Проектирование промышленной установки по производству зарядов на основе СГС производительностью 7300 шт./год

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается технология изготовления зарядов «СГС».

СГС (Состав газогенерирующий скважинный) -- предназначен для создания избыточного давления в скважинах, пробуренных на нефть и газ, с целью разрыва пласта и повышения производительности скважин. А также изготовления зарядов для скважинных генераторов.

Заряд применяют в скважинах частично или полностью заполненных жидкостью (вода, нефть, кислоты, щёлочи) при давлении до 100 МПа и температуре до 170° С.

Удельный объём газообразных продуктов горения составляет 700 л/кг для обеспечения в скважине избыточного давления. Закон скорости горения в интервале от 0 до 1000 атм.:

Состав СГС поставляется потребителю в виде зарядов различной конфигурации, изготовленных из вальцованного полотна, и, как вещество, которое межзаводскому транспортированию не подлежит. Полотно, скатанное в рулоны, допускается к внутризаводскому транспортированию в технологической таре.

Конкурентом СГС являются баллиститные пороха, но при температуре более 80° С они начинают плавится. Кроме того при запуске они могут сдетонировать, а не гореть. Поэтому баллиститные пороха можно использовать только в неглубоких, не горячих скважинах. Состав СГС, в отличие от баллиститных порохов, лишён всех этих недостатков, что объясняет причину популярности состава СГС.

Целью курсового проекта является объединение специальных знаний для проектирования производства взрывчатых веществ, в свою очередь, ставятся определенные задачи: усовершенствовать технологическую схему процесса; заменить оборудование так, чтобы уменьшить ручной труд на стадиях процесса; привести нужные расчеты оборудования, чтобы подтвердить правильность его выбора; спроектировать монтажную схему цеха.

1. Аналитический обзор

СГС (Состав газогенерирующий скважинный) -- предназначен для создания избыточного давления в скважинах, пробуренных на нефть и газ, с целью разрыва пласта и повышения производительности скважин. А также изготовления зарядов для скважинных генераторов.

Технологический процесс производства зарядов “СГС” состоит из следующих основных стадий:

1) изготовление эластичного взрывчатого состава СГС.

2) вальцевание СГС;

3) прессование зарядов СГС;

4) резка и разбраковка зарядов СГС;

5) маркировка и упаковка готовой продукции.

ЭЭВ представляет собой однородную массу черного цвета, не содержащую посторонних включений.

Компонентный состав "СГС":

Массовая доля наполнителей (суммарно), %.

Фторопласт-4(4Д) 1,38.

Антиоксидант «Агидол 2» 0.47.

Калий хлорнокислый (перхлорат калия) 71,43.

Массовая доля связующих (суммарно), %.

Углерод технический(сажа) 0.13.

Каучук бутадиеннитрильный 9,15.

Сополимеры акрилонитрилбутадиенстирольные 9,16.

Этилацетат 8,31

Чувствительность к механическим воздействиям и взрывчатые характеристики ЭВВ "СГС":

Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88:1 - 48%.

Чувствительность к трению по ГОСТ Р 50835-95 на приборе К-44-3 (при ударном сдвиге):

Нижний предел: 217 Мпа.

Температура вспышки по ОСТ В 84-1582-78 (60 секунд): 280оС Тротиловый эквивалент 1,15

Токсичность состава в процессе приготовления определяется перхлоратом калия. Готового состава-этилацетатом.

Готовая продукция - эластичный трубчатый заряд - представляет собой цилиндр черного цвета со сквозными внутренними каналами.

Удельный объём газообразных продуктов горения составляет 700 л/кг для обеспечения в скважине избыточного давления. Закон скорости горения в интервале от 0 до 1000 атм.: U = 5, 87 * p0,415

Плотность состава ~ 1,7 -- 1,8 г/см3

Состав СГС может использоваться в большом количестве изделий, таких как: пороховые генераторы давления(ПГД), заряды скважинные твердотопливные (ЗПГК), заряды теплогазогенераторные (ЗТГГ).

1.1 Характеристика основных компонентов

Состав СГС состоит из энерноемкого наполнителя, антиоксиданта, полимерного горючего-связующего, и регулятора горения.

В таблице 1 представлен перечень основных материалов, используемых для создания композиции.

Таблица 1 - Перечень основных материалов

Наименование материала	Обозначение нормативного документа
1. Калий хлорнокислый(перхлорат калия)	ТУ 6-09-3801-76 ТУ 2147-471-05121441-2008
2. Сополимеры акрилонитрилбутадиенстирольные	ТУ 2214-019-00203521-96
3. Каучук бутадиеннитрильный ЮНКС-18АМН 1/”Цитропласт-18М”	ТУ 38.30313-2006/ ТУ 38.40350
4. Антиоксидант «Агидол-2» любой марки	ТУ 38.101617-80
5. Фторопласт марки 4(4Д)	ГОСТ 10007-80
6. Углерод технический для производства резины	ГОСТ 7885-76
7. Этиловый эфир уксусной кислоты (далее по тексту - этилацетат) технический любого сорта.	ГОСТ 8981-78

· Калий хлорнокислый ТУ 6-09-3801-76, ТУ 2147-471-05121441-2008.

Калий хлорнокислый представляет собой твердое кристаллическое вещество белого цвета. Плотность 2524 кг/м3. Температура плавления 610 оС. Термическое разложение начинается при температуре 400 оС, температур интенсивного разложения 525 оС. Мало растворим в воде (1,80 г в 100 г при 20 оС), не растворим в этаноле. При взаимодействии ультрафиолетовых лучей разлагается на хлористый калий и кислород.

Является окислителем, способствует самовозгоранию горючих веществ. Сам по себе калий хлорнокислый не взрывоопасен, но в смеси с горючими веществами способен давать взрывоопасные высокочувствительные смеси.

· Сополимеры акрилонитрилбутадиенстирольные ТУ 2214-019-00203521-96.

Сополимеры акрилонитриллбутадиенстирольные АБС представляют собой продукт сополимеризации акрилонитрила бутадиена и стирола(альфаметилстирола) в виде гранул от 2 до 5 мм. Плотность

1020-1060 кг/м3. Водопоглощения за 24 часа (по ГОСТ4650-80) - 0-0,20 %.

В виде гранул АБС не взрывоопасны, загораются при контакте с огнем. Температура самовоспламенения 395-450 оС, температура воспламенения 285-370оС. По ГОСТ 12.1.044-89 - горючее вещество.

· Каучук бутадиеннитрильный ТУ38.30313-2006.

Каучук бутадиеннитрильный представляет собой представляет собой бутадиена и акрилонитрила, резиноподобное вещество (поступает в виде блока). Плотность 950 кг/м3. Растворим в кетонах и этилацетате.

Токсичные свойства каучука определяются токсичностью остаточного количества бутадиена и акрилонитрила.

· Каучук бутадиеннитрильный ТУ38.30313-2006.

Каучук бутадиеннитрильный представляет собой представляет собой бутадиена и акрилонитрила, резиноподобное вещество (поступает в виде блока). Плотность 950 кг/м3. Растворим в кетонах и этилацетате.

Токсичные свойства каучука определяются токсичностью остаточного количества бутадиена и акрилонитрила.

· Антиоксидант "Агидол-2".

Антиоксидант "Агидол-2" является продуктом конденсации ортотретбутилпара-крезола с формальдегидом и применяется для стабилизации резин и каучуков. Антиоксидант "Агидол-2" представляет собой мелкий порошок белого цвета с температурой плавления 126-128 оС. Пожароопасен. Нижний концентрационный предел распространения пламени 10 г/м3. Для тушения "Агидола-2" применяют огнетушитель, песок.

· Фторопласт-4 ГОСТ 10007-80, фторопласт-4Д ГОСТ 14906-77

Фторопласт представляет собой мелкий однородный порошок белого цвета, без посторонних включений. При температуре до плюс 250С невзрывоопасен, не горюч.

· Этилацетат ГОСТ 8981-78

Этилацетат представляет собой легковоспламеняющуюся бесцветную жидкость с резким запахом. Плотность 1082 кг/м3; температура кипения 139,6С. Температура вспышки 40С; температура самовоспламенения 360С. Концентрационные пределы воспламенения паров в воздухе, % (об.): нижний 1,21, верхний 9,9.

1.2 Технологическая схема существующего производства

За основу взято существующее производство ФГУП «СКТБ «Технолог».

Технологический процесс изготовления состава «СГС» на данном производстве включает в себя следующие стадии:

1) Взвешивание компонентов.

2) Смешение компонентов.

3) Вальцевание состава.

4) Прессование зарядов.

5) Разбраковка и упаковка зарядов.

На рисунке 1 приведена упрощенная схема технологического процесса для удобства расчета материального баланса.

Рисунок 1 - Блок-схема технологического процесса

Подготовка материалов.

Перхлорат калия транспортируется со склада окислителей, вскрывается тара, разравнивается нитрат калия на противне, после чего отправляется на сушку в сушильный шкаф. Затем перхлорат калия измельчают на дисмембраторе. Затем взвешивают на весах.

Каучук, АБС, фторопласт, агидол, краситель, транспортируются со склада химреактивов, взвешивание также осуществляется на рабочем столе под зонтом вентиляции.

Этилацетат транспортируют со склада ЛВЖ, приготавливают навеску.

Смешение.

Смешение производится в смесителе ЗЛ-63-01-13К. Подготавливается оборудование, затем поочередно загружают в камеру смешения следующие навески:

1) раствор каучука и АБС в этилацетате,

3) "Агидол-2",

4) фторопласт-4 (4Д).

Управление процессом смешения ведут дистанционно, с пульта управления.

Нагревают содержимое смесителя. После выдержки 15 минут загружают половину расчетного количества перхлората калия и перемешивают 15 минут. Загружают оставшееся количество перхлората калия, а также краситель, перемешивают 20-40 минут. Далее следует выгрузка состава из смесителя.

Bальцевание состава.

Процесс вальцевания осуществляется на горизонтальных вальцах "DEMAG" в присутствии обслуживающего персонала. Подготовка вальцов. Проводится 4-5 прокаток до формирования массы в полотно. Затем проводят еще 10-15 прокаток. После последней прокатки лист, не складывая, помещают на рабочий стол и производят раскрой полотна с помощью острого ножа-шаблона. Полотно должно быть горячим.Далее полотно подвергают рулонированию путем плотного скатывания, готовые рулоны снабжаются ярлыками и передаются на прессование.

Прессование зарядов.

Прессование проводят на прессах Р-50 или УММ-50. Подготовка оборудования к работе. Рулоны укладываются в температурный шкаф для разогрева до температуры прессования. Устанавливают сверху пуанссон, ограничитель, выходят из кабины. Далее процесс прессования проводится дистанционно с наблюдением с пульта управления. Прессование проводится под давлением не более 350кгс/см2. Полученный цилиндр отправляют на следующую стадию.

Резка, разбраковка, упаковка зарядов.

Осуществляется вручную в кабине. Проверяют на отсуствие дефектов визуально. Используя мерительный инструмент или шаблон, производят скальпелем разрезку бездефектных участков заготовки в изделие. Упаковывают и маркируют.

2. Цели и задачи проекта

Целью курсового проекта является проектирование промышленной установки по производству зарядов на основе СГС производительностью 7300 шт/год. В основу положена разработанная схема производства СГС на предприятии ФГУП «СКТБ «Технолог», изложенная ранее.

Задачи данного проекта:

- собрать и обработать материалы по технологии производства СГС;

- выбрать технологическое оборудование;

- провести технологические расчеты;

- разработать чертежи технологической и строительно-монтажной схемы объекта.

3. Основная часть

3.1 Описание технологической схемы производства

Технологическая схема разрабатываемого производства представлена на рисунке 2.

Процесс изготовления зарядов также будет состоять из 5 стадий:

Рисунок 2 ? Технологическая схема производства

Подготовка компонентов.

Подготовка компонентов проводится в помещении 1. Калий азотнокислый, фторопласт-4(4Д), краситель и «Агидол-2» вручную загружаются в бункеры для сыпучих компонентов (Б1-4). Соответственно, из бункеров сыпучие вещества перемещаются вниз самотеком в бункеры-сушилки и дегидратор (БС8-10;ДГ7) . Было предложено заменить сушильные шкафы на бункеры-сушилки. При сушке в бункере, в отличие от сушки в сушильном шкафу, уже высушенная часть материала из нижней части бункера может ссыпаться сразу в загрузочное отверстие дисмембратора. Для перхлората калия необходим мягкий режим сушки, с температурой воздуха не больше 40C, для этой цели вместо сушилки был выбран дегидратор.

Дисмембраторы (ДМ11-14) располагаются на полу помещения 1. В них происходит измельчение сыпучих компонентов. Измельченные компоненты из дисмембраторов направляются в кабину 2 сжатым воздухом, попадая в бункеры-дозаторы (БД15-18), где навески будут находиться до следующей стадии процесса.

В помещении 1 также готовится раствор каучука и АБС в этилацетате. Из бункеров (Б5,Б6) и мерника (М20) происходит заполнение смесителя (СМ15), который оснащен перемешивающим устройством. Каучук, АБС и этилацетат смешиваются, а для дальнейшего растворения смесь направляют в лопастной смеситель (СЛ 22) в кабине 2.

Смешение компонентов.

Смешение компонентов происходит в лопастном смесителе типа ЗШ-200 в кабине 2. Предварительно наполненные бункеры-дозаторы (БД15-18) находятся выше по уровню, над смесителем. Смешение производится дистанционно. В камеру смешения подаются компоненты в порядке:

1) раствор каучука и АБС этил ацетате.

2) антиоксидант «Агидол-2».

3) фторопласт-4(4Д).

Смешение ведется при температурном режиме . Дают выдержку 10-20 минут, после чего загружают по половине расчетного количества калия хлорнокислого и снова перемешивают в течение 10-15 минут. По окончании второй выдержки производят загрузку в смеситель оставшихся перхлората калия, красителя, после чего перемешивают 20-40 минут. Контроль качества смешения производится визуально. Масса должна быть однородной по цветности - черного цвета цвета, без наличия комочков наполнителей (перхлорат калия).

Смешение занимает . После окончания смешения производят выгрузку состава «СГС» с помощью выгружного шнека. Состав выдавливается шнеком непосредственно на ленточный транспортер (ЛТ22), который направляет массу в кабину 3 на стадию вальцевания.

Вальцевание.

Процесс вальцевания осуществляется на горизонтальных смесительно-подогревательных вальцах Demag (Вал24) в кабине 3. Поверхность валков гладкая. Вальцевание проводится в присутствии обсуживающего персонала.

Диаметр валков 400 мм, длина 1000 мм, вальцы гладкие.

Температура рабочего валка должна быть , холостого .

Операция особо опасная.

Устанавливают зазор между валками , проводят сначала 4-5 прокаток для формирования массы в полотно, затем 10-15 прокаток. Процесс вальцевания считают законченным при получении равномерно сформированного полотна.

Полученный после последней прокатки лист помещают на рабочий стол с винилопластовым покрытием (СТ26), производят раскрой полотна с помощью острого шаблонного ножа. Разрезается только разогретое полотно. Одновременно с раскроем полотна производят удаление его дефектных участков, а также обрезание неровных краев. После раскроя полотно подвергают рулонированию, для предохранения от раскрутки рулон перевязывают киперной лентой.

Рулоны полуфабриката направляются в кабину 4 для стадии прессования посредством ленточного транспортера (ЛТ24).

Отходы вальцевания (остатки полотна после раскроя) помещают на приемный поддон, разогревают до температуры вальцевания и вводят в зазор между валками при вальцевании очередной порции состава «СГС».

Прессование.

Процесс прессования проводится в кабине.

Наибольшая номинальная нагрузка, кН - 500.

Рулоны помещают в темперационный шкаф для прогревания, после чего покидают кабину. По окончании времени разогрева входят в кабину и устанавливают разогретый рулон в матрицу пресс-инструмента, далее процесс ведут дистанционно. Давление должно возрастать плавно. Удельное давление прессования не должно превышать 600 кгс/см2, при этом сдвиговое усилие не должно превышать 700кг/см2.

Входят в кабину. Латунным ножом срезают выпрессованный цилиндр подают его на рабочий стол, режут на технологическую длину (0,5+0,05) м в заготовки изделий и раскладывают на ровной поверхности стола для остывания. В матрицу устанавливают следующий разогретый рулон полуфабриката и проводят очередное прессование.

По окончании прессования партии изделий входят в кабину, изделия перекладывают в ящик и переносят в кабину 5 на следующую стадию процесса.

Пресс гидравлический ДГ2428 - машина вертикальная, двухколонная с гидравлическим приводом перемещения подвижной траверсы.

Пресс состоит из нагружающего устройства и пульта управления. Нагружающее устройство находится в кабине и отделено бронедверью кабины с концевым выключателем и технологическим коридором от пультов управления, установленных в пультовой.

Пульт управления представляет собой блочную конструкцию. В нижней части пульта расположена насосная установка, снабженная кнопками «пуск» и «стоп», вентилем подачи масла и вентилем стабилизатора нагрузки. В верхней - силоизмерительный блок.

Контроль за процессом - визуальный, по силоизмерителю и ПТУ.

При нажатии кнопки «пуск» включается масляный насос, вентилем подачи масла масло подается к рабочему цилиндру, который поднимает траверсу пресса и создает давление в системе. Максимальное давление устанавливается вентилем стабилизатора нагрузки. По достижении величины выставленного давления, поршень вентиля, сжимая пружину, перемещается вверх и избыточная производительность насоса поступает через отверстие на слив. Ход траверсы «вверх» ограничивается концевым выключателем.

При нажатии кнопки «стоп» выключается масляный насос, система остается под давлением. Давление снимается поворотом вентиля подачи масла против часовой стрелки - масло идет на слив, траверса опускается под собственным весом до крайней нижней точки.

Процесс прессования может проводиться только при закрытой двери в кабину пресса. При случайном открытии двери срабатывает дверной концевой выключатель, и масляный насос выключается.

Перед прессованием изделий аппаратчик проверяет надежность срабатывания концевых выключателей на двери и на прессе на холостом ходу. вальцевание газогенерирующий скважинный смеситель

Аппаратчик убеждается в исправности силоизмерителя, предел измерения которого соответствует рабочему давлению.

Путем обжатия стальной болванки и поворотом вентиля стабилизатора нагрузки устанавливает нужное рабочее давление.

Пресс готов к работе.

Резка, разбраковка, упаковка, маркировка зарядов

Операция опасная. Осуществляется в кабине 5.

Заготовки зарядов помещают на рабочий стол (ст27). Обнаруженные дефекты помечают мелом. Используя мерительный инструмент или шаблон, производят скальпелем разрезку бездефектных участков заготовки в изделие. Поверхность трубки должна быть ровной, без воздушных и инородных включений, без слоистости. Допускается наличи незначительных задиров и мелких трещин.

Далее следует упаковка и маркировка зарядов.

4. Инженерные расчеты

4.1 Материальные расчеты

На рисунке 3 приведена блок схема производства

Рисунок 3 - Блок схема производства

В таблице 5 приведены пофазные потери производства.

Таблица 5 - Пофазные потери производства

	Наименование фаз	Потери	Примечания
		Возвратные	Безвозвратные	Общие
1	Дозировка компонентов: Калий хлорнокислый АБС Фторопласт-4 Каучук бутадиеннитрильный «Агидол-2» Сажа Этилацетат	- - - - - - -	0,2 0,2 - 0,2 - - - -	0,2 0,2 - 0,2 - - - -	Человеческий фактор.
2	Смешение компонентов	0,3	0,2	0,5	Сметка порошков.
3	Вальцевание	3	1	4	Улетучивание этилацетата; остатки полотна после раскроя.
4	Прессование	0,5	0,05	0,55	Обрезки полотна.
5	Развеска, упаковка, маркировка.	-	0,05	0,05	Разбраковка, испытания готовой продукции.

Расчет начинается с последней фазы, загрузка и потери сырья рассчитываются на каждой фазе последовательно. Расчет ведем на выпуск 1000кг изделий.

Фаза развески, упаковки, маркировки.

С учетом потерь, для получения 1000 кг «СГС», необходимо подать:

Всего потери составляют: , из них безвозвратные: .

Фаза прессования.

На фазу прессования с учетом потерь необходимо подать:

Всего потерь на фазе: ,

из них возвратные:

и безвозвратные: .

Фаза вальцевания.

,

Потери составляют:

из них возвратные:

и безвозвратные: .

Фаза смешения.

Выгрузка из смесителя:

,

Потери составляют:

из них возвратные:

и безвозвратные: .

Для смешения компонентов в смеситель необходимо подать:

· Калий хлорнокислый (71,4%) - 752,22кг

· Фторопласт-4 (1,4%) - 14,749кг

· Каучук (9,2%) - 96,925кг

· АБС(9,2%) - 96,925кг

· «Агидол-2» (0,5%) - 5,267кг

· Краситель (0,1%) - 1,054кг

· Этилацетат (8,2%) - 86.389кг

1. Фаза взвешивания компонентов.

Потери при подготовке:

Калий хлорнокислый:

Необходимо подать:

,

безвозвратные потери:.

Каучук:

Необходимо подать:

,

безвозвратные потери:.

Аналогично рассчитываются безвозвратные потери и приход для АБС

В таблице 6 представлены балансовые данные производства.

Таблица 6 - Балансовая таблица производства

	Название фазы	Приход, кг	Расход, кг
			Выход продукта	Потери
1	Смешение компонентов Калий хлорнокислый Каучук Фторопласт-4 АБС «Агидол-2» Краситель Этилацетат	753,727 97,119 14,749 97,119 5,267 1,054 86,389	752,2 96,95 14,79 96,95 5,267 1,054 86,389	1,507 0,194 - 0,194 - - -
2	Смешение компонентов Загрузка: Калий хлорнокислый Каучук Фторопласт-4 АБС «Агидол-2» Краситель Этилацетат Выгрузка:	752,22 96,925 14,749 96,925 5,267 1,054 86,389 1053,528	752,22 96,925 14,749 96,925 5,267 1,054 86,389 1048,260	- - - - - - - 5,268
3	Вальцевание	1048,260	1006,033	42,227
4	Прессование	1006,033	1000,5	5,533
5	Развеска, упаковка, маркировка	1000,5	1000	0,5

Зная компонентный состав «СГС» и производительность 292кг/сут, можно рассчитать, сколько нужно каждого продукта на каждый рабочий день. Данные сведем в таблицы по расходу и потерям с пересчетом на час, смену, месяц и год. В таблице 7 содержатся данные о загрузке сырья по фазам производства.

Таблица 7 - Загрузка сырья по фазам производства во времени

	Фаза	В смену	В сутки	В год
1	Взвешивание компонентов Калий хлорнокислый Каучук Фторопласт-4 АБС «Агидол-2» Краситель Этилацетат	220,09 28,36 4,3 28,36 1,54 0,31 25,225	220,09 28,36 4,3 28,36 1,54 0,31 25,225	55022,07 7090,00 1075 7090,00 385 77,5 6306,25
2	Смешение компонентов Калий азотнокислый Каучук Фторопласт-4 АБС «Агидол-2» Краситель Этилацетат Выгрузка:	219,65 28,30 4,3 28,30 1,54 0,31 25,225 307,625	219,65 28,30 4,3 28,30 1,54 0,31 25,225 307,625	54912,5 7075 1075 7075 385 77,5 6306,25 76906,25
3	Вальцевание	306,09	306,09	76522,5
4	Прессование	293,76	293,76	73440,41
5	Развеска, упаковка, маркировка	292,1	292,1	73036,5

В таблице 8 представлены пофазные потери.

Таблица 8 - Общие пофазные потери

№	Фаза	Общие потери, кг
		В смену	В сутки	В год
1	Взвешивание компонентов	0,55	0,55	138,34
2	Смешение компонентов	1,54	1,54	384,56
3	Вальцевание	12,33	12,33	3082,6
4	Прессование	1,61	1,61	389,46
5	Развеска, упаковка, маркировка	0,14	0,14	402.5

В таблице 9 представлены безвозвратные потери по стадиям производства в смену, сутки и год.

Таблица 9 - Безвозвратные пофазные потери

№	Фаза	Безвозвратные потери, кг
		В смену	В сутки	В год
1	Взвешивание компонентов	0,55	0,55	138,34
2	Смешение компонентов	0,61	0,61	153,82
3	Вальцевание	3.06	3.06	765,23
4	Прессование	0,14	0,14	35,23
5	Развеска, упаковка, маркировка	0,146	0,146	36,5

В таблице 10 рассчитан расход компонентов на одну операцию.

Таблица 10 - Загрузка компонентов на одну операцию

№	Наименование	Расход на одну операцию, кг
1	Калий хлорнокислый	220,09
2	Каучук	28,36
3	АБС	28,36
4	Фторопласт-4	4,3
5	Агидол-2	1,54
6	Этилацетат	25,225
7	Краситель	0,31
	Итого	307,625

4.2 Технологические расчеты

Расчет оборудования.

Расчет смесителя ЗШ-200.

Для технологического процесса изготовления СГС был выбран смеситель типа ЗШ(СРКШ) - смеситель с Z-образными лопастями и выгружным шнеком. Он предназначен для приготовления вязких, высоковязких, пастообразных и пластических смесей в химической, полимерной, фармацевтической и пищевой промышленности.

Преимуществами смесителей ЗШ являются: простота конструкции и надежность в эксплуатации, возможность смешивания абразивных и взрывоопасных материалов, возможность смешивания материалов без разрушения частиц, широкий диапазон рабочих объемов, и самое главное - облегчение выгрузки готовой смеси реверсивным шнеком.

Исходными данными для расчёта являются: производительность смесителя, время цикла смешивания, средняя плотность смеси. В результате расчёта определим необходимый объем смесителя.

Найдем плотность смеси по формуле:

где сi - плотность i-ого компонента, кг/м3 .

Плотности исходных веществ представлены в таблице 11.

Таблица 11 - Плотность исходных веществ

	Перхлорат калия	Фторопласт 4	Каучук	АБС	Этилацетат	Агидол-2	Сажа
с, г/см3	2,52	2,20	0,95	1,04	1,082	1,15	1,8

Зная массовые доли наполнителей и связующих, рассчитаем плотность смеси, которая подается в смеситель:

,

где в знаменателях - плотности калия хлорнокислого, фторопласта-4, каучука, АБС, агидол-2, сажи, этилацетата соответственно.

Мы можем рассчитать объем смеси, занимаемый в камере смесителя по формуле:

, (2)

где - производительность за загрузку, - плотность смеси в смесителе.

Так же мы можем рассчитать мощность на перемешивание смеси.

(3)

Исходя из найденного объема и мощности, выбираем смеситель ЗШ-200 с параметрами:

Корпус, торцовые стенки, выгрузочный патрубок имеют рубашки для нагрева или охлаждения приготовляемой массы. Смеситель снабжен необходимыми штуцерами, люками, приборами для измерения давления и температуры. Смесители изготовляются из углеродистых и коррозионностойкой сталей. Среда в смесительной камере для смесителя исполнения ВРК - коррозионная, взрывоопасная, категории и группы IIA-T4 по ГОСТ 12.1.011-78.

В таблице 12 представлены технические характеристики смесителя ЗШ-200.

Таблица 12 - Технические характеристики ЗШ-200

Рабочий объем смесителей камеры, м3	0,2
Давление рабочее, МПа (кГс/см2), не более
- в смесительной камере	избыточное 0,01 (0,1)
- в рубашке	0,6(6)
Температура рабочая, С, не более
- в смесительной камере и в рубашке	от -20 до +160
- в полости шнека	от -20 до +100
Привод лопастей:
-мощность, кВт	15
- частота вращения, с-1 (об/мин)	25(1500)
Частота вращения рабочих органов, с-1 (об/мин)
- быстроходного ротора	0,793 (47,6)
- тихоходного ротора	0,529 (31,7)
- шнека	1
Масса, кг, не более	6400
Габаритные размеры, мм
длина\ширина\высота	2510\1400\1500

4.3 Тепловой расчет смесителя

Выбранный ранее смеситель ЗШ-200 имеет рубашку для подачи теплоносителя. Рассчитаем время нагрева смеси в смесителе, зная единовременную загрузку, площадь теплообмена и температурный режим.

Для данного смесителя характерен не установившийся режим теплообмена.

Определим температурный режим смесителя:

Схема процесса представлена на рисунке 4.



Рисунок 4 - Температурный режим смесителя

В смесителе (смесь нагревается): , через ф мин

В рубашке (вода охлаждается): , через ф мин .

Средняя разность температур для периодического процесса нагрева жидкости в смесителе:

(4)

(5)

Величина А постоянна для всего процесса охлаждения. Для любого момента времени, когда температура нагреваемой смеси равна .

При расчете принимаем: .

Средняя конечная температура греющей жидкости (воды):



Теплофизические параметры смеси:

Учитывая массовый компонентный состав, можно определить теплопроводность, вязкость, теплоемкость смеси. Перемешиваемую смесь составляет калий хлорнокислый, в преобладающем количестве, а также каучук и АБС и этилацетат.[2,3,4] Остальные компоненты составляют менее 2% и не окажут сильного влияния на параметры смеси.

Теплоемкости компонентов смеси указаны в таблице 13.

Таблица 13 ? Теплоемкость компонентов смеси

	перхлораткалия	АБС	Каучук	Этилацетат
ссм, Дж/кг·К	985	2600	1500	172

Для операции смешения можно составить следующий тепловой баланс:

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

где Q1 - тепло, вносимое реагентами;

Q2 - тепло, подводимое от теплоносителя;

Q3 - тепловыделение в результате вращения мешалок;

Q4 - теплота смачивания твердых компонентов жидкими;

Q5 - теплота реакции полимеризации;

Q6 - теплота необходимая для нагрева массы до заданной температуры;

Q7 - потери тепла.

Рассчитывая нужное количество теплоты относительно тепла теплоносителя, получаем:

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

Вклад теплот Q3, Q4, Q5 относительно мал, поэтому ими можно пренебречь. Таким образом (12) можно привести к виду:

Q = Q2 = Q6 + Q7 - Q1 (6)

где c - теплоемкость вещества, Дж/кг•К

G - масса вещества, кг;

t - температура вещества, єС;

t1 - начальная температура топливной массы, єС.

Теплоносителем является вода. Тогда Q2 по формуле:

где св - теплоемкость воды, Дж/кг•К; Gв - расход воды, кг/с;

tн - температура воды на входе в рубашку, єС;

tк - температура воды на выходе из рубашки, єС.

Теплоту для нагрева топливной массы найдем по формуле:

где cтм - теплоемкость топливной массы, Дж/кг•К; Gтм - масса смеси, кг; t2 - конечная температура топливной массы, єС. Температура топливной массы при смешении 60 єС.

Рассчитаем тепловой баланс.

Масса топлива, загружаемая в смеситель 493,344 кг.

Расход охлаждающей воды:

(10)

(11)

Тогда:

Основное уравнение теплового расчета - уравнение теплопередачи:

где Q - тепловой поток, Вт; K -коэффициент теплопередачи, Вт/м2•К; Дtср - движущая сила процесса, K; F - площадь поверхности теплообмена, м2. Подставляя в уравнение (13) соответствующие найденные формулы, получим:

(13)

Данное уравнение характеризует две стадии процесса теплообмена. Первая стадия - нагревание смеси до требуемой температуры. Она зависит от поверхности теплообмена и интенсивности теплопередачи. Решение уравнения позволяет найти время нагрева смеси. Вторая стадия - поддержание требуемой температуры смеси. Эта стадия описывается вторым слагаемым уравнения , т.е. в результате расчёта необходимо определить с каким расходом и температурой требуется подавать теплоноситель в рубашку аппарата, учитывая тепловые потери в окружающую среду.

Рассчитаем теплоту потерь подставляя формулу (12) в формулу (6):

+

Коэффициент теплоотдачи для воды .

Эмпирические опыты, проведенные на аппарате ЗЛ-63-01-13К, имеющим аналогичную форму мешалки показали, что для данной смеси

Рассчитаем коэффициент теплопередачи К:

, (14)

где д - толщина стенки в нашем случае 2,5 мм; л - коэффициент теплопроводности металла (сталь нержавеющая) - л= 17,5 Вт/(м•К); rзагр - тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны воды 5800 Вт/(м2•К), со стороны смеси 5800 Вт/(м2•К).

Время нагревания смеси вычисляется по формуле:

, (15)

- поверхность теплообмена смесителя (из каталога). .

Таким образом, поверхность теплообмена выбранного аппарата удовлетворяет заданному технологическому режиму.

5. Строительная часть

В данном курсовом проекте одной из основных задач являлось построение строительно-монтажной схемы. Здание выбрано одноэтажное высотой 6 м с плоской кровлей. Длина здания 24 м, ширина - 12 м. Фундамент здания железобетонный монолитный, глубина заложения - 1,1 м.

Внешние стены являются несущими, выполнены из кирпича толщиной 1.5 кирпича (380 мм). Внутренние перегородки - толщиной 0.5 кирпича.

Объемно-планировочное решение продиктовано технологическими процессами и габаритами оборудования.

Основное производственное здание представляет собой одноэтажное здание павильонного типа.

В здании установлены 3 бронекабины, стены которых выполнены из железобетона, толщиной 500 мм. Размер кабин - 3х6 м. К бронекабинам пристроены вышибные дворики без крыши.

Здание снабжено приточно-вытяжной вентиляцией и системой воздушного отопления.

Заключение

В данном курсовом проекте в соответствии с заданием был спроектирован цех по производству трубчато-эластичных зарядов, производительностью 73 т/г. В основу проекта положена существующая технологическая схема производства «СГС» ФГУП «СКТБ «Технолог».

По сравнению с базовой технологической схемой был внесен ряд усовершенствований:

1) На стадии подготовки компонентов: установлены бункеры-дозаторы сыпучих веществ; заменены сушильные шкафы на бункеры-сушилки с автоматической выгрузкой; установлены мерники для жидких компонентов, мерник для раствора этилацетата (смесь нагнетается в смеситель шестерёночным насосом), вследствие чего устранена фаза взвешивания на весах, что уменьшает количество ручного труда.

2) На стадии смешения компонентов: был заменен лопастной смеситель на лопастной смеситель со шнековой выгрузкой, что облегчает выгрузку массы (так как она достаточно вязкая). Шнек продавливает смесь на ленточный транспортер, что облегчает перемещение продукта между фазами.

3) На стадии прессования: так как используемые на производстве в «ФГУП «Технолог» прессы Р-50 сняты с производства, в курсовом проекте был выбран усовершенствованный вариант - гидравлический пресс проходного прессования ДГ2428. Его преимущество - переход от ручного управления к цифровой системе измерения и управления.

Были проведены технологические расчеты - тепловой и механический расчеты смесителя, которые подтвердили правильность выбора именно этого типа смесителя. Прочностные условия выполняются.

Таким образом, можно сделать вывод, что данный проект технологически целесообразен.

Список литературы

1) Регламент технологического процесса мелкосерийного производства зарядов на основе СГС, ТР 05121441-131-2003, СПб.: ФГУП «СКТБ «Технолог», 2003. - 109с.

2) Справочник азотчика. - М.: "Химия", 1987. - 464с.

3) Луцко А.Н. Прикладная механика: Пособие по проектированию / А.Н. Луцко, М.Д. Телепнев, В.М. Барановский, В.З. Борисов, В.А. Яковенко, Н.А. Марцулевич. - СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2005. - 213 с.

4) Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов: Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. - 576 с.

5) Сахин, В.С. Правила оформления технологических схем: методические указания / В.С. Сахин, Г.Я. Гуменюк, В.В. Петров. СПБ.: СПБГТИ(ТУ), 2010. - 39с.

6) Гуменюк Г.Я. Основы технологического проектирования производств энергонасыщенных материалов: учебное пособие / Г.Я. Гуменюк, Е.А. Веретенников; СПБГТИ(ТУ)- СПб., 2012. - 73с.

Размещено на Allbest.ru

...