2. Расчетная часть

2.1 Конструктивный расчет гранулятора барабанного типа

Целью проектного расчета барабанного гранулятора является определение основных габаритов гранулятора (диаметр, длина) на заданную производительность по готовому продукту Gпр, т/ч, имея следующие технологические характеристики процесса:

• Производительность по готовому продукту Gпр, т/ч 55

• Средний диаметр, мм:

гранул продукта, dср 1,8

частиц рецикла, dр 0,8

• Начальное влагосодержание рецикла, Wро, % 1,3

• Соотношение длины к диаметру барабана, К 2

• Время пребывания в грануляторе, t , мин; 3

• Температура гранулирования, t, ⁰С 90

• Коэффициент заполнения барабана, Ф, % 15

• Насыпная масса шихты, ρ нас, т/м³ 1,1

• Плотность материала, ρ, т/м³ 1,5

• Растворимость материала при 70 ⁰С, S , кг/кг 1

• Диаметр гранул, соответствующий началу гранулообразования, d₀, мм 1

• Содержание жидкой фазы, соответствующее началу

гранулообразования, Р₀ , кг/кг 0,024

• Технологически необходимое содержание рецикла в шихте, ξ 0,75

• Скорость скатывания частиц в слое, v ск, м/с 2,0

• Содержание расплава в шихте при 70 ⁰С i, кг/кг 0

Рассчитываем параметр распределения гранул продукта по размерам:

Для удобрений экспериментально получено А=0,144, В=-0,029 [2].

Распределение гранул по размерам:

где Г(η) – гамма-функция.

Содержание гранул со средним размером 1,8 мм составит р(1,8)=0,874.

Содержание жидкой фазы в шихте определяем из уравнения:

Коэффициенты m и n для фосфорсодержащих удобрений : m=23, n=1.15.

,

откуда Р=0,043.

Влагосодержание шихты находим из уравнения:

,

откуда W=0,0204 кг/кг.

Объемная производительность гранулятора:

м³/ч.

Центральный угол обхвата в барабане находим из уравнения:

φ = ±108º

Скорость подъема материала около стенки барабана:

Коеффициент ψ определяют из [2], ψ = 0,6.

м/с

Диаметр барабана:

м

Длина барабана:

м

Угловая скорость барабана:

1/с;

Скорость вращения барабана:

об/мин

Диаметр отверстия подпорного кольца:

м

где: H=0,05 - 0,15 в зависимости от производительности и свойств материала.

2.2.Прочностной расчет гранулятора барабанного типа

Рассчитать толщину стенки цилиндрической обечайки, эллиптической крышки, днища, фланцевое соединение крышки гранулятора, допускаемое давление внутри аппарата при рабочих условиях и гидравлических испытаниях. Сварные швы аппарата выполнены вручную электродуговой сваркой. Сумма прибавок к расчетной толщине стенок с=1мм.

Температуру стенки принимаем равной максимальной температуре среды в аппарате.

Диаметр аппарата: D=4000мм;

Длина аппарата: L=8000мм;

Марка стали аппарата: 15Х5М;

Максимальная температура среды t =90°С;

Давление: Р=0,4МПа;

Среда в аппарате: плотность: r_с=1500кг/м³;

[s]₂₀=155МПА

[s]=152МПа

Расчетная температура стенок:

T=max(t_c;20°С)=max(90;20)=66°C

Расчетное давление:

а) внутри аппарата

Р_р=Р+Р_г

Р_г=r_сg(2H+l₁+l)

Р_г =9,81×1500×(2×1+0,245+3,3)=0,081 МПа

Н=0,25D=0,25×4=1м

Р_г/P=0,081 /0,4=0,2>0,05→ гидростатическое давление учитываем.

Р=0,4+0,081 =0,481 МПа

б) при испытаниях аппарата (пробное)

1 ,25×P [s]₂₀/[s]=1,25×0,481×155/152=0,61МПа

Р_и=mах

Р+0,3=0,481+0,3=0,781 МПа

[s]₂₀=h×s^*₂₀=1×155=×155 МПа - для стали 15Х5М h=1, т.к. аппарат изготавливается из листового проката;

[s]=h×s^*=1×152=152МПа – в рабочем состоянии

Р_и=0,781 МПа - давление при гидравлических испытаниях аппарата

Допускаемые напряжения при гидравлических испытаниях

[s]_и=s_T20/1,1=220/1,1=200 МПа;

s_Т20=220МПа для стали марки 15Х5М при +20°С.

Коэффициент запаса устойчивости:

для рабочих условий n_у=2,4

для условий испытаний n_у.и.=1,8

Расчетное значение модуля продольной упругости для стали марки 15Х5М при t=110°C и при +20°С соответственно равны Е=1,9×10⁵МПа и Е₂₀=1,99×10⁵МПа.

Коэффициент прочности сварных швов j=0,95- для ручной дуговой сварки.

Расчетная длина цилиндрической обечайки корпуса

l_p=l+H/3=8300+1000/3=8633мм

Толщина стенок

Расчетная толщина цилиндрической обечайки корпуса:

а) при действии внутреннего давления

P _pD/(2j[s]-P_p)= 0,481×4000/(2×0,95×155-0,481)

S_p=max

P_иD/(2j[s]_и-P_и)= 0,781 ×4000/(2×0,95×200-0,781)

6.54

S_p =max =8,23мм

8,23

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса

S=maxS_р.+c+c₀=8,23 +1+0,5=9.73мм

Принимаем большее стандартное значение S=10мм.

Допускаемое наружное давление:

Из условия прочности

[P_H]_s=2[s](S-c)/(D+S-c)=2×155(10-1)/(4000+10-1)=0,69 МПа

Из условия устойчивости в пределах упругости при l_p<l₀

l_p=8450мм

C учетом обоих условий