Проектирование участка грунтования кузова легкового автомобиля ХТОП 0934.240501.006 КР

Проектирование участка грунтования кузова легкового автомобиля ХТОП 0934.240501.006 КР

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ярославский государственный технический университет

Кафедра химической технологии органических покрытий

Проектирование участка грунтования кузова легкового автомобиля ХТОП 0934.240501.006 КР

Работу выполнил студент

группы ХТВТ-55

2009

Ярославский государственный технический университет

Кафедра химической технологии органических покрытий

ЗАДАНИЕ № 6

ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

1. Тема проекта и исходные данные

Проектирование участка грунтования кузова легкового автомобиля при годовой программе 220000 кузовов в год.

2. Представить следующие материалы

2.1 Текстовые

а) расчётно-пояснительная записка.

2.2 Графические

а) технологическая схема

3. Рекомендуемая литература и материалы

а) материалы производственной практики

4. Дата выдачи задания "___"___________2009

5. Срок сдачи законченного проекта "___"___________2009

6. Отметка о явке на консультацию:

1) ________________ 2) ________________ 3) ________________

4) ________________ 5) ________________ 6) ________________

Руководитель проекта Заведующий кафедрой

Содержание

Введение

1.Обоснование выбора технологического процесса, оборудования и материалов

1.1 Выбор технологии нанесения первого слоя грунта

1.2Выбор материала для первого слоя грунта

1.3 Выбор технологии нанесения второго слоя грунта

1.4 Выбор материала для второго слоя грунта

2.Технологические расчеты

2.1 Режим работы участка

2.2 Расчет нормативов расхода материалов

3. Технические расчеты

3.1 Расчет установки электроосаждения

3.2 Расчет конвективной сушильной установки для сушки первого слоя грунта

3.3 Расчет камеры охлаждения

3.4 Расчет камеры пневматического распыления

3.5 Расчет камеры электростатического распыления

3.6 Расчет конвективной сушильной установки для сушки второго слоя грунта

3.7 Расчет камеры охлаждения

4. Описание технологического процесса

4.1 Первая стадия

4.2 Вторая стадия

5. Техника безопасности

5.1 Утилизация отходов

5.2 Техника безопасности при работе в камерах пневматического распыления

Список используемой литературы

Введение

Лакокрасочные материалы главным образом применяются для получения покрытий на их основе. Лакокрасочные покрытия, являются основным средством защитно-декоративной отделки машин и механизмов, промышленных и бытовых изделий, зданий и сооружений, в большей мере определяют их товарный вид, работоспособность, конкурентную и покупательную способность. Широкомасштабное их использование увеличивает срок жизни указанных объектов, обеспечивает значительную экономию материальных ресурсов.

Лакокрасочные покрытия выполняют три основные функции: декоративную, защитную и специальную. По мере развития науки удельное значение второй и третьей функции все более возрастает.

Роль покрытий как средства защиты материалов от разрушения особенно проявилась с ростом производства и потребления металлов. Убытки, причиняемые коррозией в различных странах, составляют значительную долю национального дохода; они, как правило, тем выше, чем больше производится и находится в эксплуатации металла.

Одним из наиболее эффективных способов защиты металлов от коррозии является нанесение лакокрасочных материалов на предварительно подготовленную поверхность металла.

Действие лакокрасочных покрытий обуславливается торможением коррозионных процессов на границе раздела металл - пленка. Это торможение может быть связано с ограниченной скоростью поступления веществ, необходимых для развития коррозионного процесса, повышенным электрическим сопротивлением материала пленки, специфическим влиянием адгезии, химическим и электрохимическим воздействием материала пленки на подложку.

Темой данного курсового проекта является проектирование участка грунтования кузова легкового автомобиля с размерами:

Длина - 4350 мм;

Ширина - 1680 мм;

Высота - 1420 мм.

1. Обоснование выбора технологического процесса, оборудования и материалов

1.1 Выбор технологии нанесения первого слоя грунта

Первый слой грунта необходимо нанести как на внешние, так и внутренние полости кузова легкового автомобиля. Поэтому для нанесения первого слоя грунта выбираем метод электроосаждения. В зависимости от того, где происходит нанесение лакокрасочного материала (на аноде или катоде), процесс электроосаждения может быть анодным (анофорез) или катодным (катофорез). Поскольку покрытия нанесенные методом катодного электроосаждения обладают более высокими антикоррозионными свойствами чем покрытия нанесенные методом анодного электроосаждения выбираем метод катодного электроосаждения.

Достоинства данного метода:

1) Полная автоматизация процесса окрашивания.

2) Высокая равномерность покрытия по толщине.

3) Хорошее прокрашивание изделий в труднодоступных местах.

4) Возможность регулирования толщины покрытия.

5) Отсутствие потерь лакокрасочного материала.

6) Улучшенные санитарно-гигиенические условия, так как применяемые лакокрасочные материалы на водной основе.

1.2 Выбор материала для первого слоя грунта

а) Катофорезный грунт В-ЭП-0101 ТУ 2312-128-05011907-96

Он представляет собой суспензию пигментов в растворе аддукта эпоксидной смолы с отвердителем и добавлением специальных компонентов. Соотношение пигмента со связующим 0,45-0,60. Предназначена для грунтования металлических деталей кузова легковых автомобилей, деталей грузовиков, дисков колес, днищ и др. Хорошо сочетается с промежуточной грунтовкой ЭП-0228, а также с верхним покрытием на основе синтетических пленкообразователей при отличной межслойной адгезии. Грунтовку наносят на поверхность методом холодного электроосаждения. Перед применением исходный материал нейтрализируется разбавленной муравьиной кислотой и разводится водой. Хранить при температуре от -40 до +30 0С, защищать от прямых солнечных людей.

Таблица №1.1

Техническая характеристика

б) Грунтовка В-ЭП-0196 ТУ 2312-001-00204151-99

Представляет собой суспензию пигментов в растворе эпоксидной смолы, модифицированной аминами, с отвердителем, с введением специальных добавок. Предназначена для грунтования кузовов и деталей грузовых и легковых автомобилей методом катодного электроосаждения. Обладает высокими защитными свойствами в среде кислот, щелочей и органических растворителей, стойка к действию соляного тумана, бензина, моторного масла, воды, имеет высокую проницающую способность.

Таблица №1.2

Техническая характеристика

в) Грунтовка В-КЧ-027 ТУ 6-10-1654-83

Представляет собой суспензию пигментов в лаке КЧ-0125. Предназначена для грунтования кузовов, деталей и узлов легковых автомобилей, способом анодного электроосаждения по фосфатированной поверхности.

Таблица №1.3

Техническая характеристика

г) Грунтовка В-КЧ-0271Э ТУ 6-21-49404743-200-94-98

Представляет собой суспензию пигментов в лаке КЧ-0125. Грунтовка не содержит в своем составе соединений свинца, хрома и других тяжелых металлов. Предназначена для грунтования кузовов, деталей и узлов легковых автомобилей, способом анодного электроосаждения по фосфатированной поверхности.

Таблица №1.4

Техническая характеристика

В данном курсовом проекте принимаем грунт для катодного электроосаждения В-ЭП-0101, так как у него более высокая проникающая способность чем у грунта В-ЭП-0196.

1.3 Выбор технологии нанесения второго слоя грунта

Второй слой грунта необходимо наносить в основном только на наружную поверхность кузова легкового автомобиля, поэтому выбираем комбинацию методов пневматического и электростатического распыления. Поскольку методом электростатического распыления невозможно нанести вторичный грунт на всю внешнюю поверхность кузова легкового автомобиля, ему должно предшествовать пневматическое распыление вторичного грунта на труднодоступные для автоматической установки электростатического распыления места.

Достоинства метода электростатического распыления:

1) Низкие потери ЛКМ - 5-10%.

2) Возможна полная автоматизация.

3) В связи с тем, что крайне низкие потери ЛКМ не требуются расходы на очистку воздуха от ЛКМ.

Достоинства метода пневматического распыления:

1) Универсальность. Можно наносить как жидкие, так и твердые материалы;

2) Возможность получения покрытий высоких классов.

3) Высокая производительность.

1.4 Выбор материала для второго слоя грунта

а) Грунтовка ЭП-0228 ТУ 6-10-1934-84

Представляет собой суспензию пигментов и наполнителей в растворе алкидно-меламино-формальдегидного лака с добавлением низкомолекулярной эпоксидной смолы. Предназначена для окраски поверхности кузова и деталей автомобиля, а также для подкраски участком кузова и других деталей автомобиля с целью защиты от коррозии под покрытия синтетическими эмалями. Грунтовку наносят на поверхность в два слоя методом электростатического или пневматического распыления. Перед применением грунтовку разбавляют до рабочей вязкости разбавителем Р-197 или смесью разбавителя Р-197 с ксилолом. При окраске в электрополе в производственных условиях допускается применение растворителя Р-83 или разбавителя РЭ-1В.

Таблица №1.5

Техническая характеристика

б) Грунтовка ЭП-0270 ТУ 6-21-49404743-126-2001

Представляет собой суспензию пигментов и наполнителей в растворе алкидно-меламино-формальдегидного лака с добавлением низкомолекулярной эпоксидной смолы. Предназначена для окраски поверхности кузова и деталей автомобиля, а также для подкраски участком кузова и других деталей автомобиля с целью защиты от коррозии под покрытия синтетическими эмалями. Грунтовку наносят на поверхность в два слоя методом электростатического и пневматического распыления. Перед применением грунтовку разбавляют до рабочей вязкости смесью разбавителя Р-197 с ксилолом в соотношении1:1.

Таблица №1.6

Техническая характеристика

Отличия грунта ЭП-0270 от грунта ЭП-0228: комплексное покрытие с эмалью имеет повышенные твердость и блеск. ЭП-0270 имеет хороший розлив при достаточно высокой устойчивости к стеканию с вертикальных поверхностей, технологична при нанесении, хорошо шлифуется, на комплексном покрытии риски от шлифовки практически не видны. Улучшена стойкость к сколам комплексного покрытия.

В данном курсовом проекте принимаем грунт ЭП-0270.

2. Технологические расчеты [8]

2.1 Режим работы участка

Эффективный фонд рабочего времени рассчитывается по формуле:

Тэф = (365 - В - П)*t*с*0,95, (2.1)

где В - число выходных дней;

П - число праздничных дней;

с - число смен в течение суток;

t - длительность смены.

Тэф = (365 - 102 - 14)*8*2*0,95 = 3785 ч.

Темп выпуска изделий (Тв) и часовая производительность (Пч) установки (участка) рассчитываются по формулам:

Тв = 60*к*Тэф/А, (2.2)

Пч = 60/Тв, (2.3)

где к - коэффициент использования оборудования, к = 0,95;

А - годовая производительность, м2.

Тв = 60*0,95*3785/220000 = 1мин/шт;

Пч = 60/1 = 60 шт/ч;

Скорость конвейера х определяется годовой производительностью, эффективным фондом времени и плотностью завески деталей на конвейере.

х = m*А/(60*к*Тэф*Р), (2.4)

где m - средний шаг завески подвесок конвейера, м;

Р - коэффициент заполнения конвейера Р = 0,8 - 0,9.

х = 1*220000/(60*0,95*3785*0,85) = 1,2 м/мин.

2.2 Расчет нормативов расхода материалов

Таблица 2.1

Расходные нормы ЛКМ

Нормы расхода ЛКМ рассчитываются по формуле:

N = 100*д*D/р*(1 - к), (2.5)

где N - норматив расхода материала, г/м2;

д - толщина покрытия, мкм;

р - сухой остаток ЛКМ, %;

к - коэффициент потерь.

Nр-ля = Np - Nи, (2.6)

где Nр-ля - норматив расхода растворителя (воды), необходимое для доведения исходного раствора до рабочей вязкости г/м2;

Nр - норма расхода ЛКМ при рабочей вязкости, г/м2;

Nи - норматив расхода ЛКМ при исходной вязкости, г/м2.

а) Расчет нормативов расхода ЛКМ и воды на электроосаждение.

При рабочей вязкости:

Nр = 100*15*1,4/30*(1 - 0,15) = 82,4 г/м2;

При исходной вязкости:

Nи = 100*15*1,4/76*(1 - 0,15) = 32,8 г/м2;

Норматив расхода воды:

Nводы = 82,4 - 32,8 г/м2.

б) Расчет нормативов расхода ЛКМ и растворителя на электростатическое распыление.

При рабочей вязкости:

Nр = 100*15*1,4/40*(1 - 0,1) = 58,3 г/м2;

При исходной вязкости:

Nи = 100*15*1,4/70*(1 - 0,1) = 33,3 г/м2;

Норматив расхода растворителя:

Nр-ля = 58,3 - 33,3 = 25 г/м2.

3. Технические расчеты

3.1. Расчет установки электроосаждения [1]

а) Определение размеров установки.

Длина установки

Lу = Lв + 2*Lт + 2Lпр + Lст, (3.1)

где Lв - длина ванны осаждения, м;

Lт - длина входного и выходного тамбуров (принимаем LТ = 1 м);

Lпр - длина зон промывок водой, м;

Lст - длина зоны стока после ванны электроосаждения (принимаем Lст = 1 м );

При транспортировании изделий подвесным конвейером Lв вычисляют как сумму длин горизонтальных проекций перегибов конвейера 2L1, длины горизонтального участка Lг и длины двух карманов 2Lк :

Lв = 2*L1 + Lг + 2Lк, (3.2)

L1 = 0,5*(L - l) + (H1 - 2*H)/tgб, (3.3)

где H1 - разность высот монорельса конвейера при подъеме и спуске конвейера при подъеме и спуске изделия в ванну электроосаждения;

L, l, H, б определяют по таблице 24 [1, с.189].

При шаге цепи конвейера 0,16 м и угле перегиба Ь = 15° L = 2,4 м, l = 0,4 м, H = 0,318 м; тогда разность высот монорельса Н1 (расчет - см. ниже) составляет 1,9 м, тогда

L1 = 0,5*(2,417 - 0,4) + (1,9 - 2*0,318)/tg15° = 5,8 м

Значение Lг вычисляют как произведение продолжительности электроосаждения на скорость конвейера (Lг = 2*1,2 = 2,4 м); Lк выбирают из расчета, чтобы объем двух карманов составил 0,1 объема ванны электроосаждения, т.е. Lк ? 1 м.

Lв = 2*5,8 + 2,4 + 2*1 = 16 м.

Длина Lпр зоны промывки водой складывается из длины зоны двух стоков (принимают длину одного стока Lст = 1,5 м) и длины зоны облива, равной произведению скорости конвейера на продолжительность облива (40 - 50 с) :

Lпр = 2*1,5 + 1,2*0,83 = 4 м.

Длина установки

Lу = 16 + 2*1 + 2*4 + 1 = 27 м.

Ширина ванны осаждения

Вв = Ви + 2*b, (3.4)

где Ви - ширина изделия, м;

b - расстояние от изделия до стенки ванны (принимаем b = 0,3 м).

Вв = 1,68 + 2*0,3 = 2,28 м.

Принимаем Вв = 2,3 м.

Ширина В установки в зоне электроосаждения

В = Вв + В1, (3.5)

где В1 - расстояние от ванны до внутренней стенки корпуса (для удобства обслуживания ванны принимаем В1 ? 1 м).

В = 2,3 + 1 = 3,3 м.

Ширина установки в зоне промывок водой

Впр = Ви + 2*b1, (3.6)

где b1 - расстояние от изделия до внутренней стенки корпуса с учетом расположения охватывающего контура (принимаем b1 = 0,4 м ).

Впр = 1,68 + 2*0,4 = 2,48 м.

Принимаем Впр = 2,5 м.

Полная ширина установки (с учетом зон обслуживания) Ву = 4,5 м.

Высота ванны осаждения

Нв = Ни + 2*h, (3.7)

где Ни - высота изделия, м;

h - расстояние от низа изделия до зеркала ванны (принимаем h = 0,3 м).

Нв = 1,42 + 2*0,3 = 2,02 м.

Принимаем Нв = 2 м. Полная высота ванны осаждения с учетом установки ее на отметке 0,5 м от пола :

Нвп = Нв + 0,5; (3.8)

Нвп = 2 + 0,5 = 2,5 м.

Высотная отметка монорельса при нижнем положении изделия

Нм.н. = hн + Hи + hп, (3.9)

где hн - расстояние от уровня пола до изделия (принимаем hн = 0,8 м);

hп - расстояние от верха изделия до монорельса (принимаем hп = 1 м).

Нм.н. = 0,8 + 1,42 + 1 = 3,22 м.

Высотная отметка монорельса при верхнем положении изделия и зазоре, равном 0,2 м

Нм.в. = Нвп + Ни + hп + 0,2; (3.10)

Нм.в. = 2,5 + 1,42 + 1 + 0,2 = 5,12 м.

Разность высот монорельса

Н1 = Нм.в. - Нм.н; (3.11)

Н1 = 5,12 - 3,22 = 1,9 м.

Объем ванны осаждения

Vв = Lв*Вв*Нв*0,8; (3.12)

Vв = 16*2,3*2*0,8 = 58,9 м3.

Принимаем Vв = 60 м3. Ширина транспортного проема

Вт.п. = Ви + 2*Вз, (3.13)

где Вз - расстояние между изделием и проемом (принимаем Вз = 0,15 м).

Вт.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м.

Высота транспортного проема

Нт.п. = Ни + 2*h1, (3.14)

где h1 - расстояние по высоте от входного проема до изделия, h1 = 0,1 - 0,15 м.

Нт.п. = 1,42 + 2*0,15 = 1,72 м.

Высота установки электроосаждения Ну = 6 м.

б) Расчет вентиляционных систем.

Объем приточного воздуха за 1 ч, м3 ,

Vпр = n*Vз.ос., (3.15)

где n - кратность обмена воздуха в установке за 1 ч (принимаем n = 50);

Vз.ос. - объем зоны осаждения (над ванной), м3.

Vз.ос. = Lв*(Вв + В1)*(Нм.в. - Нвп); (3.16)

Vз.ос. = 16*(2,3 + 1)*(5,12 - 2,5) = 137,3 м3.

Vпр = 50*137,3 = 6865 м3/ч.

Принимаем вентилятор с напором Р = 700 Па

Выбираем вентилятор Ц 4-70 № 5 со следующей характеристикой [6, с.151]:

Q = 7000м3/ч; Р = 700 Па; з = 0,75; щ = 150 с-1.

Требуемая мощность электродвигателя

N = Q*P*Kз/3600*1000*з*зп*зр, (3.17)

где Q - производительность вентилятора, м3/ч;

Р - давление вентилятора, Па;

Кз - коэффициент запаса;

з, зп, зр - соответственно КПД вентилятора, привода и зубчатой передачи.

N = 7000*700*1,1/3600*1000*0,75*0,96*0,95 = 2,18 кВт.

Выбираем электродвигатель типа АО2-22-4 со следующей характеристикой [6, с.173]:

N = 2,2 кВт; n = 1500 мин-1.

в) Расчет системы перемешивания.

Внешняя система перемешивания.

Подачу насоса для циркуляции Vнц выбирают в расчете на двух- трехкратный обмен лакокрасочного материала в ванне за 1 ч:

Vнц = 2*Vв; (3.18)

Vнц = 2*60 = 120 м3/ч.

Подбираем циркуляционный насос ОХ6-70ГС-2 со следующей характеристикой [9, с.14]:

Q = 132,2 м3/ч;

з = 0,75.

Насос комплектуем электродвигателем АО12-55-8 со следующей характеристикой [9, c.14]:

Nн = 250 кВт; n = 750 мин-1.

Диаметр нагнетательной трубы от насоса в ванну

dн = (Vнц/(3600*хл*0,785))0,5, (3.19)

где хл - скорость движения лакокрасочного материала по трубе (принимаем хл = 2 м/с ).

dн = (120/(3600*2*0,785))0,5 = 0,15 м.

Внутренняя система перемешивания. Расчетная производительность V мешалок для лакокрасочного материала зависит от его вида и кратности обмена - минимальный (10) или максимальный (60) за 1 ч. При числе мешалок n = 2

Vmin = 10*Vв/n; (3.20)

Vmax = 60*Vв/n; (3.21)

Vmin = 10*60/2 = 300 м3/ч.

Vmax = 60*60/2 = 1800 м3/ч.

Диаметр трубы для слива лакокрасочного материала, м,

dсл = (8*f*(Hж)0,5/(ф*б*р*(2g)0,5))0,5, (3.22)

где f - площадь поперечного сечения трапецеидальной ванны, м2;

Нж - уровень жидкости в ванне, м;

ф - продолжительность слива, с;

б - коэффициент расхода (принимаем б = 0,62);

g - ускорение свободного падения.

dсл = (8*22*(2,1)0,5/(1800*0,62*3,14*(2*9,81)0,5))0,5 = 0,128 м.

г) Тепловой расчет зоны электроосаждения.

Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения

Q = q*Gf, (3.23)

где q - количество теплоты выделяющейся в процессе электроосаждения с 1 м2 поверхности изделия, q = 0,4…0,8 МДж/ч;

Gf - производительность по окрашиваемой поверхности, м2/ч.

Q = 0,67*4800 = 3216 МДж/ч.

Потери теплоты в зоне осаждения складывается из потерь на нагревание изделия Q1 и на испарение влаги Q2

Потери теплоты на нагревание изделия

Q1 = Gm*cи*?t, (3.24)

где Gm - производительность по массе изделий, кг/ч;

си - удельная теплоемкость изделия (для стали си = 0,48кДж/(кг*°С));

?t - температура нагрева изделий (принимаем ?t = 5°С).

Q1 = 18000*0,48*5 = 43,2 МДж/ч.

Потери тепла на испарение влаги

Q2 = gв*F1*r, (3.25)

где gв - масса влаги, испаряющейся за 1 ч с 1 м2 зеркала ванны (принимаем gв = 0,18…0,22 кг/м2*ч);

F1 - площадь зеркала ванны (F1 = 16*2,3 = 36,8 м2);

r - теплота парообразования воды, r = 2258 кДж/кг.

Q2 = 0,2*36,8*2258 = 16,6 МДж/ч.

Сумма потерь теплоты при эксплуатации

?Qn = (Q1 + Q2)*кз, (3.26)

где кз - коэффициент запаса, кз = 1,1 - 1,3.

?Qn = (43,2 + 16,6)*1,2 = 71,8 МДж/ч.

Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения без учета потерь теплоты при эксплуатации

Q3 = Q - ?Q; (3.27)

Q3 = 3216 - 71,8 = 3144,2 МДж/ч.

Расход воды на охлаждение лакокрасочного материала

Gв = Q3/(c*?tм), (3.28)

где ?tм - разность температур воды на входе и выходе из теплообменника (принимаем ?tм = 20 - 10 °С);

св - удельная теплоемкость воды, св = 4,19 кДж/(кг*°С).

Gв = 3144,2*10-3/(4,19*10) = 75040 кг/ч.

Расчетная поверхность теплообмена

Fм = Q3/(к*?tм), (3.29)

где к - коэффициент теплопередачи (принимаем к = 1,17 МВт/(м2*°С)).

Fм = 3144,2/(1,17*10) = 268,7 м2.

д) Расчет системы промывки.

Зона первой промывки. Для удаления с изделия избытка лакокрасочного материала и пены в зоне электроосаждения устанавливаем один контур промывки с форсунками типа ФК - 01. Для промывки используем деминерализованную воду, поступающую непосредственно из сети. Вода стекает в ванну электроосаждения. На контуре 14 форсунок (10 запасных). Производительность форсунки 0,54 м3/ч при давлении 0,1МПа

Расход воды через форсунки контура

Qв = n*qф, (3.30)

где n - количество форсунок,

qф - производительность форсунки, м3/ч.

Qв = 4*0,54 = 2,16 м3/ч.

Зона второй промывки. Для подачи ультрафильтрата устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП - 01 производительностью 0,42 м3/ч при давлении 0,07 МПа. Общий расход ультрафильтрата рассчитываем по формуле (3.30)

Qуф = 0,42*10*16 = 67,2 м3/ч.

Зона третьей промывки.

Для подачи воды устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП - 01 производительностью 0,42 м3/ч при давлении 0,07 МПа.

Общий расход воды рассчитываем по формуле (3.30)

Qв = 0,42*10*16 = 67,2 м3/ч.

Определим расход свежей воды из расчета 8 л на 1 м2 окрашиваемой поверхности (с учетом заданной производительности GF = 4800 м2/ч ):

Qсв.в. = 4800*0,008 = 38,4 м3/ч.

3.2 Расчет конвективной сушильной установки для сушки первого слоя грунта [7]

а) Определение размеров сушильной камеры.

Ширина транспортного проема

b1 = b + 2*b2, (3.31)

где b - ширина изделия, b = 1,62 м;

b2 - зазор по ширине между изделием и проемом, b2 = 0,15 м [1].

b1 = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ? 2 м.

Высота транспортного проема

h1 = h + 2*h2, (3.32)

где h - ширина изделия, h = 1,42 м;

h2 - зазор по высоте между изделием и проемом, h2 = 0,1 м [1].

h1 = 1,42 + 2*0,1 = 1,62 м ? 1,7 м.

Ширина камеры (с учетом размещения воздуховодов)

В = b + bвоз, (3.33)

где bвоз - зазор по ширине между изделием и стенкой установки равный 0,7 м в соответствии с ГОСТ 23093-78.

В = 1,68 + 2*0,7 = 3,08 м ? 3,1 м.

Длина камеры

L = ф*х + 2*LT, (3.34)

где ф - время сушки, ф = 30 мин;

х - скорость конвейера, х = 1,2 м/мин;

LТ - длина тамбура, LТ = 1,5м.

L = 1,2*30 +2*1,5 = 39 м.

Высота камеры

Н = h + 0,8 + 1,32; (3.35)

Н = 1,42 + 0,8 + 1,32 = 3,54 м ? 3,6м.

Размеры проема в месте прохождения конвейера с учетом размеров каретки

bз = 0,3 м; hз = 0,4 м.

Площадь транспортного проема

Fпр = b1*h1 + (b1 + bз)/2*(1,32 - h2 - hз) + bз*bз; (3.36)

Fпр = 2*1,7 + (2 + 0,3)/2*(1,32 - 0,1 - 0,4) + 0,3*0,4 = 4,7 м2.

Поверхность стен сушильной камеры

F1 = 2*(L + B)*H - 2*Fпр; (3.37)

F1 = 2*(39 +3,1)*3,6 - 2*4,7 = 294 м2.

Поверхность потолка и пола сушильной камеры

F2 = 2*L*B; (3.38)

F2 = 2*39*3,1 = 242 м2.

Поверхность наружных воздуховодов

F3 = 2*L; (3.39)

F3 = 2*39 = 78 м2.

б) Расход теплоты в сушильной камере.

Тепловые потери через внешние ограждения камеры

W1 = (F1*k1 + F2*k2 + F3*k3)*(tc - tн), (3.40)

где tс - температура сушки, tс = 180 °С;

tн - температура воздуха в цехе, tн = 15°С.

В качестве теплоизоляции выбираем минеральную вату (слой толщиной 0,08 м). Тогда коэффициенты теплопередачи [1, с. 217], кДж/(м2*ч*°С)

k1 = k2 = 3,73; k3 = 7,54.

W1 = (294*3,73 + 242*3,73 + 78*7,54)*(180 - 15) = 294489 кДж/ч.

Расход тепла на нагрев изделий и транспорта

W2 = Gизд*сизд*(t2изд - tн) + Gтр*стр*(t2тр - tн), (3.41)

где Gизд - производительность установки по массе изделий, Gизд=18000 кг/ч; сизд, стр - удельная теплоемкость изделий и транспорта, сизд = стр = 0,48 кДж/(кг*°С); Gтр - производительность установки по массе транспортных средств, Gтр = 3800 кг/ч; t2изд и t2тр - соответственно, температура изделия и транспорта на выходе из сушильной камеры.

Значения t2изд и t2тр рассчитываем по формуле (3.42)

ф = S*с*cизд/(k*б)*2,3*lg[(tc - tн)/(tc - t2)] , (3.42)

где S - толщина нагреваемого изделия, м;

с - плотность нагреваемого изделия, с = 7800 кг/м3;

k - коэффициент формы, k = 1;

б - коэффициент теплоотдачи от воздуха к изделию, (принимаем б = 29,3 кДж/(м2*ч*°С)) [1, с. 217];

t2 - температура изделия при выходе изделия из камеры, °С.

Учитывая, что Sизд = 0,0014 м; Sтр = 0,005 м, тогда

0,5 = 0,0014*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 - 15)/(180 - t2изд)];

0,5 = 0,005*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 - 15)/(180 - t2тр)].

Решая эти уравнения, получим

t2изд = 170 °C и t2тр = 105°С.

W2 = 18000*0,48*(170 - 15) + 3800*0,48*(105 - 15) = 1503360 кДж/ч.

Расход теплоты на нагрев и испарение воды с изделий

W3 = Gв*[cв*(tc - tн) + r], (3.43)

где Gв - масса воды, поступающая с изделиями в камеру, кг/ч;

r - теплота испарения воды, r = 2400 кДж/кг [2, с.516].

Gв = Gуд*Fизд, (3.44)

где Gуд - масса воды на 1 м2 поверхности изделия (в зависимости от группы сложности изделия принимают Gуд = 0,05…0,15), кг/м2;

Fизд - производительность установки по обрабатываемой поверхности изделий, Fизд = 4800 м2/ч.

Gв = 0,1*4800 = 480 кг/ч.

W3 = 480[4,19*(180 - 15) + 2400] = 1483848 кДж/ч.

Расход теплоты на нагрев свежего воздуха

W4 = Gвоз*своз*(tc - tн), (3.45)

где Gвоз - масса воздуха, врывающегося через открытый проем в сушильную камеру, кг/ч;

своз - удельная теплоемкость воздуха, своз = 1 кДж/(кг*°С).

Масса воздуха, врывающегося через открытые проемы Gвоз, при наличии воздушных завес, если принято, что Gзав/Gвоз = 1 (где Gвоз = Gзав - масса воздуха подаваемого на воздушную завесу) рассчитывается по формуле (3.46) [1, с. 235]

Gвоз = Gзав = 2/3*3600*м*b1*hнл*(2*g*hнл*(сн - свн)*ссм)0,5, (3.46)

где м - коэффициент расхода воздуха через проем при наличии завесы;

hнл - расстояние от нейтральной линии до низа проема, м;

сн, свн, ссм - соответственно плотность воздуха в цехе, в установке и проеме, кг/м3.

Коэффициент м зависит от типа завесы (односторонняя или двухсторонняя), а так же от соотношения Gзав/Gвоз и Fщ/Fпр (где Fщ - площадь щели завесы, через которую выходит воздух, м2) и угла выхода струи завесы к плоскости проема.

Для расчета принимаем: размеры щели воздушной завесы 2,42 x 0,015 м (завесу устанавливаем по всей высоте проема с двух сторон); угол выхода струи завесы к плоскости проема б = 45°; температура смеси в проеме 75 °С. Тогда плотность воздуха будет равна, кг/м3 сн = 1,226; свн = 0,946; ссм = 1,013 [2, с.10].

Fщ/Fпр = 2*bм/bммм м, (3.47)

где bм - ширина щели, м;

bм м - приведенная ширина проема, м.

bмм м = Fпр/hпр, (3.48)

где hпр - суммарная высота проема, м.

hпр = 1,32 + h + h2; (3.49)

hпр = 1,32 + 2,42 + 0,1 = 3,84 м.

bмм м = 4,7/3,84 = 1,22 м.

Fщ/Fпр = 2*0,015/1,22 = 1/40,6.

Расстояние от нейтральной линии до низа проема

hнл = Fпр/2*b1; (3.50)

hнл = 4,7/2*2 = 1,8 м.

С учетом вышеуказанных условий получаем м = 0,160 [4, с.40].

Gвоз = Gзав = 2/3*3600*0,160*2*1,18*(2*9,81*1,18*(1,226 - 0,946)*1,013)0,5 = 2322 кг/ч.

Расход воздуха через два проема

Gмвоз = 2*Gвоз = 2*2322 = 4644 кг/ч.

Объемный расход воздуха через два проема

Vвоз = Gмвоз/своз, (3.51)

где своз - плотность воздуха, своз = 1,226 кг/м3.

Vвоз = 4644/1,226 = 3788 м3/ч.

Страницы: 1, 2