Дипломная работа: Технологія виробництва медичного скла
Отже, кількість кожної сировини у 109,965 мас.ч. шихти
становить:
піску 117.8 · 68.1/ 120 = 66.9 кг;
борної кислоти 117.8 8.4 / 120 = 8.2 кг;
соди 117.8 · 13.9/ 120 = 13.6кг;
поташу 117.8 · 1,466 / 120 = 1,4 кг;
каоліну 117.8 · 14.7/ 120 = 14.4 кг;
крейди 117.8 · 1,841 / 120 = 1.8 кг;
доломіту 117.8 · 11.6 / 120 = 11.4 кг.
Розраховуємо кількість шихти для виготовлення 0,057 т скла.
Для 100 кг скла необхідно мати 117.8 кг шихти
для 57кг скла необхідно мати х кг шихти
Звідки, х = 57 · 117.8 / 100 = 67 кг шихти.
Кількість кожної сировини у 67кг шихти становить:
піску 67 · 66.9/ 117.8 = 38 кг;
борної кислоти 67 · 8.2 / 117.8 = 4.7 кг;
соди 67 13.6 / 117.8 = 7.7 кг;
поташу 67 1,4 / 117.8 = 0.8 кг;
каоліну 67 14.4 / 117.8 = 8.2кг;
крейди 67 11.4 / 117.8 = 6.7кг
доломіту 67 11.6 / 117.8 = 6.6 кг.
Визначаємо вихід скла із шихти:
117.8 мас.ч. шихти дають 100 мас.ч. скла
100 мас.ч. шихти дадуть х мас.ч. скла
Звідки, х = 84.9 мас.ч. шихти.
Тобто, з 100 мас.ч. шихти можна отримати 84.9 мас.ч. скла.
Вихід скла по його відсотковому відношенню до маси становить:
100 мас.ч. шихти становлять 100 %
90,94 мас.ч. скла становлять х %
Звідки, х = 84.9% від маси шихти.
Витрати шихти на угар та вивітрювання становлять 15.1%.
3.7 Розрахунок складу сировини
Розрахунок площі складу для зберігання сировинних
матеріалів
Таблиця 3.7.1 Норми запасу сировини
Найменування матеріалу |
Норма запасу, діб |
Висота насипу, м |
Насипна вага, т/м3
|
Витрата матеріалу з
урахуванням витрат, т/доб
|
Пісок |
30 |
6 |
1,8 |
0,038 |
Борна кислота |
30 |
4 |
1,1 |
0,0047 |
Сода |
30 |
4 |
0,7 |
0,0077 |
Поташ |
30 |
4 |
0,7 |
0,0008 |
Каолін |
30 |
4 |
1,7 |
0,0082 |
Крейда |
30 |
6 |
1,7 |
0,0067 |
Доломіт |
30 |
4 |
1.8 |
0.0066 |
Площу відсіків у складі визначаємо за формулою:
F= d l / г з h,
де d – добова витрата матеріалу, т; l – норма запасу, діб.; г – насипна вага матеріалу, т/м3; з – коефіцієнт корисної площі відсіку
(для насипних матеріалів – 0,8, для тарних – 0,6); h – висота насипу, м.
для піску 0,038 · 30 / 1,8 ·
0,8 · 6 = 0.04 м3;
для борної кислоти 0,0047 · 30 / 1,1 · 0,6 · 4
= 0,002 м3;
для соди 0,0077 · 30 / 0,7 ·
0,6 · 4 = 0.005 м3;
для поташу 0,0008 · 30 /
0,7 · 0,6 · 4 = 0,0005 м3;
для каоліну 0,0082 · 30 /
1,7 · 0,6 · 4 = 0,002 м3;
для крейди 0,0067 · 30 / 1,7 ·
0,8 · 6 = 0,008 м3
для доломіту 0.0066 · 30 / 1.8 · 0.8 · 4 = 0.001 м3
Отже, загальна площа відсіків для сировини складає:
F1 = 0.04 + 0.002 + 0.005 + 0.002 + 0.008 + 0.001= 0.0225 м3
Розрахунок бункерів для сировинних матеріалів
Всі оброблені матеріали або компоненти зберігаються у
витратних бункерах складового цеху, які розраховані для зберігання запасу, що
приймають згідно з нормативами: пісок – 2 доби, сода – 2 доби, крейда – 2 доби,
каолін – 2 доби, борна кислота – 2 доби, доломіт– 2 доби, поташ – 2 доби.
Бункери сталеві. Висота їх однакова, а довжина і ширина
залежить від об’єму.
Розрахунок бункерів проводимо за формулою:
V = d S t c / г h,
де d – годинна витрата матеріалу, т; S – кількість змін за добу; t – тривалість зміни, год; c – добовий запас, т; г – об’ємна
вага, т/м3; h – коефіцієнт корисної ємності бункера.
Годинна витрата матеріалу з урахуванням втрат при обробці:
піску 0,038 / 24 = 0,0015 м3;
борної кислоти 0,0047 / 24 = 0,0002 м3;
соди 0,0077 / 24 = 0,0003 м3;
поташу 0,0008 / 24 = 0,00003 м3;
каоліну 0,0082 / 24 = 0,0003 м3;
крейди 0,0067 / 24 = 0,0003 м3;
доломіту 0.0066 / 24 = 0.0003 м3.
Об’єм бункерів:
для піску 0,0015 · 3 ·8 ·2 /
1,8 · 0,8 = 0,05 м3;
для борної кислоти 0,0002 · 3 ·8 ·2 / 1,1 · 0,6
= 0,015 м3;
для соди 0,0003 · 3 ·8 ·2 /
0,7 · 0,6 = 0,034 м3;
для поташу 0,00003 · 3 ·8
·2 / 0,7 · 0,6 = 0,0034 м3;
для каоліну 0,0082 · 3 ·8
·2 / 1,7 · 0,6 = 0,386 м3;
для крейди 0,0067 · 3 ·8 ·2 / 1,7
· 0,8 = 0,231 м3;
для доломіту 0.0066 ·3 ·8 ·2 / 1.7 · 0.8 = 0.231 м3.
3.8 Вибір і обґрунтування конструкції електричної печі
Промислові електричні скловарильні печі – це печі опору прямого
нагрівання. Їх використовують у всіх галузях скляної промисловості.
В даному проекті я пропоную використовувати електричні печі,
тому що вони мають ряд переваг у порівнянні з полум’яними, а саме:
– конструкція електричних печей компактніша, значно менші
розміри вимагають менше матеріалів і коштів на їх спорудження, менших
виробничих площ;
відсутні продукти горіння палива в робочій камері печі і
витрати тепла з вихідними газами;
– мале забруднення довкілля продуктами звітрювання окремих
компонентів шихти (лужних компонентів, оксидів бору) та забезпечення
однорідності скла.
Електричні печі опору прямого нагрівання мають високий
коефіцієнт корисної дії (до 85 %). Питоме знімання скляної маси становить від
3500 до 5000 кг/(м2·добу). Витрати електричної енергії на 1 кг
скляної маси складають 0,7 – 2,7 кВт·год.
Скловарильні електричні печі прямого нагрівання з напрямком
руху скляної маси за конструкцією поділяються на дві групи.
В першій групі печей дзеркало скляної маси у варильній
частині печі повністю закрите шаром шихти, і процес варіння скла відбувається в
об’ємі басейну печі під шаром шихти. Вони переважно мають невелику
продуктивність (0,5 – 20 т/добу) і характеризуються вертикальним напрямом
виробничого потоку скляної маси. Піч складається з двох басейнів: варильного і
виробного. Форма варильного басейну близька до квадрату. Глибина басейну – (1,5
– 1,8) м. Електроди розміщені в 2 – 3 ряди по висоті басейну. Питоме знімання
скляної маси досягає 5 т/(м2·добу). Особливістю таких печей є те, що
варіння відбувається в глибинних шарах, а все дзеркало скляної маси вкрите
шаром шихти і скляних уламків товщиною 100 – 150 мм. Температура над шаром
шихти становить 100 – 200 0С.
У другій групі електричних печей прямого нагрівання шихта
розташовується тільки в певній частині дзеркала скляної маси у варильній
частині печі. Ці печі характеризуються горизонтальним напрямком виробничого
потоку скляної маси. За довжиною ці печі переважно розділені на три зони, в
яких підтримується різна температура: зони варіння, освітлення і охолодження
(вироблення). В зоні варіння дзеркало басейну повністю покрито шихтою, в зоні
освітлення дзеркало басейну вільне від шихти. У цій зоні підтримується
максимальна температура. Зони варіння і освітлення в нижній частині з’єднані з
зоною охолодження протоком. Електричні печі з горизонтальним напрямком потоку
скляної маси переважно мають велику продуктивність (до 300 т/добу).
У печах першої групи гази, що утворилися в процесі варіння
скла, леткі сполуки проходять через шар шихти і нагрівають її до 150 – 200 0С.
Леткі сполуки конденсуються і осідають на частинах компонентів шихти, що значно
зменшують їх звітрювання. Звітрювання оксидів бору зменшується з 15 – 20 % до 1
– 3 %. Майже повністю припиняється звітрювання лужних оксидів. Шихта, що знаходиться
на поверхні розтопленої скляної маси, відіграє теплової ізоляції, що приводить
до економії тепла [8].
В електричних ванних печах другої групи, де дзеркало тільки
частково закрите шихтою, основна кількість тепла передається від розтопленої
скляної маси до нижніх шарів шихти, і тільки невелика кількість тепла
передається випромінюванням від склепіння підвісних стін печі до поверхні
шихти. По довжині варильного басейну печі є можливість легко створювати заданий
температурний режим.
Для виробництва медичного скла приймаємо електричну піч опору
прямого нагрівання що належить до печей першої групи.
3.9 Фізико-хімічні процеси, які відбуваються при варінні
скломаси
Процес варіння скла являє собою складний комплекс
фізико-хімічних перетворень, явищ тепло- та масообміну, в результаті яких
сировинні матеріали – шихта перетворюється у розплав-скломасу із визначеними
фізико-хімічними властивостями. Шихта під дією високих температур
розплавляється, гомогенізується, охолоджується та поступає на виробляння.
В печах з чисто електричним нагріванням всі стадії варіння
скла здійснюються за рахунок тепла, що виділяється у скляній масі при
проходженні в ній електричного струму. Між електродами розвивається температура
1550 – 1600 0С. Розподіл температур у скляній масі (в об’ємі ванни)
і рух конвекційних потоків в цих печах залежить від розміщення, форми і
навантаження електродів.
Температура скляної маси при проходженні струму між
електродами – максимальна і знижується верх і вниз у басейні печі. Тепло, що
передається від електродів до верху компенсує витрати тепла на нагрівання
скляної маси, а також витрати, що пов’язані з виділенням тепла в навколишнє
середовище. Тепло, що передається від електродів до низу компенсує витрати
тепла в навколишнє середовище через будову печі (дно, стіни басейну). Температура
скляної маси на дні басейну в електричних печах вища, а на поверхні скляної
маси значно нижча порівняно з полум’яними печами.
Задана температура у виробній частині підтримується
електричним нагріванням зверху електродами, що розміщені над скляною масою або
нагріванням за рахунок згорання газоподібного палива.
Теплообмін в ванних печах з чисто електричним нагріванням
суттєво відрізняється від теплообміну в полум’яних печах. В електричних печах
відсутнє високотемпературне газове середовище і вогнетриви печі, що
випромінюють тепло. Джерело тепла знаходиться всередині скляної маси. Шихта, що
завантажується в піч, одержує потрібну кількість тепла через поверхню контакту
з розтопленою скляною масою. Кількість тепла, що передається шихті від нижніх
шарів розтопленої скляної маси, залежить від температури і складу скла.
3.10 Конструкційний розрахунок електричної печі
Площа дзеркала варочного басейна Fв визначається
за формулою:
Fв = G / у,
де G – продуктивність печі, кг/доб.; у – питоме знімання скломаси з 1 м2
басейна. Залежить від температури варіння.
Fв = 712 / 80 = 8,9 м2
Ширина варильного басейна N = 1,8 м, тоді довжина варильного
басейна печі буде:
l = F / N = 8,9 / 1,8 = 4,94 м
Глибину басейна приймаємо рівною 1,5 м.
Висота від дзеркала скломаси до п’ят зводу 0,3 м. 30
Всі стадії скловаріння проходять в басейні у вертикальному
напрямку. Скломаса з печі прямо поступає з протока в живильник. Для підтримки
теплового режиму, під час розігріву печі у виробіточній частині, передбачена
установка електродів.
Звід басейну повинен бути ретельно заізольованим.
Кількість печей при заданій річній продуктивності на заводі,
що проектується:
N = Рг / (m P),
де Рг – річна продуктивність, т/рік; m – число робочих днів з урахуванням
ремонту; P – продуктивність однієї
печі, т/доб.
N = 250 / (351 · 1,0) = 0,71 ≈
1
Для використання даної річної продуктивності знадобиться одна
піч.
3.11 Теплотехнічний розрахунок
Тепловий баланс печі
Витрата тепла на дегазацію:
Vп.д. = Gп.д. / сп.д.,
де Gп.д. – кількість продуктів дегазації в кг/кг шихти (Gп.д = 0,25 кг/кг); сп.д.
– густина продуктів дегазації (сп.д.= 2 кг/м3).
Vп.д. = 0,25 / 2 = 0,125 м3
qг = 0,125 · 0,95 · 0,25 · 1580 = 46,9 кДж/кг
Теплота плавлення скла, qпл:
qпл = 347 Gm (1 – Gп.д.) = 347 · 0,95 · (1 – 0,25) = 247,2
кДж/кг
Витрати тепла на випаровування, qвип.:
qвип. = 2510 · VН2О · Gm,
де VН2О – об’єм вологи, що знаходиться в шихті.
VН2О = GН2О / сН2О = (0,035 · 0,95) / 1 = 0,033 м3
qвип. = 2510 · 0,033 · 0,95 = 78,7 кДж/кг
Загальні витрати тепла:
qх = qс + qм + qг + qпл. + qвип. = 11084,6 + 1833,8 + 46,9 + 247,2 + 78,7 = 13291,2 кДж/кг
Q1 = 13291,2 кДж
Витрати тепла на склоутворення:
Q2 = Gсm qс = 0,16 · 11084,6 = 1773,5
кДж
Втрати тепла з випромінюванням крізь засипний отвір:
Q3 = 0,0057 [(Тг / 100)4 – (Тв
/ 100)4] ц F,
де Тг, Тв – температура пічного
простору і навколишнього повітря, 0К; ц – коефіцієнт діафрагмування
(ц = 0,59); F – площа перетину засипного отвору, м2.
Тг = tg + 273,
де tg – дійсна температура, 0С;
Тг = 1620 + 273 = 1893 0К;
Тв = 20 + 273 = 293 0К;
Висота засипного отвору 0,2 м, довжина – 3 м. F = 0,2 · 3 0,6
м2
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
|