Расчёт барабанной вращающейся печи

Cодержание

 

1 Расчёт барабанной вращающейся печи………………………………...3

1.2 Конструкция барабанной  вращающейся печи……………………….4

2 Материальный расчет………………………………………………..5

3 Тепловой расчет……………………………………………………...6

4 Конструктивный расчет…………………………………………………10

5 Прочностной расчет……………………………………………………….11

6 Литература………………………………………………………………..31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчёт барабанной вращающейся печи

Таблица 1 – Данные для расчета реактора кипящего слоя

 

Производительность по Мо, кг/час	7.5
Давление в аппарате, МПа	0,1
Извлечение  Мо из материала %	99
Содержание Fe % мас.	1
Температура F2, Ar, °C	25
Температура Мо C°	25
Диаметр частиц, мм	1

 

 

1.2 Конструкция барабанной вращающейся печи

 

Конструкция барабанной печи состоит из барабана, наклоненного к горизонту под углом 5⁰ для обеспечения возможности продвижения материала внутри печи от камеры загрузки к камере выгрузки.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор с помощью венцовой шестерни, установленной непосредственно на барабане.

Для передачи давления от масс всех вращающихся частей аппарата барабан снабжен бандажами, которые  опираются на опорные ролики опорных  станций. Для предотвращения перемещения  наклоненного барабана служат упорные  ролики опорно-упорной станции.

Загрузка исходного материала происходит с помощью шнекового питателя, приводимого во вращение электродвигателем через редуктор.

 

Рисунок 1.1 – Конструкция барабанной сушильной печи

 

2 Материальный расчет

Материальный расчет  ведем на основании закона сохранения массы веществ, то есть масса вещества поступившего в реакцию соответственно равна массе вещества, которая получается в результате этой реакции:

 

;

 

где G_исх. – количество реагентов, поступивших в аппарат в единицу времени, кг/час;

       G_прод. – количество продуктов, удаляемых из аппарат в единицу времени, кг/час.

Процесс фторирования выглядит следующим образом:

 

;                        

 

Исходные данные для расчета:

1.Состав газа, поступающего печь состоит:

F₂=50% , об ; Ar=50% , об.

Избыток фтора 20%.

Производительность по Мо составляет:

 

 

Содержание Fe составляет:

 

Рассчитаем реакции фторирования:

 

.

Определяем молекулярные массы реагентов:

 

Производительность по MoF₆

 

Производительность по F₂

 

Производительность по FeF₃

 

Производительность по F₂

 

                       

 

 

Производительность по Ar

 

                            

Таблица 2 – Материальный баланс процесса получения МоF₆

 

Приход			Расход
Статьи	Кг/ч	%	Статьи	Кг/ч	%
1. Mo	7.5	25.5	1. MoF6	16.406	56
2. Fe	0.076	0.5	2. FeF3	0.153	1
3.  F2	10.76	37	3. F2 ост	1.781	6
4. Ar	10.76	37	4. Ar	10.76	37
Итого:	29.096	100	Итого:	29.096	100

3 Тепловой  расчет

Тепловой баланс проводим по закону сохранения энергии. В соответствии, с которым, в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна.

Расчет тепловых потоков проводится на основании уравнения теплового  баланса, которое запишется в общем виде:

 

∑Q_прих+Q_р +Q_нагр= ∑Q_расх..+Q_потери+Q_{охл, .}                                  

 

где Q_прих – это количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами, кВт;

        Q_расх. – это количество тепла, уносимые из аппарата, продуктами реакции, кДж/час;

        Q_р – тепловой эффект реакции, кВт;

        Q_охл, - тепло, которое снимается путем охлаждения, кВт;

        Q_потери – потери тепла в окружающую среду, кВт.

        Q_{ф.п. -} тепло, которое затрачивается на фазовый переход, кВт.

Тепло, вносимое, уносимое i – компонентом рассчитывается по формуле:

 

                                            

 

где m_i – масса i – компонентом

       c_i – теплоемкость i – компонента при данной температуре;

       t_i – температура i – компонента;

       M_i – молекулярная масса i – компонента.

Рассчитаем количество тепла, которое приходит в реактор вместе с исходными компонентами.

Исходные данные для  расчета:

1. F₂, Ar поступают в реактор при t=25°C;
2. Mo и Fe поступают при t=25°C;
3. Температура реакции фторирования 300 ^оС;
4. Температура МоF₆ и газа на выходе t=300°C;
5. Температура огарка(FeF₃) t=300°C.

В таблице 3 представлены уравнения теплоемкости веществ.

Таблица 3 – Теплоемкости веществ

Вещество	Теплоёмкость с,Дж/(моль*K)
Mo	23.93
F2	31.34
Ar	20.79
Fe	58.59
MoF6	120.57
FeF3	91

 

Стадия 1

Рассчитываем тепло  затрачиваемое на электронагрев материалов до температуры протекания процесса (300°С)

Вт

Тепловые потери от электронагревателей принимаем 20%

Тогда:

Стадия 2

Приход:

 

   .                                  

 

с Мо при температуре 25°C

 

с F₂ при температуре 25°C

 

 

с Ar при температуре 25°C

 

с Fe при температуре 25°C

Тепловой эффект реакции

 

                                        

 

где ΔΗ_ip – тепловой эффект реакции при температуре процесса 300град. Из термодинамических данных тепловой эффект реакции при данной температуре составляет ΔΗ_ip = -1553 кДж/моль.

 

           

 

Тогда                                                        

 

                

Расход:

 

                         

 

с МоF₆г при температуре 300°C

 

 

с FeF₃  при температуре 300°C

 

 

с F₂ при температуре 300°C

 

с Ar при температуре 300°C

 

 

 

Тогда

 

кВт.

 

Тепло, которое снимается за счет охлаждения рассчитываем как

 

        (3.14)

 

По результатам расчета  составляем таблицу теплового баланса.

 

Таблица 3.4 – Тепловой баланс процесса получения МоО₃

 

Приход			Расход
Статьи	кВт		Статьи	кВт
1 Qприх	0.116		1 Qрасход	2
1.1 QMo	0.013		1.1Q MoF6г	0.785
1.2 QF2	0.061		1.2 QFeF3	0.010
1.3 QAr	0.041		1. 3Q F2	0.739
1.4 QFe	0.00055		1.4 QAr	0.466
2 Qреакции	33.7		2 Qпотерь	0.748
3 Qнагр	4.492		3 Qохл.	35.56
Итого:	38.308		Итого:	38.308

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Конструктивный расчет

 

Целью конструктивного  расчёта является определение основных размеров барабанной вращающейся печи, а именно: диаметра и длины барабана, скорость вращения двигателя.

 

Основные размеры можно определить двумя способами.

 

1 способ

По заданной производительности:

 

где  – производительность печи, кг/ч;

 – время пребывания материала  в аппарате, с;

 – коэффициент заполнения;

 – средняя плотность материала,  кг/м³.

Выразим объем барабана печи и соотношения длины и  диаметра:

Принимаем L/D=10, тогда

2 способ

По эмпирическим формулам:

где – суточная производительность, тонны/сутки.

Учитывая 1 и 2 способы  принимаем D=0,255м, L=1.7м.

 

Скорость  вращения барабана можно определить по формуле:

Диаметры патрубков  рассчитываются на основании уравнения  расхода по формуле:

где V – объемный расход жидкости или пара, м³/с;

 w – скорость потока, м/с.

Диаметр патрубков  для воздуха:

 

Принимаем d_{вых.возд} = 0,2м Диаметр патрубка для выхода материала принимаем равным 0,3м. Диаметр смотрового окна принимаем равным 0,2м, диаметр патрубка для подвода материала выбираем по диаметру шнека.

 

 

5 Прочностной расчет

 

5.1 Расчет барабана

Схема распределения нагрузки на барабан  показана на рисунке 4.2.

Барабан представляет собой  балку постоянного сечения длиной L=8 м с действующей на нее постоянной по всей длине распределенной нагрузкой. Балка установлена на опорах, расстояние между которыми принимаем равным l₂=7,5 м. Расстояние от края барабана до опорного бандажа (опора В) l₃=0,5 м, от упорного бандажа до венцовой шестерни l₁=0,5 м. Нагрузка от венцовой шестерни P=23 кН.

 

Рисунок 4.2 – Распределение нагрузки на барабан

 

5.1.1 Расчет барабана на прочность