课程设计指导书(湿法).doc
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1、课程设计指导书课程设计指导书(湿法湿法)白钨精矿苏打溶液压煮器的设计白钨精矿苏打溶液压煮器的设计中南大学冶金科学与工程学院中南大学冶金科学与工程学院ii目目录录1.冶金设备课程设计任务书冶金设备课程设计任务书.12.设计内容设计内容.2第第 1 章章 前言前言.2第第 2 章章 设备的结构型式及说明设备的结构型式及说明.3第第 3 章章 材料的选择与说明材料的选择与说明.4第第 4 章章 设计计算设计计算.54.1 压煮器的主要尺寸计算效.54.2 压煮器的机械强度计算烟.54.3 搅拌功率的计算散.74.4 压煮器的热平衡计算及蒸汽消耗量的确定.84.5 压煮器台数的确定.84.6 压煮器的
2、选择和机械计算举例.8第第 5 章章 压煮器设计图的绘制原则.135.1 A1 图布局(594841).135.2 线条(GB/T 17450-1998) .145.3 标题栏和备件明细栏(GB10609-89).145.4 管口表和技术特性表.145.5 说明.14附录附录.14附录 1 C 语言程序设计 .14附录 2 A1 图纸 2 张.1511.冶金设备课程设计任务书冶金设备课程设计任务书冶金冶金设备课设备课程程设计设计任任务书务书专业专业班班级级: : 学生姓名学生姓名 设计题设计题目目: 日处理白钨精矿日处理白钨精矿 吨的压煮器的设计吨的压煮器的设计 设计时间设计时间:_ 至至 _
3、 _ 设计设计内容要求内容要求:1.已知条件:白钨精矿成分2.设计内容:(1)前言(2)设备的结构型式及说明(3)设备的材料选取、隔热与防腐说明(4)设备设计计算(物料核算、热平衡计算、设备主体尺寸计算、结构强度核算、动力功率计算)(5)压煮器装配图和设备连接图(6).其它要求:.在设计工作期间要努力工作,勤于思考,仔细检索文献和分析设计过程的问题。.设计说明书必须认真编写,字迹清楚、图表规范、符合制图要求。主要参考主要参考资资料料1.冶金设备系列教材,唐谟堂主编,中南大学出版社,20022003 年2.化工容器及设备简明设计手册化学工业出版社3.化工设备的选择与工艺设计中南工业大学出版社4.
4、 刘湘秋编著,压力容器常用结构尺寸计算手册,北京:机械工业5. 机械零部件设计卷,北京:机械工业出版社,1996;78/JXG2.1/V.5设计进设计进度安排:度安排:2 周周阶阶段段阶阶段内容段内容起止起止时间时间2设计计算物料核算、热平衡计算、设备主体尺寸计算、结构强度核算、动力功率计算0.5 周说明书编写编写设计说明书0.5 周制图压煮器装配图和设备连接图(手工制图 1 张)1 周指指导导教教师师( (签签名)名)_时间时间:_教研室教研室(所所)主任主任(签签名名)_时间时间:_32.设计内容设计内容第第 1 章章 前言前言(工艺简介、采用压煮器的必要性、工艺条件、对设备的基本要求)
5、采用苏打压煮法浸出钨精矿时,钨以 Na2WO4 的形式进入溶液中。浸出作业在立式或卧式压煮器中进行。这种工艺过程,通常是采用一段浸出法,但有些企业为了降低苏打的消耗量,而采用两段浸出法。 对含 45 55% WO3 的白钨精矿的最佳浸出条件是苏打用量为理论量的 2.5 3.0 倍;固液比 1.0 : 3.5 4.0;浸出温度 225;浸出时间 4 小时。提取到溶液中的钨为 96 99%。在钨精矿苏打压煮浸出的生产实践中,广泛采用图 1-1 所示的立式压煮器,其容积 5 m3,高 6.7 m,内径 1 m.4第第 2 章章 设备的结构型式及说明设备的结构型式及说明钨精矿苏打压煮浸出压煮器的向式图
6、如图 2-1.结构:釜体上下椭圆形封头(进料孔,出料孔,测温孔,排汽孔,安全阀孔,检修用人孔)电机、减速机、搅拌桨、密封装置 加热夹套,加热蒸汽进口,冷凝汽(或水)出口,支座,釜盖与釜体的连接法兰图 2-1 压煮器向式图a: 进料口, b: 测温口, c: 出料口, d: 测压口,e: 安全阀, f: 检修孔5第第 3 章章 材料的选择与说明材料的选择与说明 使用条件:高温高压介质为碱性含固体微粒的浆液高温高压过热蒸汽加热 要求:材料强度高,耐碱蚀,导热好,抗磨损 选用锅炉钢 6第第 4 章章 设计计算设计计算4.1 压煮器的主要尺寸计算压煮器的主要尺寸计算填充系数一般取 0.70.8筒体高径
7、比取 1.52.0釜体直径 D(4V矿-V上-V下)/(1.50.7)1/3V矿:每批处理的矿浆体积; V上:上封头体积, V下:下封头体积计算结果“取整”、 “靠标”可以先按标准压煮器的主要尺寸进行设计,再根据要求的生产能力来确定设备台数。标准釜有 1M3、 1.5M3 、2M3 、3M3 、5M31M3:10001300mm; 1.5M3 : 11001600mm; 2M3 :12001800mm ; 3M3 : 14001950mm5M3: 15002800mm;4.2 压煮器的机械强度计算压煮器的机械强度计算 圆柱体壁厚对承受内压的压煮器,圆柱体壁层(或外壳)的厚度( S ,m )可按
8、下式计算: S D内P / ( 2 容 P ) + C;式中 容 临 / n安D内 压煮器内径,m; P 内压强,Pa;容 压煮器材料的容许应力, Pa; 圆柱体壁(焊缝)纵向强度系数(当 D内 800 mm 时, 0.91.0; 当 D内800 mm 时,0.70.8) ;C 防腐蚀所增加的厚度, m;临 压煮器材料的临界断裂强度, Pa;n安 安全系数; 修正系数当 容 /P 50 时,上式分母中的 P 值可忽略不计。 底壁厚度对承受内压的压煮器底壁(封头)厚度( S,m )(见图 4-1), 7可用下式算出:S D内 P / ( 3.8 容 K 缝 P ) D内 / (2h) + C;式
9、中 K 无因次系数; 缝 径向焊缝强度系数; 当 容K缝/P30 时, 上式分母中的 P 值可忽略不计。图 4-1 压煮器的底 孔盖的计算封口处孔盖的厚度( h,m )(图 4-2),可用下式算出:8图 4-2 压煮器的孔盖h 0.875 P栓 ( D栓 D垫 ) Z / (D垫 弯 Z ) 1/2式中 P栓 P盖 P垫P盖 0.96 K1 D垫2 PP垫 3 D垫 b qP栓 双头螺栓上的计算拉力,牛顿;Z和 Z 计算和采用的双头螺栓数;D垫和 D栓 垫圈和配置的双头螺栓中心线直径,m;弯 弯曲时的容许应力, Pa;P盖和 P垫 计算的孔盖压力和垫圈的轴向压力, Pa;K1 与盖的类型和垫圈
10、直径有关的系数;P 压煮器的内压力, Pa;b 垫圈的宽度, m;q 垫圈面积上的单位负荷, Pa/ m2 ;Z 1.2 P栓 / ( K2 F栓 屈 )D垫 D孔内 bD栓 D孔外 2.2 d内壁 0.01 D孔外 = D孔内 2 Sd栓 0.25 12 P栓/ ( 屈 ) D垫2 1/2 D垫K2 与双头螺栓直径有关的系数;F栓选用的双头螺栓按螺纹内径计算的横截面积,m2;屈 双头螺栓材料的屈服点, Pa;D孔内 和 D孔外 孔的内径和外径, m; 修正系数; S 孔壁的厚度, m。若已知双头螺栓的直径 d栓,则根据手册就可查到它的横截面积 F栓。孔盖中间部份的厚度,可按下式计算:h1 D
11、垫 K P / ( 弯 1 ) 1/2 CK = 0.3 + 0.7 P栓 ( D栓 D垫 ) Z / ( P盖 D垫 Z ) 1 孔盖削弱系数; 9C 防腐蚀所增加的厚度, m;K 与盖的结构有关的系数;4.3 搅拌功率的确定搅拌功率的确定 求雷诺准数: 求功率准数:KN,查图 求单层桨功率: 多层桨总功率:4.4 压煮器的台数压煮器的台数所需压煮器的台数:n V / ( V容 充 Z)V 需浸出的矿浆体积, m3 / 昼夜;V容 压煮器的容积, m3 ; 充 装料系数;Z 压煮器一昼夜浸出的周期数。浸出周期数的计算: Z 24 / i ;i 每周期的持续时间(浸出周期中各工序的总持续时间)
12、 , h4.5 蒸汽的消耗量蒸汽的消耗量直接蒸汽的消耗量(kg): m Q加热 / ( I2 I1 )Q加热 加热矿浆和补偿压煮器壁热损失所需的热量, kJ; I1 和 I2 由压煮器带走的和进入压煮器的蒸汽的热焓,kJ/ kg4.6 压煮器的选择和机械计算举例压煮器的选择和机械计算举例在生产实践中,被广泛推广使用的立式钢制压煮器(钢的牌号为 Cr3),其容积为 1.5m3,筒高约 2m,内径 1 m。压煮器的外部有胶粘石棉硅藻土绝热层,厚度为 100 mm。压煮器是一种高压设备,它的工作压力可达 2.5 MPa (兆帕),是作为确定压煮器所需壁厚(壳体)、底厚、孔盖尺寸以及加固双头螺栓直径大
13、小的先决条件。 计算压煮器壁厚(壳体)的数据如下:壳体内径 (D内1 m ) 压煮器中的工作压力(P2.45 MPa )圆筒壳体的纵向双面焊缝强度系数 (0.95 )ndM2 Re 53 MNdnKNxNN 10在没有腐蚀度资料的情况下,在给定介质中为提高材料的耐腐蚀所增加的厚度(C1 mm )Cr3 钢的极限抗拉强度 ( 临380 MPa ) 碳素钢轧件的安全系数 ( n安2.6 )同加热源直接接触的绝缘部件修正系数(1)压煮器壁厚:容 临 / n安 1380/2.6 146 MPaS = D内 P / ( 2 容 P ) C 12.45/(21460.95) 110-3 9.310-3 m
14、 10 mm(容/P1460.95/ 2.4556.650 ,上式分母中的 P 值可忽略不计)为了与底厚一致,壁厚取 12 mm 计算压煮器底厚的数据:底内径(D内1m); 底部凸出部分的高度(h0.23m)压煮器中的工作压力 (P2.45 MPa )径向焊缝的强度系数 (缝=0.95)在底部没有不加固的开口时,其 K = 1。当 SC 10 mm 时,耐腐蚀所增加的厚度,在计算壳体时要增加 1 mm (即 C2 mm)计算压煮器底厚:S D内 P / ( 3.8 容 K 缝 P ) D内 / (2h) C;12.45/(3.814610.95)1/(20.23)210-3 1210-3 m
15、12 mm( 容 K 缝 / P 14610.95 / 2.45 56.630,上式分母中的 P 值可忽略不计)( S C 10 mm 10 mm ,取 C 2 mm )孔盖尺寸和加固双头螺栓的直径(垫圈为石棉橡胶板,双头螺栓和盖为 Cr3 钢,盖上无孔眼)的计算数据孔内径 (D内0.4 m )内部压力 (P2.45 MPa )垫圈宽度 (b0.012 m) Cr3 钢的弯曲容许应力 ( 弯 = 250 MPa)无孔眼盖削弱系数(11)抗腐蚀所增加的厚度(根据手册) ( C0.002 m )与盖的类型有关的系数 ( K11)石棉橡胶板垫圈面积上的负荷 (q30 Pa/ m2 ) Cr3 钢的屈
16、服点 (屈240 MPa )11修正系数(根据手册) ( =1 )孔壁的厚度 (d内壁0.012 m )孔盖尺寸和加固双头螺栓直径的尺寸:D垫 D孔内 b 0.4 0.012 0.412 mP盖 0.96K1D垫2 P0.9610.41222.450.4MPaP垫 = 3 D垫 b q 30.4121210-3300.445 MPaP栓 = P盖 + P垫 0.4 0.4450.845 MPa 双头螺栓直径:d栓 0.25 12 P栓/ ( 屈 ) D垫2 1/2D垫 0.25120.845/(2401) 0.4122 1/20.412 0.012 m选用 M12 的双头螺栓,其直径为 12
17、mm根据手册数据, M12 的双头螺栓的横截面积:F栓= 7.4710-4 m2 ; K2 = 0.4 双头螺栓数:Z 1.2 P栓 / ( K2 F栓 屈 ) 1.20.845/(0.47.4710-42401) = 14.1取双头螺栓数 15其次, D孔外 = D孔内 2 S 0.4 20.01 0.42 mD栓= D孔外2.2 d内壁0.010.422.20.0120.010.456 m 密封处盖的高度:h 0.875 P栓 ( D栓 D垫 ) Z / (D垫 弯 Z ) 1/2 0.875 0.845( 0.4560.412 )15 /( 0.41225014.1 )1/2= 0.01
18、7 m (取 h = 17 mm ) 系数 K:K = 0.3 + 0.7 P栓 ( D栓 D垫 ) Z / ( P盖 D垫 Z ) = 0.3 + 0.70.845( 0.4560.412)15 / ( 0.40.41214.1 )= 0.468 盖的中部高度:h1 = D垫 K P / ( 弯 1 ) 1/2C= 0.412 0.4682.45 / ( 250 1 ) 1/2 + 0.002= 0.03 m (取 h1 = 30 mm ) 压煮器的热平衡和蒸汽消耗量的计算12在混合器中,将矿浆预热到 90后,加入压煮器中。在热煮器里借助蒸汽加热矿浆至浸出温度(225)。压煮器的生产能力按
19、1 h 处理的矿浆计算,如果压煮器装入 3 m3 矿浆,压煮器连续工作时间为 3 h ,则每小时可处理 1 m3 矿浆。根据生产实践数据,矿浆的密度为 1.5 t/m3 ,则 1 h 处理的矿浆量为:m 11.5 t ( 或 1500 kg )热收入:加热的矿浆带入的热量按下式确定。取矿浆的热容为 2.08 kJ/kg,按 Q = m c t 公式计算矿浆带入的热量为:Q矿浆 = m c t = 15002.0890 = 280800 kJ / h 直接蒸汽冷凝放出的热量可用下式计算出。根据生产实践数据,被冷凝的蒸汽量占原矿浆体积的 15%,即 10.15 0.15 m3 ( 或 0.15 t
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