49488

Тепловая установка для варки жидкого натриевого стекла

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Вводная часть Технология производства жидкого стекла в общем виде включает следующие технологические операции: Прием и подготовка исходных сырьевых материалов; Растворение исходных сырьевых материалов в воде или в щелочных растворах; Корректирование состава жидкого стекла в процессе варки или после его завершения при необходимости; Отстаивание жидкого стекла в бассейнеотстойнике; Фильтрация и концентрирование жидкого стекла упариванием; Хранение и отгрузка жидкого стекла. Существует несколько способов изготовления этапа...

Русский

2013-12-28

175.5 KB

66 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Теплотехника и теплотехническое оборудование»

НА ТЕМУ: Тепловая установка для варки жидкого натриевого стекла

                                                              Выполнил студент группы ПСК-07-2

                                                           Мезенцева Юлия Алексеевна_______

Проверил Катаева Людмила Ивановна______________

Дата выдачи задания на курсовой

проект 19.02.2010

Дата защиты курсового проекта________

Оценка за курсовой проект__________

Пермь 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. Вводная часть………………………………………………………….2

2. Аэродинамическая расчетная схема автоклава…………………..5

3. Расчет и проектирование теплоизоляции теплотехнического оборудования……………………………………………………………...7

5. Материальный баланс………………………………………………...8  .6.Тепловой балансы автоклава ……………………………………….9
7. Используемая литература…………………………………………...13

1.Вводная часть

Технология производства жидкого стекла в общем виде включает следующие технологические операции:

  •  Прием и подготовка исходных сырьевых материалов;
  •  Растворение исходных сырьевых материалов в воде или в щелочных растворах;
  •  Корректирование  состава жидкого стекла в процессе варки или после его завершения (при необходимости);
  •  Отстаивание жидкого стекла в бассейне-отстойнике;
  •  Фильтрация и концентрирование жидкого стекла упариванием;
  •  Хранение и отгрузка жидкого стекла.

В пределах данной дисциплине нас интересует процесс варки.

Существует несколько способов изготовления (этапа растворения) жидкого стекла:

  1.   Производство жидкого стекла из силикат-глыбы, которое включает в себя два передела: производство самой силикат-глыбы и ее растворение (как правило, оно осуществляется самим потребителем)
  2.  И прямое растворение кремнеземсодержащих компонентов в едких щелочах с получением требуемых щелочно-силикатных растворов (жидких стекол), происходящее в один этап.
  3.  Жидкое стекло можно получить и путем варки в открытых котлах аморфного кремнезема (трепела) с содержанием кремнезема 76-82% и едкого натра при температуре 90-100оС. Для получения 1 тонны жидкого стекла необходимо 800 кг, едкого натра в пересчете на сухое вещество-290 кг.

Несмотря на кажущуюся простоту возможных технологических решений, второй способ не получил значительного промышленного распространения в силу ряда причин, главным из которых являются нестабильность технологического  процесса, определяемая широким диапазоном состава и свойств исходного кремнеземсодержащего сырья, высокие параметры процесса растворения, давление, температура, худшей по сравнению с жидким стеклом из силикат-глыбы качество готового продукта, большое количество отходов,  дефицит едкой щелочи, сложность получения высокомодульных стекол. Поэтому рассмотрим наиболее распространенный метод производства жидкого стекла - растворение силикат глыбы.

 Растворение силикат-глыбы

Основными агрегатами для растворения силикат-глыбы являются автоклавы (стационарные и вращающиеся) и аппараты для безавтоклавного растворения. Как в стационарных, так и во вращающихся автоклавах разогрев силикат-глыбы и поддержание требуемой температуры осуществляется острым паром. Процесс растворения осуществляется при 0,3-0,7 МПа и температуре 135-1650С. Длительность варки в стационарных автоклавах составляет 5-6 ч, вращающихся- 3-5 часов. Кроме более длительного цикла растворения, к недостаткам стационарных автоклавов следует отнести возможность образования значительных нерастворимых осадков, которые требуют систематического удаления.

Таким образом, наиболее распространенным и выгодным является автоклав вращающегося типа.

Получение жидкого натриевого стекла во вращающимся автоклаве

После подачи силикат-глыбы в автоклав через загрузочный люк 1 в целях экономии энергии и уменьшении времени автоклавной обработки в установку подается горячая вода t=600С. По окончании загрузки автоклава его люк закрывают болтами и начинают процесс варки. Для этого в автоклав подают острый пар под давлением 1,0 МПа и включают механизм вращения автоклава. После достижения давления в автоклаве 0,75 МПа подачу пара прекращают, далее процесс идет за счет тепла реакции и периодической подпидки паром.

По окончании процесса варки производится слив жидкого стекла. Для этого прекращают подачу пара. Жидкое стекло с помощью остаточного давления перемещается в промежуточную емкость. Паровоздушная смесь, сопровождающая раствор жидкого стекла, удаляется в атмосферу через ловушку, где происходит расширения паровоздушной смеси улавливание брызг.

2.Аэродинамическая схема установки

Нагрев до температуры t=1700C  сырьевых материалов должен происходить при скорости нагрева νнаг<50C, таким образом время нагрева при начальной температуре t1=250C равно:

τнаг==30 мин

Время экзотермической реакции из технологических  таблиц в зависимости от силикатного модуля будет равен tэкз=65 мин.

Время охлаждения

τохл==30 мин

Время тепловой обработки τ=30+65+30=115 мин

рис.1 Тепловой режим автоклавной обработки

  1.  Расчет теплоизоляции [3]

Для цилиндрических объектов диаметром менее 2 м толщина теплоизоляционного слоя определяется по формуле

,

,

B=di/d  — отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру изолируемого объекта;

λк - теплопроводность теплоизоляционного слоя (Вт/ М° С)

rtot — сопротивление теплопередачи на 1 м длины теплоизоляционной конструкции цилиндрических объектов диаметром менее 2 м, (м×°С)/Вт;

rm— термическое сопротивление стенки трубопровода. Так как стенки автоклава выполнены из стали, то rm будет мала, поэтому ей можно пренебречь;

d — наружный диаметр изолируемого объекта, м.

άe – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции (Вт/ М° С).

,

где tw=170°С  - температура вещества ;

te - температура окружающей среды, в данном случае установка будет работать в помещении, поэтому принимаем te=20° С;

q е— нормированная поверхностная плотность теплового потока, Вт ч/м2; По диаметру и средней температуре tср=100+170/2=135 0С

qe=50 Вт ч/ м2

K1- коэффициент, принимаемый по нормированной линейной плотности теплового потока для Уральского региона K1=1.03.

Тогда rtot=(170-20)/(50*1,03)=2,91 (м×°С)/Вт

Таким образом, по СНиПу άe=6 Вт/(м2×°С)

Необходимо просчитать толщину теплоизоляционного слоя при максимальной температуре. Здесь расчет будем вести по заданной температуре на поверхности изоляции.

где ti – температура поверхности изоляции. В соответствии с действующими нормами принимаем ti=45 °С (для изолируемых поверхностей, расположенных в рабочей или обслуживаемой зоне помещений и содержащих вещества с температурой выше 1000С)

λк=0,033+0,00014 tw=0,568 Вт/ М° С, (из приложения  к [3] в зависимости от типа теплоизоляционного материала, места нахождения установки и производительности)тогда

δк=0,568*(170-45)/6*(45-20)=0,047м  

По ГОСТ принимаем минераловатные плиты толщиной 50 мм

Производим пересчет фактического плотность теплового потока

B=(2δк/d)+1=2*0,05/1,4=1,072

lnB=0,069

,

rm— термическое сопротивление стенки трубопровода. Так как стенки автоклава выполнены из стали, то rm будет мала, поэтому ей можно пренебречь;

 отсюда rtot= 2,95

И qeфакт=(170-20)/2,95*1,03=49,3 Вт ч/ м2

  1.  Материальный баланс

Расчет ведется на 1000 кг раствора жидкого стекла.

По ГОСТ 13079-81 жидкое стекло в зависимости от области применения характеризуется составом в пределах: SiO2 -22,7-36,7%;  Na2O- 7,9-13,8%, с учетом данного силикатного модуля процентное содержание главных оксидов будет равно SiO2=31,8%, Na2O =11,3%, содержание воды и примесей -56,9%, силикатный модуль n=(31,7/11,3)*1,033=2,9.

Тогда на 1000 кг раствора жидкого стекла SiO2=318 кг, Na2O =113 кг, воды и примесей-569 кг.

Определяем потребность расхода силиката натрия (силикат-глыбы). По ГОСТ 13079-81 для высокомодульного силиката натрия состав SiO2-69,7-76,2%, Na2O =22,5-27,9%,примиси-0,88-1,3%.

Для расчета принимаем состав силиката натрия SiO2=73,4%, Na2O=26,1%, силикатный модуль n=(73,4/25,3)*1,033=2,9.

Для упрощения расчета, считаем, что при варке модуль не изменяется. В промышленных условиях, как правило, силикатный модуль раствора жидкого стекла несколько ниже силикатного модуля исходной глыбы, что связано с образованием кремнеземистых осадков в процессе варки и отстаивания. В автоклаве вращающегося типа процент осадки минимизирован, поэтому потери кремнезема на осадок учитывать не будем.

Таким образом, теоретический расход силикат натрия:  Na2O=113:0,261=433 кг или SiO2=318:0,734=433кг. Без учета сконденсированной воды масса воды, необходимая для варки силикат-глыбы без уменьшения силикатного модуля H2O=567кг

Статья

Вход

Выход

%

кг/цикл

%

кг/цикл

силикат-глыба Na2O*2,9SiO2

43,3

2598

-

-

H2O

56,7

3402

-

-

Пар

244

Жидкое стекло (Na2O*2,9SiO2

100

5678

Варка производится острым паром при избыточном давлении 0,792 МПа и температурой экзотермии 1700С.

  1.  Тепловой баланс

Расходные статьи баланса

  1.  Расход на нагрев силикат-глыбы:

Q1=m1*c1*(t2-t1)=433*0,837*(170-20)=54363,15 кДж

с1-удельная теплоемкость силиката натрия [1]

2.Расход тепла на нагрев воды:

   Q2=(M1-qконд)*c2*(t1-t1воды)=(563- qконд)*4,186*(170-60) =

=259238,98-460,46* qконд

c2-удельная теплоемкость раствора жидкого стекла [1];

t1воды - исходная температура воды;

3.Расход тепла на нагрев автоклава

Q3=Mавав*(t2-tав)=5657*0,45*(170-100)=178195,5кДж

tав при быстрой выгрузке будет равен 1000С

  1.  Потери в окружающую среду

Q4=qфакт*F

F=2*π*R*l=2*3,14*0,65*3,5=14,29м2

Q4=49,3*14,29=704,497кДж

5.Неучтенные потери 0,15

Q5=0,15*ΣQрасх=0,15*(54363,15+25923,98-460,46qконд+178195,5

+704,497)=73875,32-69,06 qконд

  Приходные статьи баланса

  1.  Теплота конденсации острого пара;

Q6= qконд* i’*τ=719,15* qконд*1,92=1380,77* qконд

2.Теплота растворения силикат-глыбы (экзотермическая реакция)

Q7=q0*M1

q0-удельная теплота растворения силиката натрия

По данным Вейля [2], для силиката Na2O*SiO2 первая теплота растворения равна 28,1 кДж/моль, ее и принимаем для расчета (фактическая теплота растворения должна быть несколько ниже исходя из состава и механизма растворения силикат-глыбы).

q0=28,1*1000/122=230,33кДж/кг,

где 122=относительная молекулярная масса Na2O*SiO2

Q7=433*230,33=99731,97кДж

Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=Q6+Q7

54363,15+25923,98-460,46* qконд+178175,5+704,497+73875,319-69,06*qконд=1380,77* qконд+99731,97

1910,23 qконд=466645,48

qконд=244,29 кг/цикл

qv= qконд/Mгот. пр.=244,29/5678=42,86кг/тонну готовой продукции

Таким образом, количество воды добавляемой при загрузке сырьевых материалов будет равно Мводытреб-qконд=3402-244,29=3157,7кг/цикл

Невязка 0,52%

  1.  Технико-экономическое обоснование

На данный момент существует тенденция роста количества предприятий, изготавливающих натриевое жидкое стекло самостоятельно для собственных нужд , путем растворения кремнеземсодержащих компонентов и едкой щелочи.

Но, выбранный метод получения жидкого натриевого стекла (варка силикат-грыбы) является наиболее энергетически выгодным из всех на данный момент существующих и наиболее распространенных в промышленном масштабе. Сравним некоторые показатели:

Время варки во вращающимся автоклаве в 1,5-2 раза меньше, чем в стационарных автоклавах с той же производительностью за цикл.

Так же значительно сокращается количество нерастворенного кремнеземсодержащего осадка (в процессе варки в стационарном автоклаве осадок составляет до 5% от готового продукта за цикл [1], а это около 300 кг за цикл)

Таким образом, для промышленного производства варка жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы наиболее выгодное.

7.Используемая литература

[1] В.И. Корнеев, В.В.Данилов «Жидкое и растворимое стекло», Санкт-Петербург: Стройиздат, СПб., 1996-216с.

[2] Vail J.G. Soluble Silicatas, New York 1952 v.1.2

[3] СНиП 2.04.14-88(98) «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»

[4] М.И. Роговой, Кондаков М. Н. «Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов» , Москва, Стройиздат, 1975, 320 с

[5] ГОСТ 21880-94 «Маты минераловатные прошивные для тепловой изоляции промышленного оборудования. Технические условия»

[6] Никифорова Н. М. «Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов», Москва, «Высшая школа» 1974 г, 144 с

[7] В.В. Перегудов, М. И. Роговой «Тепловые процессы и установки в технологии строительных материалов», Москва, Стройиздат, 1983, 416 с.

PAGE  14


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27435. Традиционная и инновационная структуры урока искусства. Урок-трансляция и урок содержательной коммуникации 33 KB
  Традиционная и инновационная структуры урока искусства. Программа обучения задаётся через предметность содержания класснопоурочную систему тематическое планирование планирование каждого урока. Под структурой урока следует понимать соотношение элементов этапов звеньев урока в их определенной последовательности и взаимосвязи между собой. Элементами урока являются: организационный момент; проверка знаний предыдущего учебного материала логически связанного с содержанием данного урока; переход к новому материалу; изучение нового материала;...
27436. Особенности авторского урока. Педагогическая драматургия авторского урока искусства; элементы театрализации. Сценарий урока: замысел, сюжет, режиссура, «сценография», «персонажи» и «роли», эстетические эффекты и последствия 32 KB
  Особенности авторского урока. Педагогическая драматургия авторского урока искусства; элементы театрализации. Сценарий урока: замысел сюжет режиссура сценография персонажи и роли эстетические эффекты и последствия. можно говорить об авторском характере урока искусства.
27437. Методика организации и проведения анализа и оценки детских работ. Критерии оценки. Специфика диагностики уровня общего и художественного развития учащихся 37 KB
  Специфика диагностики уровня общего и художественного развития учащихся. Программа Изобразительное искусство и художественный труд определяет главной задачей развитие у учащихся способности сопереживать понимать осознавать свои переживания в контексте истории культуры. На основании вышеизложенного учителям изобразительного искусства нужно определять систему оценивания художественнотворческих достижений учащихся в условиях современного обучения из сущности следующих составляющих: 1 что оценивать что именно подлежит оцениванию в...
27438. Психология изобразительной деятельности и восприятия искусства учащихся различных возрастных групп. Их учет в процессе обучения искусству 31.5 KB
  Когда от поверхности предмета отражаются главным образом например красные лучи солнечного спектра а другие цвета поглощаются или отражаются в меньшем количестве мы видим предмет красным. Белые серые и черные цвета называются ахроматическими а имеющие цветовой оттенок хроматическими. Хроматические цвета отличаются по трем признакам или свойствам: цветовым тоном оттенком светлотой и насыщенностью интенсивностью силой цвета. Цветовой тон обозначается названием цвета красный зеленый желтый синий и др.
27439. Методика обучения учащихся восприятию, анализу и эстетической оценке произведений/явлений искусства и окружающей действительности. Организация связи и взаимодействия восприятия/анализа произведений искусства с практической изобразительной деятельностью уч 27.5 KB
  Научить видеть прекрасное вокруг себя в окружающей действительности призвана система эстетического воспитания. Для того чтобы эта система воздействовала на ребенка наиболее эффективно и достигала поставленной цели Б.Неменский выделил следующую ее особенность: Система эстетического воспитания должна быть прежде всего единой объединяющей все предметы все внеклассные занятия всю общественную жизнь школьника где каждый предмет каждый вид занятия имеет свою четкую задачу в деле формирования эстетической культуры и личности школьника.
27440. Язык искусства. Понятие композиции. Композиция как общий способ создания художественного образа в различных видах и жанрах искусства. Методика обучения композиции на уроках ИЗО 30.5 KB
  Язык искусства. Композиция как общий способ создания художественного образа в различных видах и жанрах искусства. ЯЗЫК ИСКУССТВА одно из важнейших проблемных полей современной философии искусства конституированное в контексте характерного для постмодерна радикального поворота от центральной для классической традиции проблематики творчества к актуализирующейся в современной философии искусства проблематике восприятия художественного произведения. Основная ценность языка искусства состоит в его безмерной силе исключительной власти.
27441. Пространство картины и пространство в картине. Метдика обучения различным способам изображения пространства и объема на плоскости 43.5 KB
  Пространство картины и пространство в картине. Пространство одна из форм наряду со временем существования бесконечного и постоянно развивающегося мира. Пространство характеризуется его протяженностью объемом структурой которые понимаются по разному в зависимости от концепций складывающихся в точных науках физике математике философии религии искусстве. Пространство в картине это и место действия и существенный компонент самого действия.
27442. Место и роль игры в художественном образовании и обучении искусству.Философия и технология игры. Классы и виды игры.Методика проектирования, организации и проведении игры, игровых ситуаций и театрализации на уроках искусства и во внеклассной работе 33 KB
  Место и роль игры в художественном образовании и обучении искусству. Философия и технология игры. Классы и виды игры. Методика проектирования организации и проведении игры игровых ситуаций и театрализации на уроках искусства и во внеклассной работе.
27443. Современная концепция образовательной области «Искусство» в школе. Теория полихудожественного воспитания Б.П.Юсов 38.5 KB
  Теория полихудожественного воспитания Б. Обновление художественного и культурно эстетического наполнения школы начиная хотя бы с крупных центров не терпит отлагательства. В основной концепции должен быть поставлен акцент на детскую инициативу не только в практическом плане рисование танец сочинение но и в условоении художественного наследия путем преображения достижений культуры в стимул саморазвития через творческие усилия самих детей в прцессе усвоения культуры прошлого. Юсов Он обосновал и разработал новые творческие пути и идеи в...