Расчет участка приготовления шихты

Расчет участка приготовления шихты

Расчет участка приготовления шихты

1. Выбор марки стекла, его характеристики

ПС5

Показатель преломления n_e (n_D) = 1, 677

Поправка на отражение (Dρ_m) = 0, 055

Группа: - устойчивости к влажной атмосфере A

кислотоустойчивости 2

Оптический коэффициент напряжения 2, 10 В·10^12, Па^-1

Пузырность: - среднее число пузырей в 1 кг стекла 100

среднее число пузырей в 100 см³ стекла 40, 9

наименьший диаметр пузыря 0, 05 мм

Плотность ρ = 4, 09 г./см³

Состав стекла

2. Роль оксидов в стекле

Si₂O - оксид кремния, стеклообразователь. Основной компонент силикатных оптических стекло - кремнезем. Применяют в виде кварцевого песка, молотого жильного кварца (муки) и может быть в виде синтетической двуокиси кремния (тонкопластинчатые крупные частицы). Влияние на свойства: увеличивает время варки, улучшает механические и химические характеристики, повышение термостойкость, снижает ТКЛР, увеличивает склонность к кристаллизации.

PbO - повышает плотность стекла, увеличивает показатель преломления, что придает стеклу блеск, «игру цвета», кроме того, снижает твердость стекла, что позволяет механически нарезать грани на хрустале. Облегчает процесс стеклообразования за счет высоких поляризационных свойств. Свинецсодержащие расплавы агрессивно действуют на огнеупоры, что уменьшают кампанию печи.

K₂O - щелочной оксид, снижает температуру варки стекла за счет того, что разрывает Si - O каркас стекла, благодаря чему уменьшается размер частиц, что способствует плавлению сырьевых материалов, снижению вязкости стекломассы и образованию однородного стекла.

Mn₂O₃ - ионный краситель. Для стекол, сваренных в умеренных условиях окисления, устанавливается равновесие, которое в значительной степени смещается в пользу Mn⁺³. Ион Mn⁺³ окрашивает стекло в слабо розовый цвет (фиолет. - 3% Mn₂O₃; черный - 12-20% Mn₂O₃).

Выбор сырьевых материалов производится по нормативным документам: ГОСТам, ОСТам, и ТУ.

. Si₂O вводим двуокисью кремния. Кремния двуокись, кремния (IV) окись; ТУ 6-09-3379; Ос. ч. 12-4; массовая доля основного вещества не менее 99,9%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 5·10^-5, MnO₂ = 0.5·10^-5, CuO = 0.5·10^-5, Cr₂O₃ = 0.5·10^-5, NiO = 0.5·10^-5, CoO = 0.2·10^-5; массовая доля потерь при прокаливании не более 2,0%.

Янковское месторождение, Тверская область.

. PbO вводим свинцовым суриком. Свинцовый сурик, Pb₃O₄; ГОСТ 19151; М-4; массовая доля Pb₃O₄ в пределах 74.05 - 83.0%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 200·10^-5.

ООО «Сибхимнефть» Иркутская область г. Ангарск.

. K₂O вводим калиевой селитрой. Калий азотнокислый, KNO₃; ТУ 6-09-354; Ос. ч. 7-4 для оптического стекла; массовая доля на сухое вещество 99.8%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 1·10^-5, MnO₂ = 5·10^-5, CoO = 0.5·10^-5.

ООО «Сибхимнефть» Иркутская область г. Ангарск.

. Mn₂O₃ вводим калием марганцовокислым. Калий марганцовокислый, KMnO₄; ГОСТ 20490; Ч. д. а.; массовая доля основного вещества не менее 99,5%; массовые доли красящих и прочих примесей: MnO₂ = 10000·10^-5.

3. Расчет состава шихты

1.      Приведение химического состава к стопроцентному

,

где P_i - содержание компонента по анализу, мас.%;

Σ P_i - суммарное содержание компонентов по анализу, мас.%.

Psio₂ =  мас.%

PPbO =  мас.%

PK₂O =  мас.%

PMn₂O₃ =  мас.%

ΣР = 100 мас.%

2.      Пересчет состава сырьевых материалов на безугарный

Pb₃O₄ → 3PbO + Ѕ O₂↑

 мас. ч. Pb₃O₄ дают  мас. ч. PbO, а 75 мас.% Pb₃O₄ дают x мас.% PbO.

Содержание PbO в Pb₃O₄ равно

 мас.%

Следовательно, химический состав свинцового сурика, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксида PbO = 73.24 мас.%.

2KNO₃ →K₂O + N₂↑ + 2.5O₂↑

 мас. ч. KNO₃ дают  мас. ч. K₂O, а 99.8 мас.% KNO₃ дают x мас.% K₂O.

Содержание K₂O в KNO₃ равно

 мас.%

Следовательно, химический состав калия азотнокислого, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксида

K₂O = 46.44 мас.%.

2KMnO₄→Mn₂O₃ + K₂O +2O₂↑

 мас. ч. KMnO₄ дают  мас. ч. Mn₂O₃ и  мас. ч. K₂O, а 99.5 мас.% KMnO₄ дают x мас.% Mn₂O₃ и K₂O.

Содержание Mn₂O₃ в KMnO₄ равно

 мас.%

Содержание K₂O в KMnO₄ равно

 мас.%

Следовательно, химический состав калия марганцовокислого, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксидов

Mn₂O₃ = 49.72 мас.% и K₂O = 29.62 мас.%.

3.      Химический состав выбранных сырьевых материалов

Хим. состав сырьевых материалов после пересчетов

Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:

KPbO = 1.14 KK₂O = 1.12

Количество каждого сырьевого материала в шихте:

,

где - количество сырьевого материала в шихте, мас. ч.;

 - заданное содержание оксида в стекле, мас.%;

- поправочный коэффициент на улетучивание оксида при варке;

- содержание заданного оксида в сырьевом материале, мас.%.

Количество кремния двуокиси в шихте

 мас. ч.

С вычисленным количеством кремния двуокиси в стекло вводится

 мас. ч. Mn₂O₃

 мас. ч. Fe₂O₃

 мас. ч. CuO

 мас. ч. Cr₂O₃

 мас. ч. NiO

 мас. ч. CoO

Количество свинцового сурика в шихте

 мас. ч.

С вычисленным количеством свинцового сурика в стекло вводится

 мас. ч. Fe₂O₃

Количество калия азотнокислого в шихте

мас. ч.

С вычисленным количеством калия азотнокислого в стекло вводится

мас. ч. Mn₂O₃

 мас. ч. Fe₂O₃

Количество калия марганцовокислого в шихте

 мас. ч.

С вычисленным количеством калия марганцовокислого в стекло вводится

 мас. ч. K₂O

Количество оксидов, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом

,

где  - количество оксидов, переходящих в стекло из каждого сырьевого материала последовательно, мас.%;

- содержание оксидов последовательно в каждом сырьевом материале, мас.%;

- поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов.

С кремнием двуокиси в стекло переходит:

Psio₂ =  мас. ч.

PMn₂O₃ =  мас. ч.

PFe₂O₃ =  мас. ч.

PCuO =  мас. ч.

PCr₂O₃ =  мас. ч.

PNiO =  мас. ч.

PCoO =  мас. ч.

Со свинцовым суриком в стекло переходит:

PPbO =  мас. ч.

PFe₂O₃ =  мас. ч.

С калий азотнокислым в стекло переходит:

PK₂O =  мас. ч.

PMn₂O₃ = мас. ч.

PFe₂O₃ =  мас. ч.

С калий марганцовокислым в стекло переходит:

PMn₂O₃ =  мас. ч.

PK₂O =  мас. ч.

Расчетный состав стекла

Сумма компонентов в расчетном химическом составе стекла оказалась выше 100 за счет вхождения в стекло примесей и красителей. Теоретический состав стекла получаем путем пересчета расчетного состава:

,

где  - содержание заданных и примесных оксидов в теоретическом составе стекла, мас.%;

- суммарное количество компонентов в расчетном составе стекла, мас. ч.

Σрасч - суммарное количество компонентов в расчетном составе стекла, мас. ч.

Сравниваем между собой заданный, расчетный и теоретический составы.

                Заданный                Расчетный                          Теоретический

SiO₂                     39.46                            39.45                                   39.44

PbO              55.52                            55.5                                     55.49

K₂O              4.93                              4.978                                    4.977₂O₃                0.09                              0.09                                      0.089₂O₃                  2.265·10^-5                               2.264·10^-5             0.197·10^-5                   0.196·10^-5₂O₃                   0.197·10^-5                    0.196·10^-5

NiO               0.197·10^-5                  0.196·10^-5             0.079·10^-5                               0.079·10^-5

Σ                   100                               100.018                                       100

Корректировка состава шихты:

,

где  - откорректированные количества сырьевых материалов шихты, мас. ч. на 100 мас. ч. стекла;

- количество сырьевого материала в шихте, мас. ч.

мас. ч.

 мас. ч.

 мас. ч.

 мас. ч.

мас. ч. на 100 мас. ч. стекла

Состав шихты, мас. ч. на 100 мас. ч. стекла:

Кремния двуокись 39.48

Свинцовый сурик 86.4

Калий азотнокислый 11.88

Калий марганцовокислый 0.18

Итого 137.94

По результатам расчета шихты определяются важные с технологической точки зрения показатели: выход стекла при стеклообразовании и угар шихты. Выход стекла при стеклообразовании B определяется из пропорции

Q мас. ч. шихты дают 100 мас. ч. стекла

мас. ч. шихты дают B мас. ч. стекла, тогда

Угар шихты Y вычисляют по выражению

4. Расчет производственной программы составного цеха

Варка стекломассы производится в 80 платиновых сосудах, объемом V=300 л. Загрузка шихты осуществляется 100% от общего объема тигля.

Годовое количество навариваемой шихты определяется по формуле

,

где S - годовое количество навариваемой шихты, т/год;

Е - годовое потребление шихты, т/год;

δ - возвратный бой (20% от Е).

,

где Т_н - номинальный фонд рабочего времени, сут.;

П - производительность стекловаренного цеха.

 т/год

т/год

т/год.

Производственная мощность составного цеха вычисляется по формуле

,

где Ш - производственная мощность составного цеха, т/год;

Q - количество шихты, мас. частей на 100 мас. частей стекломассы, получаемое при расчете шихты.

 т/год

т/сут.

Определяем годовую потребность в обработанных сырьевых материалах

,

где К₁ - годовая потребность в обработанном кремнии двуокиси, т/год;

К - количество кремния двуокиси в шихте, мас. частей на 100 мас. частей стекла.

 т/год

 т/год

Годовой расход сырьевых материалов с учетом складской влажности определяется по формуле

,

где  - складская влажность сырьевых материалов.

 т/год

Суточный расход сырьевых материалов со склада:

 т/сут

Часовой расход сырьевых материалов:

т/час

Удельный расход шихты на 1 тонну стекломассы, равный сумме удельных расходов компонентов, вычисляем по выражению:

 .

Заявка на доставку сырьевых материалов

1 вагон = 70 т.

КАМАЗ = 10 т.

мешок = 50 кг.

. Описание технологической схемы

Двуокись кремния

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 10 вагонов в месяц. Выгрузка производится грейферным граном в отсеки для хранения кремния двуокиси, из которых этим же краном песок подается в приемный бункер. Из него через лотковый питатель на ленточный транспортер. Затем двуокись кремния поступает на установку «взвешенного слоя» для сушки. Далее песок по элеватору поступает в сито - бурат, а потом в расходный бункер, после чего песок через питатель идет на дозаторные весы, а затем сборным ленточным транспортером в смеситель шихты.

Свинцовый сурик

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 21 вагон в месяц. Материал растаривается и подается в приемный бункер, из него с помощью питателя подается на элеватор и далее проходит просев на сите - бурат и подается в расходный бункер. Затем с помощью питателя подается на весы и далее в смеситель шихты.

Калий азотнокислый

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 3 вагонов в месяц. Материал растаривается и подается в приемный бункер. Из него через лотковый питатель на ленточный транспортер. Затем калиевая селитра поступает в аэробильную мельницу, где происходит помол и сушка материала. Далее калий азотнокислый по элеватору поступает в сито - бурат, а потом в расходный бункер, после чего через питатель идет на дозаторные весы, а затем сборным ленточным транспортером в смеситель шихты.

Калий марганцовокислый

Поступает на склад автотранспортом в количестве 1 КАМАЗ в квартал. Материал растаривается и подается в приемный бункер (бочка 200 л), из него с помощью питателя подается на элеватор и далее проходит просев на сите - бурат и подается в расходный бункер. Затем с помощью питателя подается на весы и далее в смеситель шихты.

Стеклобой

Поступает со склада в количестве 20% от массы шихты в приемный бункер. По лотковому питателю стеклобой поступает на дробление. Далее он промывается и поступает в расходный бункер, затем взвешивается и транспортируется к печи.

6. Расчет площадей и емкостей складов сырья, расходных бункеров

Расчет площадей крытых механизированных складов

При проектировании составных цехов целесообразно использовать типовые проекты крытых механизированных складов в соответствии с нормами запаса сырьевых материалов каждого типа.

Площади отсеков (S_i, м²) для материалов, поступающих на завод «навалом», рассчитывается по формуле

,

где M_i - суточный расход материала со склада, т/сут;

N_i - норма запаса сырьевого материала, сут;

 - насыпная масса материала, т/м³;

h - нормативная высота насыпки материала в отсеке, оборудованном мостовым краном, м;

К - коэффициент, учитывающий полноту заполнения отсека (0.7 - для крупнокусковых, 0.8 - для мелкокусковых материалов).

В складах, оборудованных грейферным краном, высота насыпки песка - 8 м, известняка, доломита - 5-6 м, угля - 5 м. Для малооборудованных складов высота насыпки сырьевых материалов не более 2-3 м.

Площадь отсека для двуокиси кремния равна

 м²

Сырьевые материалы, поступающие затаренными в мешки, на складе укладывают в штабеля. В этом случае площадь складов (отсеков) увеличивают на 30% под проходы между штабелями.

Расчет площади складов для хранения затаренных материалов определяют по формуле

,

где h - нормативная высота укладки штабеля из мешков с сырьем (принимается 4 м);

К₁ - коэффициент, учитывающий плотность укладки мешков (принимается равным 0.8);

К₂ - коэффициент, учитывающий площадь проходов между штабелями (принимается равным 0.7).

Площадь склада для хранения свинцового сурика равна

 м²

Условия хранения: свинцовый сурик хранят в упакованном виде в закрытых складских помещениях при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 40°С. Тару укладывают в штабели высотой не более 3 м на подкладки или деревянные поддоны.

Площадь помещения для калия марганцовокислого равна

м²

Условия хранения: калий марганцовокислый в железных банках по 50 кг следует хранить в сухих помещениях, исключающих попадание атмосферных осадков во внутрь и на поверхность банок.

1)      суточная потребность в каком-либо сырьевом материале, М, т/сут;

2)      норма запаса, N, сут.

Общий полезный объем силоса (V_ОБЩ, м³) определяется по формуле

,

где  - насыпной вес сырьевого материала, т/м³;

.8 - коэффициент, учитывающий полноту заполнения силоса.

Полагая, что H = 4R, из выражения можно определить радиус силоса (R, м)

Определив R, находим высоту призматической части силоса (H, м)

Высота конусной части силоса (h) определяется из условия , где .

Общая высота силоса равняется

.

По такой схеме рассчитываются объем и размеры силосов для песка, соды, доломита, глинозема и др. материалов.

Для двуокиси кремния

 м³

 м³

 м³

 м

 м

 м

 м

Для свинцового сурика

 м³

 м³

 м³

 м

 м

 м

 м

Для калия азотнокислого

 м³

 м³

 м³

 м

 м

 м

 м

Для калия марганцовокислого

 м³

 м³

 м³

 м

 м

 м

 м

6. Расчет емкости и размеров расходных бункеров

По конструктивным соображениям принимается (рисунок б) а = 1,5 м; размер выпускного отверстия (b) принимается как для сухого песка 0.15 м; угол наклона пирамидальной части бункера 55°.

Поскольку h/k=tg 55°, k=(a-b)/2, то h=1/2 (a-b) tg 55°.

Объем пирамидальной части бункера (V_П, м) определяется по формуле

.

Общий объем бункера (V_ОБЩ, м³) равняется

.

Учитывая принимаемую к установке емкость бункера и коэффициент заполнения бункера, равный 0.9, определяем высоту призматической части (H), а затем общую высоту бункера

 м³

По аналогичной схеме выполняется расчет емкости и размеров расходных бункеров всех сырьевых материалов и готовой шихты.

Для двуокиси кремния

h=1/2 (1.5 - 0.15) tg 55°=0.96 м

м³

 м³

м

м

Для свинцового сурика

h=1/2 (1.5 - 0.15) tg 55°=0.96 м

м³

 м³

м

м

Для калия азотнокислого

бочка 200 л.

7. Расчет оборудования механизированного склада сырья

стекло шихта цех склад

Исходными данными для расчета производительности мостового крана являются:

1)      технологическая схема отделений хранения и обработки сырья;

2)      влажность сырья, W, %;

)        суточный расход сырьевого материала со склада, М_с, т/сут;

)        общий суточный расход сырьевых материалов со склада, Q, т/сут.

Определяется масса материала, забираемого грейфером за 1 цикл, q, Т:

где V - емкость грейфера, м³;

γ - насыпная масса материала, т/м³;

φ - коэффициент заполнения ковша грейфера (для мелких материалов φ = 0,8, для кусковых - 0,5).

С учетом показателей мощности проектируемого цеха емкость грейфера (V) принимается равной 1 или 1,5 м³.

Суточное число циклов работы грейферного крана (N_циклов) будет равно

На склад в сутки поступает М_т материалов и столько же подается в расходные бункера, поэтому в расчете N принимается 2М_с.

Максимальная продолжительность одного цикла (τ, с) рассчитывается по максимальным расстояниям передвижения крана и подъема груза и составляет:

где L_K, L_T, L_Г - максимальные расстояния передвижения соответственно крана, тележки и груза, м;

V_K, V_T, V_Г - скорость передвижения соответственно тел тележки и груза, м/с;

- время взятия и высыпания материала из грейфера, с.

Протяженность грузопотоков сырьевых материалов принимается согласно выбранным технологическим схемам и рассчитанным ранее размерам складов.

Согласно паспортным данным грейферных кранов принимается V_K = 2 м/с, V_T = 0,66 м/с, V_Г = 0,66 м/с.

Общая суточная продолжительность работа крана (Т) составляет

На складе к установке принимается 1 грейферный кран с технической характеристикой:

1)      грузоподъемность - 5 т,

2)      высота подъема - 16 м,

)        пролет - 17 м,

)        мощность электродвигателя - 58 кВт.

Для транспортирования и штабелирования материалов в мешках, уложенных на поддоны, используются автомобильные погрузчики, имеющие высоту подъема 4.5 м.

Механизированный склад приемки и хранения сырьевых материалов работает в 2 смены.

Выбираем смеситель тарельчатый СТ-355:

Вместимость чаши, л 500

Производительность, т/ч 7-8

Мощность электродвигателя, кВт 10

Габаритные размеры, м 3.35Ч2.62Ч1.54

Суточная практическая производительность выбранного смесителя (П) оценивается с учетом коэффициента использования его по времени (φ), часовой паспортной производительности (П_п) из выражения

П = 24·П_п·φ = 24·8·0.48 = 92.16

Данный смеситель обеспечивает заданную производительность.

Заключение

Приведены расчеты шихты, производственной программы составного цеха, площадей и емкостей складов сырьевых материалов и расходных бункеров, оборудования. Были выбраны и рассчитаны следующие виды оборудования: лотковые питатели, сита - бурат, весы дозировочные и т.д.

Список литературы

1.  Л.Г. Протасова «Сырьевые материалы для стекольной промышленности». Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 2000.

2.      Л.В. Иванова «Синтез цветных стекол». Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1999.

.        С.Г. Власова, О.Р. Лазуткина «Сырьевые материалы для стекольной и эмалировочной промышленности». Екатеринбург, 2005.

.        «Обработка сырья и приготовление шихты» методические указания, Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1996.

.        «Современные способы обработки сырья и подготовки шихты» методические указания. Свердловск, УГТУ - УПИ, 1990.

.        «Обработка сырья и приготовление шихты» методические указания, Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 2004.

7. «Расчеты по технологии стекла» методические указания. Екатеринбург,

УГТУ - УПИ, 2001.

.    «Разработка технологической схемы и расчет производственной программы стекольного завода» методические указания по курсовому и дипломному проектированию. Свердловск, 1989.