Министерство образования и науки Российской Федерации

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

Кафедра Технологии стекла и керамики

Утверждено

научно-методическим советом

академии

«Тепловые процессы и агрегаты в технологии керамических,

силикатных и тугоплавких неметаллических материалов»

методические указания к выполнению курсового проекта

для студентов направления 240100.62 «Химическая технология», профиль подготовки 240100.62-01 Химическая технология неметаллических и силикатных материалов

Белгород 2012

УДК 666.3/.7.04

ББК 35.41

Т34

Составители: Руденко Т.С., доц.

Бельмаз Н.С., кандидат технических наук, доц.

Рецензент: Крохин В.П., кандидат технических наук, проф.

Тепловые процессы и агрегаты в технологии керамических,

Т34 силикатных и тугоплавких неметаллических материалов: Метод.

указания. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. - 54 с.

В методических указаниях представлены необходимые рекомендации по выполнению и оформлению курсового проекта по дисциплине "Тепловые процессы в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов " в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению240100.62 «Химическая технология». Методические указания предназначены для студентов с профилем подготовки 240100.62-01 Химическая технология неметаллических и силикатных материалов.

УДК 666.3/.7.04

ББК 35.41

ã Белгородская государственный

технологический университет

им. В.Г. Шухова

(БГТУ им. В.Г. Шухова), 2012

ВВЕДЕНИЕ.

Цель курсового проектирования – закрепить знания, полученные студентами на лекциях. Самостоятельно работая над курсовым проектом, студент глубже изучает закономерности и особенности осуществления процессов теплопередачи в печах, их связи с организацией сжигания топлива, движением газов в печных системах, усваивает принципы теплотехнических и аэродинамических расчетов, учится излагать литературным языком принятые в проекте решения.

При разработке курсового проекта студент должен научиться пользоваться технической, справочной и научной литературой, ГОСТами. Это расширяет кругозор студента, приобщает его к самостоятельной работе над книгой. Все проектные решения должны быть направлены на получение высококачественной продукции и эффективное использование топливно-энергетических ресурсов.

1. СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект по дисциплине «Тепловые процессы в технологии ТН и СМ» выполняется студентами на основе задания, в котором указываются тип печи, вид изделий, объем производства и некоторые дополнительные данные.

Курсовой проект состоит из расчетной и графической частей. Расчетная часть проекта выполняется в виде расчетно-пояснительной записки.

1.1. Расчетно-пояснительная записка

Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

введение;

обоснование выбора типа и конструкции печи;

конструктивный расчет;

теплотехнические расчеты;

аэродинамические расчеты;

выводы по проекту.

В конце пояснительной записки приводится список используемой литературы. Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 размером 297´210 мм. Образец оформления титульного листа приведен в прил. 1. По тексту пояснительной записки в соответствующих местах необходимо делать ссылки на использованную литературу, а также на таблицы, рисунки, чертежи, которые должны иметь номера и названия. Оформление последней выполняется согласно ГОСТ 2.105-79, ГОСТ 7-32-81 (прил. 2 – 4).

1.2. Графическая часть

Графическая часть выполняется на двух листах формата А1.

На первом листе вычерчивается температурная кривая обжига заданной продукции в координатах температура – время с указанием позиций вагонеток (секций). Под температурной кривой размещают отопительно-вентиляционную схему работы печи и продольный разрез. На втором листе вычерчивают наиболее характерные разрезы печи для зон подогрева, обжига, охлаждения и приводят схемы выбранной садки изделий на вагонетку, продольный разрез топливосжигающего устройства, систему установки роликов и т. д.

На чертеже должны быть нанесены все размеры, показаны конструкции тех элементов, которые определены в расчетно-пояснительной записке, содержаться сведения о видах выбранных огнеупоров для кладки стен, свода и пода печи, пода вагонеток и т. д.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

2.1. Введение

Во введении необходимо изложить задачи по развитию отрасли, указать роль тепловой обработки в технологии данного вида продукции, пути технического перевооружения производства на базе механизации и автоматизации процессов сушки и обжига, тесно связывая их с вопросами качества выпускаемой продукции и экологическими проблемами. Должны найти отражение мероприятия, направленные на снижение расхода топлива и энергетических ресурсов при производстве данного вида продукции.

2.2. Обоснование выбора типа и конструкции печи

В этом разделе обсуждаются достоинства и недостатки, пути усовершенствования печей для термической обработки заданного вида продукции. Для этого необходимо проработать учебную литературу, а также научно-техническую за последние 5 –10 лет. На основании проработанных литературных данных выбирается конкретный тип печи и приводится описание ее конструкции. В описании конструкции необходимо указать все особенности печи: конструктивное оформление стен и свода печи, заслонок, входной и выходной камер, вагонеток, тип толкателя, топливосжигающего устройства, их тип, системы обеспечивающие аэродинамический и газовые режимы, типы садок изделия и т.д. В этом разделе обосновываются температурный, газовый и аэродинамические режимы работы печи, обеспечивающие выпуск качественной продукции.

Излагаемый материал иллюстрируется эскизами отдельных конструктивных элементов печи, кривыми обжига и т.д.

2.3. Конструктивный расчет

В этом разделе в зависимости от задания определяют производительность печи при заданных размерах печного канала или размера обжигового канала при заданной производительности, а также выполняют расчет материального баланса процесса обжига.

Конструктивный расчет теплового агрегата выполняется согласно принятым методикам в зависимости от конструкции печи.

2.3.1. Расчет материального баланса процесса обжига

Расчет материального баланса процесса обжига производят с учетом потерь при прокаливании (п.п.п.), влажности материала, поступающего на обжиг, брака при обжиге и исходя из годовой производительности печи (заданной или рассчитанной). Если годовая производительность печи приведена в м³, шт., м² и т.д., то ее необходимо пересчитать, приведя к единицам массы (кг/год; т/год).

Материальный баланс процесса обжига составляется на час работы печи. Для периодически работающих печей он рассчитывается, как правило, на 1 цикл работы тепловой установки.

Исходными данными для расчета являются:

- часовая производительность печи Рч (кг/ч(т/ч)), которая определяется, исходя из годовой производительности Ргод (кг/год; т/год), с учетом числа рабочих дней в году Z

, (2.1)

- Z = 330 – 350 дней в зависимости от конструкции печи;

- производительность печи за один цикл Рц (для периодических печей), кг/цикл (т/цикл),

, (2.2)

где – количество циклов термической обработки, совершаемое в печи за год;

t_ц = t_обж + t_всп.оп – время одного цикла, ч;

t_обж – время термической обработки (обжига), ч;

t_всп.оп – время вспомогательных работ, связанных с разгрузкой и выгрузкой материала, ч;

- влажность изделий (материала), поступающих на обжиг W, % (0 – 8% составляет в зависимости от вида изделия);

- брак при обжиге б,% (принимается на основе норм технологического проектирования);

- химический состав изделий (материала), поступающих на обжиг, мас. % SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, п.п.п. Методика расчета изложена в подразделе 2.3.2.

Расчет массы обожженных изделий с учетом брака при обжиге Р (кг/г (т/ч)) производят следующим образом:

; (2.3)

для периодически работающих печей, кг/цикл (т/цикл):

. (2.4)

Брак при обжиге составляет при этом кг/г (т/ч) или кг/цикл (т/цикл) соответственно.

Р – Рч,

или

Р – Рц .

Расчет массы абсолютно сухих изделий Рс производят с учетом потерь при прокаливании (п.п.п), кг/ч (кг/цикл):

, (2.5)

а потери массы при обжиге составляют, кг/ч (кг/цикл):

Рс – Р.

Масса влажных изделий равна, кг/цикл (кг/цикл),:

, (2.6)

а количество испаряемой влаги при обжиге, кг/цикл (кг/цикл):

Рвл – Рс.

Материальный баланс процесса обжига удобно представлять в виде таблицы (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Материальный баланс процесса обжига

2.3.2. Расчет химического состава шихты и готовых изделий

Химический состав изделий (материала) можно рассчитать по их шихтовому составу, зная химический состав сырья, входящего в шихту. Химический состав сырья, применяемого в керамической промышленности, приведен в прил. 5, а типовые составы масс для производства различных видов керамических изделий – в прил. 6.

Исходными данными для расчета химического состава шихты и готовых изделий служат: шихтовой состав массы и химический состав исходных сырьевых материалов, приведенный к 100 %.

Для определения химического состава шихты (непрокаленное состояние) рассчитывают количество оксидов, вводимых в массу с каждым компонентом, а затем их содержание суммируют по каждому оксиду. Химический состав готовых изделий (прокаленное состояние) находят путем умножения содержания каждого оксида массы на коэффициент К, равный:

К= , (2.7)

где п.п.п. – потери при прокаливании шихты, %.

Пример расчета. Дан шихтовой состав массы для производства санитарных керамических изделий и химический состав исходного сырья (табл. 2.2). Требуется рассчитать химический состав шихты (непрокаленное состояние) и химический состав готовых изделий (прокаленное состояние).

Ход расчета. Определяем количество оксидов, вводимых с каждым компонентом. Например, с каолином (его содержание в шихте 30%) в шихту будет введено SiO₂ , %

45,88·0,30 = 13,76

и т. д. для каждого компонента. Данные вносим в табл. 2.3. Аналогично расчет производится по каждому компоненту шихты (т.е. глине, полевому шпату и т.д.) и данные заносятся в табл. 2.3. Далее содержание оксидов суммируется, т.е. для SiO₂ , %: 13,76 + 11,37 + 16,06 + 19,84 + 4,28 = 65,31 и т.д. для каждого оксида, суммируются и п.п.п., вносимые каждым компонентом шихты. Результаты заносятся в табл. 2.3 (химический состав шихты). Химический состав готовых изделий рассчитываем путем умножения содержания каждого оксида (на непрокаленное состояние) на коэффициент К, равный,:

К= = 1,0625,

где 5,88 – потери при прокаливании шихты.

Например, для SiO₂, %: 65,31·1,0625 = 69,38

и т.д. для каждого оксида (табл. 2.3 – химический состав готовых изделий).

2.4. Теплотехнический расчет

Теплотехнические расчеты включают в себя расчет горения топлива, тепловой баланс зон подогрева и обжига (теплопотребляющих зон), тепловой баланс зоны охлаждения, расчет технико-экономических показателей работы печи.

В расчетах по горению топлива определяют: его теплотворную способность; коэффициент избытка воздуха, исходя из максимальной температуры обжига; теоретический и действительный расходы воздуха, необходимые для горения; температуру подогрева последнего при условии его подогрева; количество и состав продуктов горения (теоретический и действительный), делают проверочный расчет теоретической и действительной температур горения. Расчеты по горению топлива приведены в подразд. 2.4.1.

В результате теплотехнического расчета печи определяют расход топлива для обеспечения необходимой температуры в печи и объем воздуха, требуемый для охлаждения изделий до заданной температуры. Методики теплотехнических расчетов тепловых агрегатов различной конструкции изложены в литературных источниках. Для определения необходимого расхода топлива в печи составляют тепловой баланс ее теплопотребляющих зон (зоны подогрева и обжига). Требуемый расход воздуха для охлаждения обоженных изделий рассчитывают из теплового баланса зоны охлаждения печи.

Приблизительную оценку теплоемкости керамических материалов производят по их химическому составу, пренебрегая соединением оксидов в силикаты, шпинели и другие соединения. Пример расчета эффективной теплоемкости и требуемые для этого данные приведены в подразд. 2.4.2.

Заканчивается этот раздел расчетами удельного расхода топлива и тепла на обжиг материала, определением коэффициента полезного действия печи и т.д.

Расход натурального топлива (В, нм³/ч, кг/ч) в условное (Вусл) пересчитывается по формуле, кг/условного топлива/единица продукции:

, (2.8)

где – низшая теплотворная способность натурального топлива, кДж/нм³ (кДж/кг);

Рч – часовая производительность печи, единица продукции/ч

или В усл, %:

, (2.9)

где – часовая производительность печи, кг/ч.

Коэффициент полезного действия печи η, %, представляет собой отношение полезно затраченного тепла на технологические процессы Qтех, к количеству тепла, выделившемуся при горении топлива Qгор:

, (2.10)

где Qм – теплота, затраченная на нагрев материала до максимальной температуры обжига, кДж/ч (кДж/цикл);

Qисп – тепло, затраченное на испарение физической влаги из поступающего в печь материала, кДж/ч (кДж/цикл);

Qх – тепло, затраченное на химические процессы, протекающие

в материале, кДж/ч (кДж/цикл).

2.4.1. Расчет горения топлива

Расчет горения топлива необходим для того, чтобы правильно выбрать дутьевые и тяговые устройства к печи, обеспечивающие нормальный процесс горения, движения дымовых газов и необходимый температурный режим в рабочем пространстве печи. Составы различного вида топлива приводятся в прил. 9 – 11. Если для газообразного топлива состав дается на сухой газ, а для жидкого и твердого на горючую массу, то необходимо провести перерасчет всех составляющих на рабочую массу.

Перерасчет производится по следующим формулам:

для газообразного топлива, %

, (2.11)

где – содержание метана в рабочем топливе, %; – содержание метана в сухом топливе, %; W^P – содержание влаги в рабочем топливе, %;

для твердого и жидкого топлива, %

, (2.12)

где C^P, C^Г – содержание углерода в рабочей и соответственно в горючей массе топлива, %; W^P – содержание влаги в топливе, %; А^Р – содержание золы в топливе, %.

По аналогичным формулам пересчитываются остальные составляющие топлива. Обычно содержание влаги в природном газе составляет 0,5 – 1,5%, в мазуте – 2 – 4%.

Теплота сгорания газообразного топлива определяется как сумма произведений тепловых эффектов горения составляющих газа на их количество ( и т.д.), выраженное в объемных процентах, для природного газа, кДж/нм³

(2.13)

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется по формуле Д. И. Менделеева, кДж/кг

= 339С^Р+ 1030Н^Р – 108,9(О^Р – S^P) – 25W^P, (2.14)

где С^Р, Н^Р, О^Р, S^P,W^P – составляющие элементы рабочего топлива, мас. %.