МАЭ РФ Государственный технологический институт Кафедра МАХП ПЕЧЬ ТУННЕЛЬНАЯ Курсовой проект МАХП 800.11.00 КР Профессор ________________ «______»_____________. Студент группы _________________. «______»______________.

Содержание

Введение

1   Данные для расчета

2   Материальный расчет

3   Тепловой расчет

4   Конструктивный расчет

5   Расчет конструктивных элементов печи на прочность

5.1  Расчет фланцевого соединения кожуха

5.2  Расчет пластин кожух

5.3  Расчет футеровки

5.4  Расчет каркаса

5.5  Фундамент печи

Литература

Введение

Спекание таблеток из UO₂ является основной стадией технологического процесса получения таблеток. В этом процессе проявляются как все физико-химические свойства исходного порошка, так и все предыдущие технологические операции. Кроме того, на качество таблеток оказывают существенное влияние параметры самого процесса спекания, в первую очередь газовая среда, температура и время спекания.

Для регулируемого удаления летучих соединений с целью предупреждения растрескивания таблетки перед спеканием медленно нагревают до 600 - 800 °С в течение 10 часов, после чего температуру повышают до заданной температуры спекания. Заданный режим обеспечивается продвижением лодочек с таблетками в печах тоннельного типа, работающих в непрерывном режиме и имеющих три температурные зоны: нагревание таблеток, спекание и охлаждение.

1 Данные для расчета

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

1 Производительность, кг/сут	700
2 Начальное влагосодержание материала, %	1
3 Конечное влагосодержание материала, %	0
4 Начальная температура материала, 0C	20
5 Температура спекания, 0С	1750
6 Температура сушки, 0С	800
7 Давление газа в печи (H2), МПа	0,12
8 Плотность материала, г/см3	10,5
9 Рабочая длина печи, м	10

Примечание:

1) материал находится в печи 24 часа ;

2) молибденовые обогреватели содержатся в вакууме ;

3) охлаждение проводится продувкой инертным газом .

2 Материальный расчет

Материальный расчет процесса сушки будет сводиться к составлению материального баланса и определению массовых расходов всех потоков. Уравнения материального баланса по влаге имеет вид:

,

,

где G_H - массовый расход высушиваемого материала, кг/с;

 G_K - массовый расход высушенного материала, кг/с;

 W - количество отводимой влаги, кг/с;

 W_H - количество влаги, содержащейся в высушиваемом материале, кг/с;

 W_K - количество влаги, содержащейся в высушенном материале кг/с;

 G_c - массовый расход сухого материала, кг/с;

 w_CH - начальное влагосодержание материала, %;

 w_CK - конечное влагосодержание материала, %.

Из уравнения материального баланса (1) определим массовые расходы:

,

,

,

,

.

По результатам расчета составляем таблицу материального баланса.

 Таблица 2 - Материальный баланс

Приход			Расход
Статьи прихода	кг/сут	%	Статьи расхода	кг/сут	%
1 Высушиваемый материал GH    Сухой материал GC     Влага WH	707 700 7	99 1	1 Высушенный материал GK     Сухой материал GC     Влага WK 2 Влага W	700 700 0 7	99 0 1
Итого	707	100	Итого	707	100

3 Тепловой расчет

Тепловой расчет сводится к составлению теплового баланса процесса сушки и процесса прокалки и определению количества подводимого тепла.

Уравнение теплового баланса процесса сушки имеет вид:

,

где - количество тепла, поступающего в печь с сухим материалом, Вт;

- теплоемкость материала, Дж/(кг К);

  - начальная температура при входе в печь, ⁰С;

- количество тепла, поступающего в печь с влагой, Вт;

  - теплоемкость влаги, Дж/(кгК);

 Q_нагр -тепло от нагревателей, Вт;

- количество тепла, отводимое из печи с сухим материалом, Вт;

- конечная температура материала при выходе из зоны сушки, ⁰С;

- количество тепла, отводимое из сушилки с влагой, Вт;

10% - потери тепла в окружающую среду, при открывании дверей и через футеровку и кирпичную кладку, Вт;

- количество тепла, поступающее с тележками, Вт;

 255 Дж/(кг К);      

- количество тепла, отводимое с тележками, Вт.

 Определим составляющие уравнения теплового баланса:

;

;

;

;

;

;

;

Определим количество дополнительного тепла, подводимого к сушилке:

 ;

 ;

Результаты расчета теплового баланса процесса сушки приведены в таблице

Таблица 3 - Тепловой баланс

Приход		Расход
Статьи прихода	кг/сут	Статьи расхода	кг/сут
1 Высушиваемый материал     с сухим материалом QCH       с  влагой QWH 2 C тележкой 3 Тепло нагревателя Qнагр	1,041 0,194 0,035 55,04	1 С высушенным материалом QCK 2 С влагой WK 3 С тележкой 4 Потери	41,652 7,74 1,416 5,504
Итого	56,314	Итого	56,314

Уравнение теплового баланса процесса прокалки имеет вид:

,

где - количество тепла, поступающего в печь с сухим

материалом, Вт;

- теплоемкость материала, Дж/(кгК);

- начальная температура при входе в зону спекания, ⁰C ;

Q_нагр -тепло от нагревателей, Вт;

- количество тепла, отводимое из печи с прокаленным

 материалом, Вт ;

- конечная температура материала при выходе из печи, ⁰С;

10% - потери тепла в окружающую среду, при открывании дверей и через футеровку и кирпичную кладку, Вт;

- количество тепла, поступающее с тележками, Вт;

 255 Дж/кг К;      

- количество тепла, отводимое с тележками, Вт;

Определим составляющие уравнения теплового баланса:

;

;

;

;

Определим количество дополнительного тепла, подводимого к сушилке:

;

;

Результаты расчета теплового баланса процесса сушки приведены в таблице

Таблица 4 - Тепловой баланс

Приход			Расход
Статьи прихода	кВт	%	Статьи расхода	кВт	%
1 С высушенным материалом QCH 2 C тележкой 3 Тепло нагревателя Qнагр	41,652 1,416 56,86	41,8 1,4 56,8	1 С прокаленным материалом QCK 2  С тележкой 3 Потери	91,12 3,12 5,686	91,3 3 5,7
Итого	99,928	100	Итого	99,926	100

 

4 Конструктивный расчет

В конструктивном расчете необходимо определить рабочий объем печи.

Продукция в печи располагается на тележках. Вместимость каждой тележки составляет 70 кг UO₂. Период нахождения продукта в печи 1 сутки. Принимаем, что в печи может находиться 10 тележек. Длина каждой тележки l =300 мм, ширина 200 мм, грузоподъемность 70 кг. Расстояние между тележками принимаем 700 мм.

Размеры таблеток:

d=7,6 мм (готовые);

h=10 мм (готовые);

с учетом припуска на шлифование:

d=7,75 мм;

h=10,15 мм.

Плотность готовой таблетки 10,5 г/см³. Следовательно, масса таблетки

.

Длину рабочей зоны принимаем L=10 м, ширину Ь=0,7 м, высоту h=1 м.

Объем рабочей зоны равен:

Общая длина печи:

,

где l₁ ,l₂ - длины боксов загрузки и выгрузки соответственно.

5 Расчет конструктивных элементов печи на прочность  

5.1 Расчет фланцевого соединения кожуха

Кожух изготовлен из стали толщиной 6,35 мм. Кожух испытывается на герметичность до кирпичной кладки, в процессе окончательной сборки и перед нагревом. К фланцевым соединениям прикреплены змеевики водяного охлаждения, предназначенные для защиты прокладок. Конструкция прокладки обеспечивает герметичность на всем диапазоне рабочих температур. 

1 Принимаем расчетную температуру 20°С.

Температура болта 

2 Допускаемое напряжение для материала болтов .

3 Толщина втулки фланца

для приварного встык  

 4 Диаметр болтовой окружности

принимаем

где и - нормативный зазор между гайкой и втулкой (u =4 - 6).

5 Наружный диаметр фланца

где а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца

а = 52мм .

6 Наружный диаметр прокладки

где е - нормативный параметр, зависящий от типа прокладки.

е = 37 – для плоских прокладок и диаметра болта d_б = 27мм .

7 Средний диаметр прокладки

где b - ширина прокладки.

Выбираем плоскую неметаллическую прокладку для нее b = 25мм .

8 Количество болтов

t_ш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбирается в зависимости от давления по таблице 1.43 [5,c97] .

t_ш = (4,2 – 5)*d_б = (4,2 – 5)*27 = 113,4 – 135 .

Принимаем t_ш = 125мм .

Принимаем n_б = 70шт .

9 Высота фланца

,

- принимается по рисунку 1.39 [5,c95] ,    =2,5 ;

- высота втулки фланца приварного встык

i – уклон втулки I = 1/3;

-толщина у основания втулки приварного встык фланца .

;

;

Принимаем h_ф = 60мм .

10 Болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности

где- площадь поперечного сечения болта.

11 Условие прочности болтов

12 Условие прочности прокладки

13 Условие герметичности фланцевого соединения, определяемое углом поворота фланца

;

;

;

;

;

;

;

;

0,0052 < 0.013.

 

5.2 Расчет пластин кожуха

Расчет проводим для случая прямоугольной пластины, нагруженной по всей поверхности давлением р=0,12 МПа, заделанной по контуру. Напряжения и прогибы находим по формулам:

;    ;    .

где - коэффициенты зависящие от отношения b/a;

a, b – длины сторон пластины, м.   a = b = 2м.

;

;

.

Приближенно максимальные значения прогибов (в центре) и напряжения (в середине более длинной стороны) могут быть определены по следующим формулам:

;

.

к - коэффициент зависящий от отношения а/b

 

5.3 Расчет футеровки

Расчет прочности футеровки при продольном растяжении по несущей способности при температуре до 50 С° производится исходя из следующего неравенства

Здесь R - расчетное сопротивление футеровки сжатию, R = 3,9 по табл.3.7 [3,с100];

 F -площадь  сечения  элемента  футеровки;

- коэффициент  продольного  изгиба, учитывающий снижение несущей способности.

.

Расчет элементов футеровки на прочность при осевом растяжении производят на основе неравенства

где N - растягивающая сила;

R_p - расчетное сопротивление футеровки, при растворе марки 5-100 следует принимать 0,16 МПа .

Расчет элементов футеровки на срез производят исходя из неравенства

где Q - расчетная поперечная сила;

R_cp – расчетное сопротивление футеровки срезу 0,16 МПа;

 f - коэффициент трения по шву футеровки 0,7 ;

- среднее напряжение сжатия, ;

Расчет элементов футеровки на поперечный изгиб следует производить исходя из неравенства

где Q - расчетная поперечная сила;

 R_ra - расчетное сопротивление кладки главным растягивающим  напряжениям при изгибе [3,табл.3.10];

 b - ширина сечения;

 z - плечо внутренней пары сил, z=(2/3)h.

Расчет устойчивости футеровки. Футеровку топок, выполненную из кирпичей, и свободно стоящие стены и столбы, имеющие сечение прямоугольной формы и значительную высоту, проверяют на допустимые отношения высоты стен к их толщинам:

где Н - высота футеровки,

 h - толщина стены.

Это отношение не должно превышать 25.

Из  [6,c.113] принимаем для стены высотой более 1000 мм и температуре печи более 1200 С, внутренний слой кладки выполняется из шамотного кирпича класса А,   толщиной 300 мм; свод с пролетом - из того же материала толщиной 200 мм.

 

5.4 Расчет каркаса

Распорное усилие свода должно быть воспринято каркасом. Приближенная сила горизонтального распора свода может быть определена по формуле

где К - коэффициент зависимости силы R от температуры, равен 3,5 при температуре более 1200°С,

 Р - сила тяжести свода,

  - центральный угол свода, град.

Выбор профиля пятовых балок. Момент сопротивления пятовой балки рассчитывают по формуле

где - допустимое напряжение на разрыв,

 l - расстояние между балками каркаса.

Принимаем профиль пятовых балок в виде равнополочного угольника с размерами 90x90x8 мм.

Определение сечения верхней поперечной связи. Сечение верхней и нижней связей рассчитывают по формулам:

;     

;   

Выбор профиля боковой стойки. Момент сопротивления боковой стойки рассчитывают по формуле:

По найденному моменту сопротивления выбирают профиль боковой стойки:

Профиль боковой стойки   -  угольник   равнополочный,   с   размерами 125x125x10 мм.

 

5.5 Фундамент печи

Статическую нагрузку, слагающуюся из массы металлических деталей и футеровки, воспринимает фундамент печи. Фундамент выполняют из бутового камня, бетона или железобетона. Основное преимущество железобетона в сравнении с другими материалами (кроме прочности): возможность придания фундаменту любой сложной формы, что позволяет при малой строительной высоте (без значительного углубления в грунт) получить большую площадь давления фундамента на основание. Толщина фундамента должна быть такова, чтобы давление от печи передавалось на все основание и в фундаменте не возникло слишком больших изгибающих и скалывающих усилий.

Особенности сооружения фундаментов топок:

1)  на один и тот же фундаментный массив нельзя опирать части печи и других сооружений, так как может произойти различная осадка фундамента и появятся трещины и перекосы в сооружении;

2)  если конструкция топки располагается ниже уровня грунтовых вод, то фундамент строят  так, чтобы исключался доступ воды  к футеровке.   Это достигается путем устройства вокруг фундамента глиняных стенок до 300 мм толщиной; гидроизоляции фундамента;  искусственного снижения уровня грунтовых вод устройством дренажа; сооружения сварного кессона из мягкой стали;

3)  основание фундамента должно быть  расположено   ниже   глубины промерзания грунта ( обычно 1,8 м от уровня земли) ; в отапливаемых или горячих цехах углубление фундамента незначительно;

4)  для предотвращения сильного нагревания фундамента от футеровки устраиваются воздушные каналы между ними .

Обыкновенно давление топки на грунт не превышает 100 кПа, поэтому сооружение фундаментов не представляет больших трудностей. Размеры основания фундамента определяются нагрузкой и допустимым давлением на грунт. Допустимую нагрузку на фундамент рассчитывают по формуле:

где R - предел прочности кирпичной футеровки при сжатии, Па;

 F - полная площадь фундамента, м²;

F₁ - нагруженная площадь фундамента .

- для бетона

Литература

1 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976. - 552с.

2 Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - Л.: Химия, 1968. - 848 с.

3 Исламов М.Ш. Проектирование топок специального назначения. - Л.: Энергоиздат.1982. -168 с.,ил.

4 Исламов М.Ш. Печи химической промышленности - М.: Химия, 1969. -176с.,ил.

5 Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств./ Под ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, 1984. - 301 с.,ил.

6  Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Конструкция и расчет заводских печей и сушил. М., Машиностроение, 1973, 272 с.

МАЭ РФ Государственный технологический институт Кафедра МАХП ПЕЧЬ ТУННЕЛЬНАЯ Курсовой проект МАХП 800.11.00 КР Профессор ________________ «______»_____________. Студент группы ________________

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу