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

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

 

Витрати тепла з випромінюванням у влети:

Q4 = 0,0057 [(Тг / 100)4 – (Твл / 100)4] ц Fвл

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

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

Твл = 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 (tг – tв ) F / [(1 / л) + У (у / лі)]

qс = q1 G1 Gm + q2 G2 Gm + ... + qn Gn Gm,

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

Сухих матеріалів на 1 кг скла:

Gm = 100 / (100 + Gб – Gп.д.),

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

Gm = 100 / (100 + 30 – 25) = 0,95.

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

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

qм = Сс tс – (Gm Сm tп + Gб Сб tк),

де Сс – середня теплоємкість скломаси, кДж/кг·град; Сm – середня теплоємкість шихти (0,963 кДж/кг·град); Сб – середня теплоємкість склобою (0,756 кДж/кг·град).

Сс = 0,672 · 0,00046 tс = 0,672 · 0,00046 · 1580 = 1,399 кДж/кг·град

qм = 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:

qг = Vп.д. Gm Gп.д. tп.д.,

де Vп.д. – об’єм продуктів дегазації, м3/кг. Vп.д. = Gп.д. / сп.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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14