Реконструкция цеха экстракционной фосфорной кислоты ОАО “ГХЗ”

6 Расчет основного и подбор  вспомогательного оборудования

6.1 Технологический расчет

Исходные  данные согласно [15]: экстрактор прямоугольного сечения предназначен для получения 28% по Р₂О₅ кислоты, продолжительность экстракции 4,6 часа, производительность ЦФК 110000т/год, в год отработано 8760ч, при этом расходуется на 1 т 100% Н₃РО₄ 2,784т фосфорсодержащего сырья, 2,78т серной кислоты, 12,364т раствора разбавления

Рассчитаем  часовой расход сырья.

Расход апатитового концентрата, Р₁:

Р₁=110000∙2,784/8760=34,96 т/ч.

Расход серной кислоты, Р₂:

Р₂=110000∙2,78/8760=34,91т/ч.

Расход раствора разбавления, Р₃:

Р₃=110000∙12,364/8760=155,256т/ч.

Рассчитаем  объем экстрактора.

Часовая производительность, Q, м^3/ч , определяется по формуле:

Q= (Р₁+ Р₂+ Р₃)/p,           (6.1)

где p – плотность суспензии, т/м³

                      Q= (34,91+34,96+155,256)/1,43=157,42 м^3/ч.

Объем экстрактора  равен:

Vа= Q∙τ∙α/φ∙n,           (6.2)

где τ – время пребывания реакционной суспензии в экстракторе, ч;

α – коэффициент запаса производительности по [23] табл. 144

φ – коэффициент заполнения экстрактора по [23] табл. 147

n – число экстракторов.

                          Vа=157,43∙4,6∙1,15/0,6∙1=1207м³

По результатам  расчета Vа выбираем номинальный объем Vн (ГОСТ 13372-78) Vн=1215 м³, при этом ширина экстрактора b=11,2м, длина l=25,2м, высота h=6,45м, толщина стенок 350мм.

6. Рабочий объем экстрактора,  т.е. заполнен суспензией, равен:

Vр= Q∙τ                (6.3)

                                Vр=157,43∙4,6=724,2 м³

Принимаем из стандартного ряда Vр=730 м³

6.2 Подбор двигателя мешалки

В каждой секции реактора-экстрактора установлена  двухъярусная турбинная мешалка, в  типовой конструкции экстрактора  представлены турбинные мешалки  суммарной мощностью 588 кВт или  для каждой мешалки 73,6 кВт.

 

 

 

 

 

В данном курсовом проекте рассмотрена двухъярусная турбинная мешалка более экономичная  и энергосберегающая.

Исходные  данные согласно [15]: двухъярусная турбинная мешалка, в каждом ярусе шесть лопастей диаметром d_м=1,52м и высотой В=0,2м; частота вращения n =1,5об/с, плотность суспензии p=1430кг/м³, вязкость суспензии μ=3,9мПа∙с.

1. Рассчитаем центробежный критерий  Рейнольдса:

Re_ц= p∙n∙d_м²/ μ,                                                   (6.4)

Re_ц=1430∙1,5∙1,52²/3,9∙10^-3=1,2  71∙10⁶.

2. По графику 31.1 [8] находим критерий мощности К_N=0,19. так как на валу имеется шесть пар лопастей, К_N=0,19∙6=1,14. Мощность на валу мешалки определим по [8] формула (5.14):

N_М = К_N∙p∙n³∙dм5,              (6.5)

N_М =1,14∙1430∙1,5³ ∙1,52⁵=44,641кВт.

Мешалка приводится во вращение от электродвигателя с КПД η_дв=0,9 через редуктор с КПД η_р=0,94. Коэффициент запаса мощности β принимаем равным 1,2.

3. Мощность двигателя мешалки определим по [8]:

N_ДВ= N_М∙β∙/ η_дв∙η_р,                                                     (6.6)

                               N_ДВ=44,641∙1,2/0,9v0,94=63,32кВт.

Принимаем ближайшую мощность двигателя  по [10], равной 65 кВт. Общее число мешалок 8, суммарная мощность приводов 520 кВт.

6.3 Механический расчет перемешивающих устройств

Сводится  к выполнению проверки лопасти мешалки на механическую прочность. По данным подраздела 6.2, если лопасть изготовлена из листовой стали 06Х23Н28М3Д3Т толщиной h=12мм, нормативное допустимое напряжение σ^*=180МПа, прибавка на коррозию С=1мм.

Изгибающий  момент в месте заделки лопасти  М_И , Н∙м, определим по [8]:

М_И=0,0813∙N_М/ n∙z,                                                    (6.7)

где n – частота вращения мешалки, об/мин;

      z – число пар лопастей, равное 6. 

М_И =0,0813∙44,641/6∙1,5=403,2 Н∙м.

Момент сопротивления  лопасти W, м³, равен:

W=B∙h²/6,                                                            (6.8)

где B – высота мешалки,м;

       h – толщина лопасти мешалки, мм.

W=0,2∙0,008²/6=2,13∙10^-6м³.

Напряжение  в лопасти σ,МПа равно:

σ = М_И/ W,                                                                (6.9)

                                  σ=403,2/4,8∙10^-6=84МПа.

Толщина лопасти достаточна, т.к фактическое напряжение меньше допустимого: 84<180.

6.4 Подбор вспомогательного оборудования

Производство  фосфорной кислоты осуществляется в непрерывном режиме, 24 часа в  сутки, поэтому различные остановки  производства ведут к материальным потерям. Для ведения бесперебойного процесса необходим подбор вспомогательного оборудования (помимо основного), которое обеспечило бы выполнение поставленной задачи.

Важной частью вспомогательного оборудования являются всевозможные бункеры и  хранилища, насосы и газодувки, а также аппараты, осуществляющие очистку отходящих газов производства.

В таблице  6.1 представлено наименование вспомогательного оборудования и его техническая характеристика.

Таблица 6.1 – Характеристика вспомогательного оборудования

Наименование оборудования	Техническая характеристика	Материал и способ защиты оборудования
Скребковый конвейер	Длина-20м, массовая подача-50т/ч	Сталь, резина
Ленточный дозатор	Массовая подача-72т/ч	Сталь, резина
Полупогружной насос суспензии	WARMAN 200 SV-SP Объемная подача-600м3/ч Напор-0,20МПа Частота вращения-25с-1-Мощность двигателя- 110 кВт	Сталь А-51
Поверхностный конденсатор	Площадь поверхности теплообмена-360м2 Диаметр-1400мм Высота-7115мм	Сталь ЭИ-943
Промывная башня	Цилиндрический полый аппарат с 4-мя форсунками Диаметр-3800мм Ширина царги-8550мм Объемная подача одной  фарсунки-70м3/ч	Сталь А-37, толщина-16мм, плитка АТМ, гуммирован, блоки углеграфитовые
Углеграфитовый теплообменник	Диаметр-1270мм Высота-6945мм Площадь поверхности теплообмена-228м2	Сталь Ст.3,  ЭИ -945, углеграфитовые блоки
Вакуум-испаритель	Диаметр-3362мм Высота царги- 4572мм	Сталь А-37, гуммирован, футерован углеграфитовыми блоками, плитка АТМ
Абсорбционная башня	Диаметр-3225мм Высота-6536мм Высота днища-2514мм	Сталь А-37 Углеграфитовые плиты, гуммирован