Установка для переработки отходов слюдопластового производства (стр. 17 из 21)
У плоского приварного фланца втулка цилиндрическая, fф = 1, так как s1/ s0 = 1, D* = D = 0,92 м, так как D > 20∙s0 (0,92 м > 20∙0,007 = 0,14 м).
Безразмерный параметр:
Tф = (Dн2∙(1 + 8,55∙lg(Dн/D)) - D2)/ (4.1.5.3.8)
/((1,05∙D2 + 1,945∙Dн2)∙(Dн/D - 1)),
Tф = (1,1362∙(1 + 8,55∙lg(1,136/0,92)) - 0,922)/ (4.1.5.3.9)
/((1,05∙0,922 + 1,945∙1,1362)∙(1,136/0,92 - 1)) = 0,78.
Таким образом, (4.1.5.3.7) принимает вид
σ0 = 1∙0,78∙0,0129∙0,99/(0,92∙(0,007 - - 0,001)2) = 301 МПа. (4.1.5.3.10)
Находим напряжения во втулке от внутреннего давления. Тангенциальное
σt = pр∙D/(2∙(s0 - c)), (4.1.5.3.11)
σt = 0,105∙0,92/(2∙(0,007 – 0,001)) = 7,7 МПа; (4.1.5.3.12)
σm= pр∙D/(2∙(s0 - c)), (4.1.5.3.13)
σm = 0,105∙0,92/(2∙(0,007 – 0,001)) = 3,85 МПа.(4.1.5.3.14)
Проверяем условие прочности для сечения, ограниченном размером s0 = 7 мм.
((σ0 + σm)2 + σt2 - (σ0 + σm)∙σt)0,5 < φ[σ]0,(4.1.5.3.15)
((301 + 3,85)2 + 7,72 - (301 + 3,85)∙ 7,7)0,5 < φ[σ]0, (4.1.5.3.16)
301 МПа < 0,9∙540 = 486 МПа,(4.1.5.3.17)
где [σ]0 = 0,003∙Е = 0,003∙1,8∙105 = 486 МПа;
φ - коэффициент прочности сварных швов, равный 0,9.
Окружное напряжение в кольце фланца находим по формуле:
σк = М0∙(1 - ν∙(1 + 0,9∙λ'ф))∙ψ2/(D∙h2ф),(4.1.5.3.18)
σк = 0,0129∙(1 - 0,99∙(1 + 0,9∙0,002))*(4.1.5.3.19)
*16,9/(0,92∙0,0242) = 4,1 МПа.
Условие герметичности фланцевого соединения:
θ = (σк/Е)∙(D/hф) < [θ],(4.1.5.3.20)
где θ - угол поворота фланца;
[θ] - допускаемый угол поворота плоского фланца, равный 0,013 рад.
θ = (4,1/1,8∙105)∙(0,92/0,024) = (4.1.5.3.21)
= 0,001 < [θ] = 0,013 рад.
Таким образом, условие герметичности выполняется, следовательно, расчет фланцевого соединения считаем законченным. [19]
4.1.6 Расчет укрепления отверстий
Корпус аппарата снабжен необходимым количеством штуцеров для подключения его к технологической линии. Отверстия не только уменьшают несущую площадь материала корпуса, механически ослабляя конструкцию, но и вызывают высокую концентрацию напряжений вблизи края отверстия.
Необходимо снизить повышенные напряжения в области отверстий до допускаемых значений за счет компенсации ослабления, вызванного наличием выреза.
Сначала проверим выполнение условия укрепления одиночных отверстий.
Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:
d0 = 2{[(s - c)/sp - 0,8]
- c},(4.1.6.1)где s - исполнительная толщина обечайки, равная 5 мм по (4.1.2.8);
sp - расчетная толщина стенки, равная 0,2 мм по (4.1.2.3);
c - суммарная прибавка к расчетной толщине, равная 4 мм (4.1.2.7);
D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29).
Таким образом,
d0 = 2{[(5 - 4)/0,2 - 0,8]
-(4.1.6.2)- 4∙10-3} = 0,185 м = 185 мм
Диаметры вырезов в корпусе под штуцеры
d1 = 0,14 м по (4.1.4.2)
d2 = 0,11 м по (4.1.4.3)
d3 = 0,05 м по (4.1.4.4) меньше d0, следовательно их можно не укреплять. [19]
4.1.7 Расчет тепловой изоляции
В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит - наиболее распространенный асбесто-магнезиальный материал (85% магнезии + 15% асбеста).
Сырьем для производства совелита служат доломит и асбест. Совелит применяют для тепловой изоляции, материал способен выдерживать температурную нагрузку до +500 °С. Коэффициент теплопроводности совелита λи = 0,08 Вт/м∙К.
Принимаем температуру наружной поверхности стенки tст = 50 °С, температуру окружающей среды tв = 20 °С, тогда толщина слоя изоляции:
δи = [λи∙(tб - tст)]/[αв∙(tст - tв)], (4.1.7.1)
где αв - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду;
tб – температура стенки аппарата без изоляции, равная 300 °С.
aв = 8,4 + 0,06∙(tст - tв) = (4.1.7.2)
= 8,4+0,06∙(50 - 20) = 10,2 Вт/м2×К.
Таким образом, формула (4.1.6.1) принимает вид:
dи = [0,08∙(300 - 50)]/[10,2∙(50 - 20)] = 0,06 м. (4.1.7.3)
Принимаем толщину слоя тепловой изоляции равной 60 мм. При такой толщине изоляция будет весить примерно 400 кг.
4.1.8 Расчет опор аппарата
В качестве опор выбираем опорные лапы подвесных аппаратов. Находим массу аппарата.
Масса цилиндрической обечайки:
Go = 0,785∙(Dн2 – D2)∙Н∙rст, (4.1.8.1)
где Dн - наружный диаметр обечайки, равный сумме внутреннего диаметра и толщины стенки, 0,53 + 0,005 + 0,005 = 0,54 м;
D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);
Нц - высота цилиндрической части аппарата, равная 2 м;
rст - плотность стали, равная 7800 кг/м3.
Go = 0,785∙(0,542 – 0,532)∙2∙7800 = 131 кг. (4.1.8.2)
Масса плоского днища:
Gпд = 0,785∙D2∙s∙rст, (4.1.8.3)
где s - толщина днища, равная 5 мм.
Gпд = 0,785∙0,532∙0,005∙2700 = 3 кг.(4.1.8.4)
Масса конической крышки с диаметром DH= 920 мм равна 35,9 кг по ГОСТ 12620-78.
Масса конической обечайки с углом при вершине 20° и высотой 1,1 м равна 100 кг.
Принимаем массу вспомогательного оборудования (загрузочное и разгрузочное устройства, фланцы, штуцера, газораспределительная решетка) 30% от массы основных частей аппарата, тогда полная масса аппарата:
Ga = 1,3∙(Go + Gк +Gпд + Gкд), (4.1.8.5)
Ga = 1,3∙(131 + 100 + 3 + 35,9) = 351 кг. (4.1.8.6)
Тогда вес аппарата с учетом веса теплоизоляции будет равен 7367 Н.
Принимаем, что аппарат установлен на четырех опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:
Роп = 7367/4 = 1842 Н.(4.1.8.7)
Принимаем опоры по ГОСТ 26296-84 с допускаемой нагрузкой 0,0063 МН.
5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ
Установка для переработки отходов слюдопластового производства может быть полностью автоматизирована. В данной части дипломной работы подробно рассмотрена автоматизация сушилки кипящего слоя и вспомогательного оборудования.
При автоматизации сушки в кипящем слое основным показателем процесса является температура в слое, и только в случае крупных установок, когда температура по высоте слоя меняется, лучше в качестве такого показателя брать температуру сушильного агента не выходе, которая соответствует средней температуре материала в слое. Регулирующие воздействия при стабилизации температур могут осуществляться изменением расхода влажного материала или сушильного агента, а также изменением температуры последнего. Более предпочтителен первый вариант, так как изменение параметров сушильного агента можно производить только в определенном, довольно узком диапазоне (температуры - ввиду терморазложения материала, расхода - вследствие повышенного уноса частиц с сушильным агентом). Первый способ предполагает наличие между сушилкой и предыдущим технологическим процессом промежуточного бункера с определенным запасом материала. Для предотвращения сводообразования и зависания материала в бункере предусматривают автоматические устройства, которые осуществляют встряхивание через определенные промежутки времени.
Нормальная работа сушилок КС возможна только при определенной высоте кипящего слоя, с целью поддержания заданного значения этого параметра стабилизируется гидродинамическое сопротивление слоя, т. е. перепад давлений до и после решетки, воздействием на вариатор электродвигателя питателя сухого материала. Можно регулировать перепад давлений и изменением расхода сушильного агента, однако при этом температура в кипящем слое будет сильно колебаться.
Кроме этих регуляторов предусматриваются стандартные узлы регулирования разрежения, начальной температуры сушильного агента, его расхода, соотношения расходов топлива и первичного воздуха.
При сушке, выпаривании, обжиге и других процессах в качестве теплоносителя часто используют топочные газы, получаемые в толках и результате сжигания топлива. В зависимости от требований, предъявляемых к топочному газу, в промышленности используют топки разных конструкций. Наиболее простой является топка с инжекционными горелками, её схема приведена на рисунке 5.1(а). Расход топлива в этом случае изменяется в зависимости от температуры (или какого-либо другого параметра) того процесса, в котором используют полученные топочные газы. Соотношение расходов топлива и воздуха, подсасываемого из атмосферы, поддерживается постоянным за счет изменения инжекционной способности горелки при изменении расхода топлива. Температуру топочных газов сразу после топки регулируют изменением расхода вторичного воздуха.
При использовании горелок с принудительной подачей первичного воздуха (схема приведена на рисунке 5.1(б)) возникает необходимость в регуляторе соотношения топливо - первичный воздух.
В отдельных случаях разбавляющий воздух подается одновременно в охлаждающую рубашку топки и в смесительную камеру. Расход вторичного воздуха при такой технологии изменяется в зависимости от температуры во внутренней футеровке топки или температуры в топке вблизи футеровки, а расход третичного воздуха - от температуры после смесительной камеры.
В данном случае используем горелку с принудительной подачей первичного воздуха.
Рисунок 5.1. Схемы регулирования топок: а - с инжекторной горелкой; б - с принудительной подачей первичного воздуха; 1 - топка; 2 - смесительная камера; 3 - технологический аппарат (сушилка КС); 4 - инжекторная горелка
С учетом всего раньше сказанного на рисунке 5.2 приведена схема регулирования процесса в сушилках с кипящим слоем.
