Бисерная мельница. бисерка. Расчет бисерного диспергатора

• Название: Расчет бисерного диспергатора
• Анкор: Бисерная мельница
• Дата: 24.02.2021
• Размер: 36.61 Kb.
• Имя файла: бисерка.docx
• Тип: Документы; #179151

Расчет бисерного диспергатора

Необходимо рассчитать число горизонтальных бисерных диспергаторов, их геометрические размеры, потребляемую мощность и расход охлаждающей воды.

Часовая производительность участка рассчитывается по формуле:

G_час=M/T_эф,

где G_час-часовая производительность участка, кг/ч;

M-годовая производительность участка, кг/год;

T_эф-эффективный фонд работы оборудования на участке, ч.

T_эф= ,

где В-количество выходных дней в году;

ПР-количество праздничных дней в году;

Д-продолжительность одной смены, ч;

С-количество смен;

Т_рем-время ремонта оборудования во время работы цеха;

П-простой оборудования во время чистки, %;

Режим работы цеха: производство в три смены с остановкой в выходные и праздничные дни, продолжительность одной смены 8 часов, время ремонта бисерных диспергаторов 38 часов, простой аппарата 5 %

Таким образом, эффективный фонд работы оборудования составит:

T_эф= =5595,5 ч

Часовая производительность участка приготовления замеса белой базовой пасты диоксида титана:

G_час=(354,6/5595,5)∙1000=63,37 кг/ч

Плотность смеси компонентов, загружаемых в диспергатор, рассчитываем по формуле:

ρ_см= ,

где m_i-масса i-го компонента, кг;

ρ_i-плотность i-го компонента, кг/м³.

ρ_см= = 1837,70 кг/м³

Объемная часовая производительность участка по пасте определяется по формуле:

V_ч= ,

где G_час - часовая производительность участка изготовления пасты диоксида титана, кг/ч;

ρ_см – плотность пасты диоксида титана, кг/м^3.

V_ч= = 0,034 м³

Для этой производительности объем пасты с учетом времени ее пребывания в аппарате составляет:

V_п= V_ч∙τ ,

где τ – время пребывания пасты в аппарате, мин (время пребывания пасты в аппарате определяется сопротивлением диспергированию пигмента и требуемой дисперсностью пигментированного материала. Это время может изменяться в широких предела – от 10 до 120 минут).

V_п= 0,034∙ = 0,007 м³

Объем контейнера бисерного диспергатора складывается из суммы трёх объемов, м³ :

V_о = V_п+V_м+V_Б ,

где V_п – объем пасты, м³ ;

V_м - объем мешалки, м³ ;

V_Б - объем бисера, м³ .

Конструктивно принимается, что объем мешалки составляет 20-25 % от общего объема контейнера, то есть

V_м= (0,2-0,25)∙V_о , принимаем V_м= 0,2∙V_о.

Исходя из принятого соотношения объемов паста : бисер получаем:

V_п + V_Б = 1,6∙ V_п

V_о∙(1-0,2)= 1,6∙ V_п

V_о= = = 0,014 м³

Число бисерных диспергаторов:

n= = 0,7 ≈ 1

Окончательно выбираем горионтальную бисерную мельницу марки HM EHР объемом контейнера 0,02 м³ .

Для выбранного диспергатора объемом 0,02 м³ объемом мешалки составит:

V_м = 0,2∙V_о = 0,2∙0,02 = 0,004 м³ ,

Объем стеклянного бисера и пасты:

V_п + V_Б = V_о – V_м = 0,02-0,004 = 0,016 м³

Исходя из выбранного выше соотношения, определяется отдельно объем пасты и бисера:

V_п = = 0,01 м³

V_б = = 0,006 м³

Масса загружаемого в аппарат стеклянного бисера:

m_б = V_б ∙ ρ_б = 0,006∙2500 = 15 кг .

Норма загрузки бисера составит:

N_э = = = 1,5 кг/л

Для горизонтальных бисерных диспергаторов с горизонтальным расположением мешалки принято следующее соотношение внутреннего диаметра и высоты контейнера:

H = (3,4-3,6)∙D ,

где Н – высота контейнера бисерной мельницы, м;

D – внутренний диаметр контейнера бисерной мельницы, м.

По принятому объему контейнера рассчитывается диаметр аппарата:

V = = 2,75∙D³ ,

D =

Принимаем внутренний диаметр аппарата D = 0,20 м.

Тогда высота контейнера:

H =

Находим диаметры дисковых мешалок:

d_м = D-75 (при D ≥ 150 мм),

d_м = 0,5∙D (при D ≤ 150 мм),

d_м = 200-75 = 125 мм.

Толщина диска мешалки:

b = (0,05÷0,10)∙d_м ,

b = 0,10∙125 = 12,5 мм.

Шаг меду дисковыми мешалками h, мм :

h = (0,25÷0,35) ∙d_м ,

h = 0,35∙125 = 43,75 мм.

Число дисков на мешалке:

z =

Принимаем z = 11 дисков, тогда шаг меду дисками изменится и будет равен:

h = = 41,88 мм

Расчетное значение окружной скорости W_р и частота вращения n_р дисковых мешалок определяются по эмпирическим формулам:

W_р = 16,4∙K_р∙ рад/с ,

n_р = ,

где K_р – коэффициент запаса, равный 1,4÷1,6 ;

d_z – диаметр центровой линии отверстий в дисках, м.

d_z = d_м – d_o -2∙b .

Диаметр отверстий d_о в дисках можно рассчитать по формуле:

d_о = (0,16÷0,20)∙ d_м ,

d_о = 0,16∙ 125 = 20 мм ,

d_z = 125- 20 - 2∙12,5 = 80 мм = 0,08 м ,

W_р = 16,4∙1,6∙ = 7,42 рад/с ,

n_р = = 18,9 с^-1

Потребляемую приводом горизонтальной бисерной мельницы мощность рассчитывают по эмпирической зависимости:

N_р = ,

где – коэффициент мощности, который обычно принимают для дисковых мешалок равным 40÷50;

– коэффициент, учитывающий повышение внутреннего трения в рабочем органе бисерной мельницы за счет наличия бисера в контейнере диспергатора, равный 10-6 (в зависимости от материала бисера).

μ – вязкость пасты, 2,5 Па∙с.

N_р = = 16,9 кВт.

Рассчитываем мощность привода ротора дисковой мешалки с учетом КПД привода η = 90 %:

N_э = ,

где η – коэффициент полезного действия привода мешалки.

N_э = = 18,8 кВт .

Принимаем к бисерному диспергатору стандартный электродвигатель во взрывозащищенном исполнении номинальной мощностью 22 кВт.

Тепловой расчет бисерного диспергатора

Принимается, что практически вся механическая энергия(80-85 %), подводимая к мешалке при работе бисерного диспергатора, переходит в тепловую энергию:

Q_т=(0,80-0,85)∙N

Q_т=0,80∙16,9=13,52 кВт

Примерно 15-20 % тепла расходуется на нагрев пигментной пасты и теряется в окружающую среду, следовательно, потеря мощности на это

Q_п=0,2∙13,52=2,7 кВт

Количество тепла, затрачиваемое на нагрев смеси, которая подается в аппарат при температуре окружающей среды t_о = 15 ⁰С и нагревается в нем не выше t_n = 50 ⁰С :

Q_н = с∙G∙( t_n - t_о ) ,

где с – теплоемкость смеси, Дж/(кг∙К), которая равна 2100 Дж/(кг∙К);

G – среднечасовая производительность, кг/ч.

Q_н = = 1293,8 Вт = 1,29 кВт.

Расход охлаждающей воды

M_в= ,

где С_В-4,19 кДж/(кг∙К)- теплоемкость воды;

t_k и t_н – конечная и начальная температура воды в рубашке диссольвера.

M_в= = 0,08 кг/с = 288,0 кг/ч

Требуемая поверхность охлаждения:

F_охл= ,

где К-коэффициент теплопередачи, ориентировочное значение которого лежит в пределах от 800 до 1700 Вт/(м²∙К);

∆t_ср-средняя разность температур.

∆t_ср= .

Если отношение (∆t_б/∆t_м)<2, то с достаточной точностью для расчета средней разности температур моно использовать уравнение:

∆t_ср= .

Паста нагревается: 15→50 ⁰С

Вода нагревается: 45←15 ⁰С

∆t_б = 30 ⁰С ∆t_м = 35 ⁰С

∆t_ср= =32,5 ⁰С

F_охл= = 0,24 м² .

Действительная поверхность охлаждения:

F_д=π∙D∙H ,

где D-диаметр диссольвера, м;

Н-высота аппарата, м.

F_д=3,14∙0,2∙0,64=0,40 м

F_д> F_охл, следовательно, требуемый температурный режим в аппарате будет обеспечен.

Диаметр патрубка выходного штуцера d_ш находят по уравнению

d_ш= ,

где W-средняя скорость потока, м/с;

d_ш= = 0,014 м.

Принимаем с запасом стандартный штуцер диаметром 32 мм.