126172 (593202), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

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 F_в визначається за формулою:

F_в = G / у,

де G – продуктивність печі, кг/доб.; у – питоме знімання скломаси з 1 м² басейна. Залежить від температури варіння.

F_в = 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 = Р^г / (m P),

де Р^г – 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:

V_п.д. = G_п.д. / с_п.д.,

де G_п.д. – кількість продуктів дегазації в кг/кг шихти (G_п.д = 0,25 кг/кг); с_п.д. – густина продуктів дегазації (с_п.д.= 2 кг/м³).

V_п.д. = 0,25 / 2 = 0,125 м³

q_г = 0,125 · 0,95 · 0,25 · 1580 = 46,9 кДж/кг

Теплота плавлення скла, q_пл:

q_пл = 347 G_m (1 – G_п.д.) = 347 · 0,95 · (1 – 0,25) = 247,2 кДж/кг

Витрати тепла на випаровування, q_вип.:

q_вип. = 2510 · V_Н2О · G_m,

де V_Н2О – об’єм вологи, що знаходиться в шихті.

V_Н2О = G_Н2О / с_Н2О = (0,035 · 0,95) / 1 = 0,033 м³

q_вип. = 2510 · 0,033 · 0,95 = 78,7 кДж/кг

Загальні витрати тепла:

q_х = q_с + q_м + q_г + q_пл. + q_вип. = 11084,6 + 1833,8 + 46,9 + 247,2 + 78,7 = 13291,2 кДж/кг

Q₁ = 13291,2 кДж

Витрати тепла на склоутворення:

Q₂ = G_сm q_с = 0,16 · 11084,6 = 1773,5 кДж

Втрати тепла з випромінюванням крізь засипний отвір:

Q₃ = 0,0057 [(Т_г / 100)⁴ – (Т_в / 100)⁴] ц F,

де Т_г, Т_в – температура пічного простору і навколишнього повітря, ⁰К; ц – коефіцієнт діафрагмування (ц = 0,59); F – площа перетину засипного отвору, м².

Т_г = t_g + 273,

де t_g – дійсна температура, ⁰С;

Т_г = 1620 + 273 = 1893 ⁰К;

Т_в = 20 + 273 = 293 ⁰К;

Висота засипного отвору 0,2 м, довжина – 3 м. F = 0,2 · 3 0,6 м²

Q₃ = 0,0057 · [(1893 / 100)⁴ – (293 / 100)⁴] · 0,59 · 0,6 = 259 кДж

Витрати тепла з випромінюванням у влети:

Q₄ = 0,0057 [(Т_г / 100)⁴ – (Т_вл / 100)⁴] ц F_вл

Розміри влета – (2 х 0,45) м; кількість влетів – z = 5.

Отже, F_вл = (2 · 0,45) z =(2 · 0,45) · 5 = 4,5 м²

Т_вл = 1300 + 273 = 1573 ⁰К

Q₄ = 0,0057 · [(1893 / 100)⁴ – (1573 / 100)⁴] · 0,59 · 4,5 = 1017 кДж

Втрати тепла у навколишнє середовище в пічній зоні:

q = 0,001 (t_г – t_в ) F / [(1 / л) + У (у / л_і)]

q_с = q₁ G₁ G_m + q₂ G₂ G_m + ... + q_n G_n G_m,

де q₁, q₂ ...q_n – теплові ефекти утворення оксидів, які переходять у скло, кДж/кг; G₁, G₂...G_n – вагові кількості оксидів, кг/кг (із розрахунків шихти).

Сухих матеріалів на 1 кг скла:

G_m = 100 / (100 + G_б – G_п.д.),

де G_б – кількість склобою, що вводиться в шихту (30 %); G_п.д. – кількість легких продуктів дегазації (25 %).

G_m = 100 / (100 + 30 – 25) = 0,95.

q_с = 1537 · 1 · 0,95 + 952 · 7 · 0,95 + 3467 · 1 · 0,95 = 11084,6 кДж/кг

Витрати тепла на нагрів 1 кг скломаси до t_с = 1580 ⁰С при початковій температурі шихти t_п = 20 ⁰С:

q_м = С_с t_с – (G_m С_m t_п + G_б С_б t_к),

де С_с – середня теплоємкість скломаси, кДж/кг·град; С_m – середня теплоємкість шихти (0,963 кДж/кг·град); С_б – середня теплоємкість склобою (0,756 кДж/кг·град).

С_с = 0,672 · 0,00046 t_с = 0,672 · 0,00046 · 1580 = 1,399 кДж/кг·град

q_м = 1,399 · 1580 – (0,95 · 0,963 · 20 + 0,3 · 0,756 · 1580) = 1833,8 кДж/кг

Витрати тепла на нагрів продуктів дегазації до t = 1580 ⁰С:

q_г = V_п.д. G_m G_п.д. t_п.д.,

де V_п.д. – об’єм продуктів дегазації, м³/кг. V_п.д. = G_п.д. / с_п.д.

– дном – q₁ = 822,5 кДж/кг;

– стінками басейну – q₂ = 893,8 кДж/кг;

– стінками пічного простору – q₃ = 40 кДж/кг;

– зводом – q₄ = 1157,6 кДж/кг.

Q₅ = 822,5 + 893,8 + 40 + 1157,6 = 2914 кДж

Витрати тепла на охолодження електродів:

Q_е = m s,

де m – питомі тепловитрати з 1 см² електродів (35 кДж/см²); s – площа поверхні електрода, см².

s = 2 р r (r + h),

де r – діаметр електрода (5 см); h – довжина електрода (70 см).

s = 2 · 3,14 · 2,5 (2,5 + 70) = 1138,3 см²

Q₆ = 35 · 1138,3 = 39840,5 кДж

Разом витрати:

Q = 13291,2 + 1773,5 + 259 + 1017 + 2914 + 39840,5 = 59095,2 кДж

Необхідна потужність:

Р = Q К / 860,

де К – коефіцієнт запасу (приймаємо рівним 1,1).

Характеристики

Список файлов ВКР