Пенопласт

- потери по технологическим стадиям.

Для определения годовой  программы, а, следовательно, и мощности 
производства, для начала необходимо рассчитать массовую производительность формовочной машины в час. Проведение такого расчета возможно на основании данных о времени цикла формования, следовательно, на первом этане материальных расчётов данного дипломного проекта следует провести  расчёт времени цикла формования изделия.

 

Расчет  времени цикла формования

Время цикла определяется по формуле:

Тц – Тпл + Тпр.ф + Тз + Твсп + Тохл + Твыгр,

где: Тпп - время подачи пара для прогрева формы - 30с;

Тпр.ф - время прогрева формы - 3с;

Тз - время загрузки формы - 20с;

Твсп - время вспенивания материала в форме - 60с;

Тохл - время охлаждения блока – 30с;

Твыгр - время выгрузки блока - 60с.

 

Тц 30 + 3 + 20 + 60 + 30 + 60 = 203с. (Змин.23с.)

Время цикла для формования 1 изделия составляет 203 сек.

Определение расходных норм, и составление  материального баланса

Количество  безвозвратных  потерь при вспенивании представлено в Таблице 5.

 

Анализ безвозвратных потерь

Таблица 5

Стадии производства	Количество отходов
Хранение и транспортировка	1%
Переработка отходов	2%
Потери при механической обработке	2%
ИТОГО:	5%

 

Далее, в Таблице 6, представлено количество возвратных отходов при вспенивании.

 

Анализ возвратных отходов [13]

Таблица 6

Стадии производства	Количество отходов
Механическая обработка	2%
ИТОГО:	2%

 

Определяем расходный  коэффициент по формуле:

К_общ = 1+(5 – 2)/100 = 1,07

 

Рассчитываем расходную  норму (потребность в сырье на год при годовой программе производства, равной 8000 тонн):

H = К_общ*m

H = 1,07*8000 = 8560 т/год

 

 

Определяем количество возвратных отходов:

Qво = Kво*m

Qво = 0,02*5500 = 160 т/год

 

Определяем количество безвозвратных  потерь:

Qбвп = Кбвп*m

Qбвп = 0,05*5500 = 400 т/год

 

Для выполнения годовой  программы требуется свежего  сырья:

Qгод = H – Qво

Qгод = 8560 – 160 = 8400 т/год

 

 Составляем материальный  баланс производства (Таблица 7).

 

Материальный  баланс производства изделий методом вспенивания

Таблица 7

Приход	т/год	Расход	Т/ГОД
ппс Первичный	8400	Продукция	8000
Вторичный	160	Безвозвратные отходы	400
		Возвратные отходы	160
ИТОГО:	8560		8560

 

 

 

 

 

 

2.4 Выбор и  расчет основного и вспомогательного оборудования

Выбор, расчёт, обоснование  основного и вспомогательного оборудования заключается в определении производительности, ёмкости и количества аппаратов в технологической схеме производства.

 

Выбор и расчёт основного  оборудования

Целью определения числа  основного оборудования является обеспечение  выполнения годовой программы производства, иными словами, суммарная производительность всех единиц основного технологического оборудования должна, быть равной или больше годовой программы производства. Необходимое количество такого оборудования рассчитывается по формуле:

K = m/Qт, шт.

где: m - программа производства продукции, т;

 Qт - массовая производительность одной машины за годовой действительный фонд рабочего времени, т.

Исходя из расчётной  производительности одной машины, выбираем марку основного оборудования, технические  характеристики которой позволяли бы выполнять годовую программу производства.

 

Расчет реактора предвспенивателя

Qгод = 8000т/год

М навески = 160кг

Т цикла = 605сек.

Т работы оборудования  = 8400часов

 

1. Расчёт количества циклов:

8400*3600/605 = 49983 цикл/год

2. Расчёт навески:

8000*1000/49983 = 160кг/цикл

3. Расчёт полезного V реактора предвспенивателя:

160*40*0,95/1000 = 6,08м

4. Расстояние от днища реактора до перфорированной решётки принимаем 0,5м. Рекомендуемые размены экспандера (отношение ширины к длине аппарата) – 1: 1,5.

Принимаем ширину 2м, длину  – Зм.

V реактора:

2 * 3,14/4 *3 = 9,42м

V реактора без паровой полости:

9,42 – (2 *3,14/4*0,5) = 7,85м

V реактора полезный:

7,85*80/100 = 6,28м

 

Тепловой расчет реактора предвспенивателя

Определение расхода греющего пара:

D = Q/l000*r, кг/цикл

D  = 298009093,6/(1000*2446,9) =121,8 кг/цикл,

где: Q - теплота, подводимая к предвспенивателю с насыщенным водяным паром, Дж/цикл;

r - удельная теплота парообразования, кДж/кг;

1000 - коэффициент перевода, кДж/Дж.

 

Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6,

где:  Q1 - расход тепла на нагрев корпуса, днища, крышки, Дж/цикл;

Q2 - расход тепла на нагрев металлических частей реактора, Дж/цикл;

Q3 - расход тепла на нагрев загружаемого материала, Дж/цикл;

  Q4 - расход тепла на нагрев воздуха, Дж/цикл;

  Q5 - потери тепла в окружающую среду, Дж/цикл;

  Q6 - потери тепла с выпускаемым паром, Дж/цикл.

 

Q = 16818057,6 + 29700000 + 118346,25 + 1429,4 + 474060,3 125,0897200 = 298009093,6 Дж

 

Все указанные величины определяются по формулам:

1. Определение тепла па нагрев корпуса, днища и крышки котла

Qi = Q1' + Q1", Дж/цикл,

где: Q1' - расход тепла на первоначальный нагрев (раз/неделю), Дж/цикл;

Q1" - расход тепла на промежуточный нагрев (раз/цикл), Дж/цикл;

 

Qi =168000000 + 18057,6 = 16818057,6 Дж/ц

 

a) Q1' = G1*C1(tп- tв)* 1/п, Дж/цикл,

где:   G1 - масса корпуса, днища и крышки, кг;

  C1 - удельная теплоемкость стали, Дж/кг*К (для стали 3 С1 = 480 Дж/кг*К);

  tп - температура греющего пара (температура вулканизации), °С;

tв - температура окружающего воздуха (начальная температура котла   20°С);

n - количество циклов, вулк/неделю.

 

Q1' = 1000*480 (115-20)* 1/2520 = 18057,6 Дж/цикл

 

б) Определение расхода  тепла на промежуточный нагрев

Q1" = G1*C1 (tп – tпр ), Дж/цикл,

где: tпр - промежуточная температура котла, до которой переохлаждается котел при перезарядке (80-90 °С).

Q1" = 1000*480(115 – 80) =  16800000 Дж/ц

 

2. Расход тепла на нагрев металлических частей реактора

Q2 = G2 *С2(tвулк – tпромежут), Дж/ц,

где:    G2 - общая масса металлических частей, кг;

     С2 - удельная теплоемкость, кДж/кг*К;

tвулк - температура вулканизации (°С);

tпромежут - промежуточная температура до которой охлаждаются металлические детали при перезарядке (50-70 °С).

Q2 = 1 000*540(115 – 60) = 29700000 Дж/ц

 

3) Определение расхода, тепла на нагрев материала

Q3 = G3*C3 (tвулк – tнач), Дж/ц,

где:   G3 - масса материала за 1 цикл, кг;

С3 - удельная теплоемкость материала, Дж/кг*К;

tнач - начальная температура материала (20 °С).

Q3 -27,5*45,3(115-20)- II 8346,25 Дж/ц

 

4. Расход тепла на нагрев воздуха в котле (предвспенивателе)

Q4 = G4*C4 (tвулк – tнач), Дж/цикл,

где    G4 - масса воздуха, кг;

СЧ - удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг*К;

С4 = Vк*ρв Дж/кг* К,

 где    ρв - плотность воздуха (1,293 кг/м3);

  Vк - свободный объем котла, м

Q4 = 3,879 *3,879 (115 – 20) = 1429,4 Дж/ц

 

5. Определение потерь тепла в окружающую среду

Q5 = a0*Fn(tст-tв)*Tц* 1.1/К, Дж/ц,

где    a0 - коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием;

a0= (0,93 + 0,058)*tст,

a0= (0,93 + 0,058)*40 = 39,52

0,93 и 0,058 - справочные  величины;

Fn - величина поверхности  котла (корпуса, днища, крышки);

Тст - температура внешней поверхности котла, °С (для теплоизолированной поверхности 40-45 °С);

Тв - температура воздуха (20 °С);

  тц - продолжительность цикла вулканизации (предвспенивания);

1,1- коэффициент, учитывающий  потери тепла от изолированных  частей котла.

Q5 = 39,52* 3,25(40 – 20)203 * 1,1 = 474060,3 Дж/ц

 

6) Определение потерь тепла с выпускаемым паром

Q6 = Vк*ρn*tп, Дж/кг*К,

где     ρn - плотность пара при данном давлении, кг/м;

Ук - свободный объем  котла, м ;

 tп - энтальпия пара при данном давлении, Дж/кг.

Q6 = 3*998*83800 = 250897200 Дж/кг*К

Рекомендуемая минимальная  толщина (без прибавки) стенок цилиндрических обечаек при Dв (диаметр внутренний) = ( 1000 : 2000 ) ровно 4мм.

Расчет толщины стенки Ś цилиндрической обечайки

Dв = 2000мм = 2м

Находим отношение

δд/р * φ,

где δд - допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки;

р - расчетное давление в аппарате;

φ - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки за счет сварных швов, наличия неукрепленных отверстий.

Для стали 12Х18Н10Т

δд или [δд] = 125 МПа

р = 0,2*0,4 МПа (давление пара)

φ = 0,95 (для сварного шва)

*0,95 = 269,875 = * φ    при   * φ >

Ś = = = = 0,00336м = 3,368мм

С учетом прибавки на 20% принимаем толщину стенки 5мм.

 

1. Расчет числа машин периодического действия (дробилок)

n = Q/Q_год,

где Q - производительность 1 дробилки;

        Qгод - количество возвратных отходов (на 10000 т - 70т),

где    Qчас - часовая производительность 1 дробилки (375 кг/ч);

          Т- календарное время работы, ч;

Т - регламентируемое время остановки 1 дробилки, ч.

n = 560/2376=0,23

Итого: 1 дробилка.

 

2.   Расчет числа машин периодического действия (формовочная машина)

К = m/Qт,

где m - программа производства продукции, т;

Q - массовая производительность  одной машины за годовой действительный фонд рабочего времени, т.

 К = 8000/8800 = 0,9 шт.

 Итого:  1 формовочная машина.

2.5 Тепловой  баланс

Тепловой расчет оборудования выполняется для машин (аппаратов), работающих при нагревании или охлаждении. Определяются тепловые расходы, поверхности  теплообмена аппаратуры, необходимое  количество теплоносителей и ох лаж: дающих агентов.

Для теплового расчета  любой машины определяют периоды, при которых производится регулирование температуры рабочих органов, и периоды работы при стационарном режиме. В процессе работы некоторые машины нужно охлаждать, а другие – нагревать. К первым относятся смесители, валковые, червячные машины, в которых производится перемешивание вязких, полимерных систем, что сопровождается интенсивным выделением тепла. Для обеспечения стандартных температурных режимов переработки избыток тепла непрерывно отводится охлаждающим агентом.

Ко вторым относится  все вулканизационное оборудование, в котором процесс вулканизации проводится при постоянной высокой температуре.

Для каждого периода  определяют тепловой баланс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение мощности электродвигателя мешалки

 

Исходные данные:

Параметры	Обозначение	Значение	Размерность
Диаметр аппарата	D	2	М
Плотность	ρ	15,1	Кг/м
Вязкость	µ	0,0015	Па*с