124679 (Установка для переработки отходов слюдопластового производства), страница 12

где Рр - аэродинамическое сопротивление решетки, равное 887 Па по (3.5.3.32);

Рк.с. - аэродинамическое сопротивление кипящего слоя 3178 Па по (3.5.3.32);

Рц - аэродинамическое сопротивление циклона, равное 500 Па;

Рр.ф. - аэродинамическое сопротивление рукавного фильтра, равное 1000 Па.

Р = 887 + 3178 + 1000 + 500 = 5565 Па.(3.9.2)

Объемный расход газа равен 0,27 м³/с.

Выбираем вентилятор высокого давления ТВ-25-1,1, технические характеристики которого приведены в таблице 3.9.1.

Таблица 3.9.1 Технические характеристики ТВ-25-1,1

3.10 Подбор питателей

Часовая объемная производительность сушильной установки:

Q = G/_н = 143/500 = 0,286 м³/час, (3.10.1)

где _н = 500 кг/м³ - насыпная плотность слюды.

По объемной производительности выбираем к установке для загрузки сушилки винтовой питатель типа Ш3-15, его технические характеристики приведены в таблице 3.10.1.

Таблица 3.10.1 Технические характеристики Ш3-15

Для разгрузки сушилки выбираем шлюзовой питатель типа ПШ1-250, его технические характеристики приведены в таблице 3.10.2.

Таблица 3.10.2 Технические характеристики ПШ1-250

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Расчет сушилки кипящего слоя

4.1.1 Выбор материала аппарата

Среда, в которой работает аппарат, не является агрессивной, поэтому нет потребности в материале, обладающим повышенной стойкостью в химически активных средах. С другой стороны необходимо подобрать материал, который был бы жаростоек, т.к. сушилка работает в условиях повышенной температуры до 350 °С. Наиболее целесообразно выполнить аппарат из качественной углеродистой конструкционной стали 20К или низколегированной конструкционной стали для сварных конструкций 16ГС. Сталь 20К характеризуется хорошим сочетанием механических и механо-технологических свойств. Назначение - обечайки, днища, крышки, плоские фланцы и другие детали аппаратов, работающих при температуре от - 40 °С до 450 °С. Свариваемость - без ограничений, способы сварки: АДС под флюсом с газовой защитой, РДС, ЭШС. Сталь неустойчива во многих агрессивных средах, однако в некоторых средах она показывает удовлетворительную устойчивость. Назначение стали 16ГС аналогично назначению 20К. Из стали 16ГС изготовливают элементы сварных конструкции, работающие при температуре от - 70 °С до 475 °С. Сваривается без ограничений, также как и 20К неустойчива во многих агрессивных средах. Допускаемые напряжения при 350 °С для проката из стали 16ГС выше, чем из стали 20К, соответственно 140 МПа против 106 МПа. Следовательно применение стали 16ГС сделает аппарат более легким, а значит и более дешевым, так как разница в цене этих сталей незначительна. Таким образом, для изготовления корпуса сушилки с кипящим слоем используем низколегированную конструкционную сталь для сварных конструкций 16ГС.

4.1.2 Расчет толщины обечайки

Толщину стенки цилиндрической части сушилки определяем согласно нормам и методам расчета по ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».

Толщина цилиндрической обечайки рассчитывается по формуле:

s s_p + c,(4.1.2.1)

где s_p - расчетная толщина стенки;

с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки.

Расчетная толщина стенки - это минимальное значение толщины стенки, которое должно остаться у оболочки на исходе расчетного срока службы, чтобы обеспечить ей эксплуатационную прочность с максимально возросшим в её материале значением напряжения, равном допускаемому напряжению в потенциально опасном месте (сечении). С учетом этого расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки определяется по формуле:

s_p = (р∙D)/(2∙[σ]∙φ-p),(4.1.2.2)

где р - расчетное давление;

Аппарат работает под небольшим избыточным давлением, обусловленным работой вентилятора высокого давления. С учетом суммарного аэродинамического сопротивления имеем:

p = p_атм + p_изб = 0,1 + (0,01-0,005565) = 0,105 МПа;

D - диаметр цилиндрической части аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);

[σ] - допускаемое напряжение для проката из стали 16ГС при температуре 350 °С, равное 140∙10⁶ Па, согласно ГОСТ 14249-89;

φ - коэффициент прочности стыкового сварного шва, выполняемого вручную с одной стороны, равный 0,9 по ГОСТ 14249-89.

s_p = (10⁵∙0,53)/(2∙140∙10⁶∙0,9-10,5⁵) =(4.1.2.3)

= 0,0002 м = 0,2 мм.

Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки:

с = с₁ + с₂ +с₃, (4.1.2.4)

где с₁ - прибавка для компенсации коррозийно-эрозийного износа стенки проката в рассматриваемом сечении;

с₂ - прибавка для компенсации минусового допуска по толщине стенки проката, используемого для изготовления аппарата, равная 1 мм.

с₃ - прибавка для компенсации технологического утонения стенки проката в рассматриваем сечении при изготовлении из него рассчитываемого элемента, равная нулю для цилиндрической обечайки.

Прибавку с₁ определяем по формуле:

с₁ = П∙τ, (4.1.2.5)

где П - интенсивность (скорость) корозийно-эрозийного износа стенки, равная 0,1 мм/год; τ - расчетный срок службы, равный 30 годам.

Тогда с₁ = 0,1∙30 = 3 мм. (4.1.2.6)

Таким образом, суммарная прибавка к расчетной толщине стенки:

с = 3 + 1 + 0 = 4 мм.(4.1.2.7)

Тогда толщина стенки (исполнительное значение):

s 0,2 + 4 = 5 мм.(4.1.2.8)

Принимаем исполнительную толщину стенки, равной 5 мм.

Исполнительную толщину стенки конической обечайки находим по формуле аналогичной (4.1.2.1):

s_p = (р∙D)/((2∙[σ]∙φ-p)∙cosα), (4.1.2.9)

s_p = (10,5⁵∙0,53)/((2∙140∙10⁶∙0,9-10,5⁵)∙cos10°) = (4.1.2.10)

= 0,0002 м = 0,2 мм.

С учетом прибавок, толщина будет равна так же 5 мм. Принимаем толщину обечайки во всех сечениях равной 5 мм.

Снизу аппарат закрыт плоским круглым неотбортованным днищем по ГОСТ 12622-78, приваренным непосредственно к обечайке, а сверху - коническим отбортованным с углом при вершине 120° по ГОСТ 12623-67.

4.1.3 Расчет толщины газораспределительной решетки

Рассчитаем толщину газораспределительной решетки. Номинальная расчетная толщина плоской цельной круглой решетки s' (м), опирающейся по окружности на какое-либо опорное устройство и не имеющей дополнительных опор в виде ребер, балок и т.д., определяется по формуле:

s' = 0,45∙D_р∙(p/σ_и∙φ₀)^0,5 *, (4.1.3.1)

где D_р - диаметр решетки;

σ_и - допускаемое напряжение на изгиб для материала решетки, стали 16ГС;

p - давление на решетку от силы тяжести слоя материала и массы собственно тарелки с учетом дополнительных нагрузок;

φ₀ - коэффициент ослабления решетки отверстиями.

φ₀ = (t - d)/t, (4.1.3.2)

где t - расстояние между центрами отверстий в тарелке, равное 0,15 м;

d - диаметр отверстий, равный 0,047 м по (3.5.3.33),

φ₀ = (0,15 - 0,047)/0,15 = 0,69. (4.1.3.3)

* Получена из формулы (1) табл. 26 с введением в знаменатель подкоренного выражения коэффициента φ.

Диаметр решетки принимают на 1 3% больше наружного диаметра цилиндрической обечайки:

D_р = 1,02∙ D_н, (4.1.3.4)

где D_н - наружный диаметр обечайки, равный сумме внутреннего диаметра и толщины стенки, D_н = D + 2∙s = 0,53 + 2∙0,005 = 0,54 м; (4.1.3.5)

D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);

s - толщина стенки цилиндрической обечайки, равная 0,005 м по (4.1.2.8).

D_р = 1,02∙ 0,54 = 0,55 м. (4.1.3.6)

Обычно считается, что для сталей предел выносливости при изгибе составляет, грубо говоря, половину от предела прочности:

σ_и (0,4 0,5) σ_вр, (4.1.3.7)

где σ_вр - предел прочности для стали 16ГС при температуре 350 °С, равный 140 МПа.

Так как сталь низколегированная, то выбираем нижнюю границу:

σ_и = 0,4∙140 = 56 МПа. (4.1.3.8)

Находим значение давления на газораспределительную решетку. По (3.5.3.19) масса сухой слюды, находящейся на решетке равна 71,3 кг. С учетом находящейся на решетке влаги и веса самой решетки масса будет равна более 100 кг, но так как материал частично в определенный момент времени находится во взвешенном состоянии, принимаем расчетную массу равной 100 кг. Тогда вес равен 981 Н, а давление на единицу площади газораспределительной решетки:

р = Р/S_р, (4.1.3.9)

где S_р - площадь решетки, равная 2πr², равная 1,7 м²;

р = 981/1,7 = 577 Н/м² = 0,000577 МН/м².(4.1.3.10)

Таким образом (4.1.3.1) принимает вид:

s' = 0,45∙0,55∙(0,000577/56∙0,69)^0,5 = 0,001 м.(4.1.3.11)

С учетом прибавок на компенсацию коррозийного износа, минусового допуска, влияния абразивных свойств слюды принимаем толщину газораспределительной решетки равной 5 мм. [18]

4.1.4 Расчет штуцеров и подбор фланцев

Диаметр штуцеров для входа и выхода теплоносителя рассчитываем по формуле:

d = (G/(0,785∙ρ∙ω))^0,5,(4.1.4.1)

где G - массовый расход теплоносителя, равный 0,23 кг/с по (3.5.2.19);

ρ - плотность теплоносителя, равная на входе и выходе в сушилку 0,584 и 0,944 кг/м³ соответственно по (3.5.1.2.31) и (3.5.3.2);

ω - скорость движения теплоносителя в штуцере, принятая равной 25 м/с.

Диаметр входного штуцера:

d₁ = (0,23/(0,785∙0,584∙25))^0,5 = 0,14 м.(4.1.4.2)

Диаметр выходного штуцера:

d₂ = (0,23/(0,785∙0,944∙25))^0,5 = 0,11 м.(4.1.4.3)

Рассчитываем диаметры штуцеров для подачи влажной слюды в аппарат со скорость 0,01 м/с:

d₃ = (0,056/(0,785∙2700∙0,01))^0,5 = 0,05 м,(4.1.4.4)