забезпечує герметичність на всьому діапазоні робочих температур.
1 Приймаємо розрахункову температуру 20 ° С.
2 Напруга, що допускається для матеріалу болтів.
3 Товщина втулки фланця
для приварного встик
4 Діаметр болтової окружності
де і - нормативний зазор між гайкою і втулкою (u = 4 - 6).
5 Зовнішній діаметр фланця
де а - конструктивна добавка для розміщення гайок по діаметру фланця
6 Зовнішній діаметр прокладки
де е - нормативний параметр, що залежить від типу прокладки.
е = 37 - для плоских прокладок і діаметра болта dб = 27мм.
7 Середній діаметр прокладки
де b - ширина прокладки.
Вибираємо плоску неметалічну прокладку для неї b = 25мм.
8 Кількість болтів
tш = (4,2 - 5) * dб = (4,2 - 5) * 27 = 113,4 - 135.
Приймаємо tш = 125мм.
Приймаємо nб = 70шт.
9 Висота фланця
- приймається по малюнку 1.39 [5, c95]. = 2,5;
- висота втулки фланця приварного встик
i - ухил втулки I = 1/3;
-товщина біля основи втулки приварного встик фланця.
Приймаємо hф = 60мм.
10 Болтова навантаження, необхідна для забезпечення герметичності
де- площа поперечного перерізу болта.
11 Умова міцності болтів
12 Умова міцності прокладки
13 Умова герметичності фланцевого з'єднання, яке визначається кутом повороту фланця
5.2 Розрахунок пластин кожуха
Розрахунок проводимо для випадку прямокутної пластини, навантаженої по всій поверхні тиском р = 0,12 МПа, забитої по контуру. Напруги і прогини знаходимо за формулами:
де - коефіцієнти залежать від ставлення b / a;
a, b - довжини сторін пластини, м. a = b = 2м.
Наближено максимальні значення прогинів (в центрі) та напруги (в середині більш довгої сторони) можуть бути визначені за наступними формулами:
до - коефіцієнт що залежить від ставлення а / b
5.3 Розрахунок футерування
Розрахунок міцності футерування при поздовжньому розтягуванні по несучої здатності при температурі до 50 С ° проводиться виходячи з наступного нерівності
Тут R - розрахунковий опір футерування стиску, R = 3,9 по табл.3.7 [3, С100];
F-площа перерізу елемента футерування;
- коефіцієнт поздовжнього вигину, що враховує зниження несучої здатності.
Розрахунок елементів футеровки на міцність при осьовому розтягу виробляють на основі нерівності
де N - сила, що розтягує;
Rp - розрахунковий опір футерування, при розчині марки 5-100 слід приймати 0,16 МПа.
Розрахунок елементів футеровки на зріз роблять виходячи з нерівності
де Q - розрахункова поперечна сила;
Rcp - розрахунковий опір футерування зрізу 0,16 МПа;
f - коефіцієнт тертя по шву футерування 0,7;
- середня напруга стиснення,;
Розрахунок елементів футеровки на поперечний вигин слід проводити виходячи з нерівності
де Q - розрахункова поперечна сила;
Rra - 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 відносини висоти стін до їх толщинам:
де Н - висота футерування,
h - товщина стіни.
Це ставлення не повинно перевищувати 25.
З [6, c.113] приймаємо для стіни висотою більше 1000 мм і температурі печі більш 1200 С, внутрішній шар кладки виконується з шамотної цегли класу А, товщиною 300 мм; звід 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 формулою
де К - коефіцієнт залежності сили R від температури, дорівнює 3,5 при температурі понад 1200 ° С,
Р - сила тяжіння зводу,
- центральний кут зводу, град.
Вибір профілю п'яткових балок. Момент опору П'ятов балки розраховують за формулою
де - допустима напруга на розрив,
l - відстань між балками каркасу.
Приймаємо профіль п'яткових балок у вигляді рівнополичного кутника з розмірами 90x90x8 мм.
Визначення перетину верхньої поперечної зв'язку. Перетин верхньої і нижньої зв'язків розраховують за формулами:
Вибір профілю бічної стійки. Момент опору бічної стійки розраховують за формулою:
По знайденому моменту опору вибирають профіль бічної стійки:
Профіль бічної стійки - кутник равнополочний, з розмірами 125x125x10 мм.
5.5 Фундамент печі
Статичне навантаження, слагающуюся з маси металевих деталей і футерування, сприймає фундамент печі. Фундамент виконують з 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 малій будівельної висоті (без значного поглиблення в грунт) отримати велику площу тиску фундаменту на основу. Товщина фундаменту повинна бути така, щоб тиск від печі передавалося на всю основу і в фундаменті не виникло занадто великих згинальних і сколюючої зусиль.
Особливості спорудження фундаментів топок:
1) на один і той же фундаментний масив не можна спирати частини печі та інших споруд, так як може статися різне осідання 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 футеровке. 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) підстава фундаменту повинно 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 футерування влаштовуються повітряні канали між ними.
Звичайно тиск топки на грунт не перевищує 100 кПа, тому спорудження фундаментів технічно нескладне значних труднощів. Розміри основи фундаменту визначаються навантаженням і допустимим тиском на грунт. Допустиме навантаження на фундамент розраховують за формулою:
де R - межа міцності цегляної футеровки при стисненні, Па;
F - повна площа фундаменту, м2;
F1 - навантажена площа фундаменту.
1 Павлов К.Ф. Романків П.Г. Носков А.А. Приклади і задачі по курсу процесів і апаратів хімічної технології. - Л. Хімія, 1976. - 552с.
2 Плановський А.Н. Рамм В.М. Каган С.З. Процеси і апарати хімічної технології. - Л. Хімія, 1968. - 848 с.
3 Исламов М.Ш. Проектування топок спеціального призначення. - Л. Енергоіздат.1982. -168 с., Іл.
4 Исламов М.Ш. Печі хімічної промисловості - М. Хімія, 1969. -176с., Іл.
5 Розрахунок і конструювання машин і апаратів хімічних виробництв. / Под ред. М.Ф. Михалева. Л. Машинобудування, 1984. - 301 с., Іл.
6 Долотов Г.П. Кондаков Е.А. Конструкція і розрахунок заводських печей і сушив. М. Машинобудування, 1973, 272 с.