Расчет камеры электростатического распыления [1]

3.5 Расчет камеры электростатического распыления [1]

 

а) Выбор распылителей и дозирующих устройств.

Тип устанавливаемых в камере распылителей выбирают с учетом формы окрашиваемого изделия, производительности камеры и вида наносимого материала. Число n распылителей, устанавливаемых в камере, рассчитывают по их производительности и норме расхода краски для изделий соответствующей группы сложности:

n = S₀*N/q, (3.89)

где S₀ – площадь окрашиваемой поверхности в 1 мин, м²;

N – норма расхода материала, г/м²;

q – производительность одного распылителя г/мин.

Производительность одного распылителя

q = π*d_н*q_н, (3.90)

где d_н – диаметр распыляющего насадка, см;

q_н – удельный расход материала на 1 см коронирующей кромки в мин, г*см^-1*мин^-1.

Для нанесения грунтовки ЭП–0270 при общей производительности камеры 1200 м²/ч выбираем электромеханический распылитель с грибковой коронирующей насадкой (q_н = 2 г*см^-1*мин^-1), d_н = 10 см.

q = 3,14*10*2 = 62,8 г/мин.

n = 20*33,3/62,8 = 10,6.

Принимаем n = 12.

Для питания двенадцати распылителей необходимы четыре дозирующие установки типа ДХК.

б) Определение размеров камеры

Ширина камеры

В_к = В_и + 2*В + 2*l_р + 2*В_п, (3.91)

где В – расстояние между изделием и коронирующим насадком, В = 0,25…0,3 м;

l_р – длина части распылителя, находящейся под высоким напряжением,

l_р = 0,2…0,35 м;

В_п – расстояние между стенкой камеры и токоведущими частями распылителя, В_п = 1,0…1,3 м.

В_п = 1,68 + 2*0,3 + 0,3 + 2*1,1 = 4,78 м ≈ 4,8 м.

Длина камеры при установке распылителей по обе стороны от конвейера

L_к = (0,4…0,5)*n+ 2; (3.92)

L_к = 0,5*10 + 2 = 7 м.

Высота камеры

Н_к = Н_и + h_п, (3.93)

где h_п – расстояние от верха изделия до потолка камеры, h_п = 0,8…1,0 м.

Н_к = 1,42 + 1,0 = 2,42 м ≈ 2,5 м.

в) Определение размеров проема для ввода и вывода изделий.

Ширина транспортного проема

В_пр = В_и + 2*В_з, (3.94)

где В_з – расстояние между изделием и проемом, В_з = 0,15…0,2 м.

В_пр = 1,68 + 2*0,2 = 2,08 м ≈ 2,1 м.

Высоту проема Н_пр = 2,5 м принимаем равной высоте камеры Н_к.

г) Определение объема удаляемого из камеры воздуха и выбор вентиляционных устройств.

Расчетный объем удаляемого из камеры воздуха

V = 3600*υ*F, (3.95)

где υ – скорость воздуха в проемах, υ = 0,4…0,5 м/с;

F – площадь сечения проемов, м² (принимают с учетом перекрытия их изделием).

При ширине открытого проема В_пр = 2,1 м и высоте Н_пр = 2,5 м площадь проема составит 2,1*2,5 = 5,25 м². Площадь проема, перекрываемая изделием, составляет около 30 % площади поперечного сечения изделия: 1,8*1,42*0,3 = 0, 72 м²

Следовательно, площадь, с которой происходит отсос воздуха, составляет 5,25 – 0,72 = 4,53 м².

Объем отсасываемого воздуха из двух проемов

V = 3600*0,5*2*4,53 = 16308 м³/ч.

Принимаем напор вентилятора Р = 800 Па.

Выбираем вентилятор Ц4–76 №12,5 со следующей характеристикой

Q = 16500 м³/ч; Р = 800 Па; η = 0,7; ω = 60 с^-1.

Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)

N = 16500*800*1,1/(1000*3600*0,7*0,96*0,95) = 6,32 кВт.

Выбираем электродвигатель типа АО2–61–8 [6, с.173]

N = 7,5 кВт; n = 750 мин^-1.

3.6 Расчет конвективной сушильной установки для сушки второго слоя грунта [7]

а) Определение размеров сушильной камеры.

Ширина транспортного проема определяется по формуле (3.31)

b₁ = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.

Высота транспортного проема определяется по формуле (3.32)

h₁ = 1,42 + 2*0,1 = 1,62 м ≈ 1,7 м.

Ширина камеры (с учетом размещения воздуховодов) определяется по формуле (3.33)

В = 1,68 + 2*0,7 = 3,08 м ≈ 3,1 м.

Длина камеры определяется по формуле (3.34)

L = 1,2*20 +2*1,5 = 27 м.

Высота камеры определяется по формуле (3.35)

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

Размеры проема в месте прохождения конвейера с учетом размеров каретки b_з = 0,3 м; h_з = 0,4 м.

Площадь транспортного проема определяется по формуле (3.36)

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

Поверхность стен сушильной камеры определяется по формуле (3.37)

F₁ = 2*(27 +3,1)*3,6 – 2*4,7 = 207 м².

Поверхность потолка и пола сушильной камеры определяется по формуле (3.38)

F₂ = 2*27*3,1 = 167 м².

Поверхность наружных воздуховодов определяется по формуле (3.39)

F₃ = 2*27 = 54 м².

б) Расход теплоты в сушильной камере.

Тепловые потери через внешние ограждения камеры определяется по формуле (3.40)

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 = (207*3,73 + 167*3,73 + 54*7,54)*(150 – 15) = 243292 кДж/ч.

Расход тепла на нагрев изделий и транспорта определяется по формуле (3.41)

Значения t_2изд и t_2тр рассчитываем по формуле (3.42)

Учитывая, что S_изд = 0,0014 м; S_тр = 0,005 м, тогда

0,33 = 0,0014*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(150 – 15)/(150 – t_2изд)];

0,33 = 0,005*7800*0,48/(1*2,93)*2,3*lg[(150 – 15)/(150 – t_2тр)].

Решая эти уравнения, получим

t_2изд = 129 °C и t_2тр = 70°С.

W₂ = 18000*0,48*(129 – 15) + 3800*0,48*(70 – 15) = 1085280 кДж/ч.

Расход теплоты на нагрев и испарение растворителя с изделий определяется по формуле (3.43)

Массу растворителя, поступающую с изделиями в камеру, определяем по формуле (3.44)

G_в = 0,1*4800 = 480 кг/ч.

W₃ = 480*[4,19*(150 – 15) + 350] = 1421462 кДж/ч.

Расход теплоты на нагрев свежего воздуха определяется по формуле (3.45)

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

Коэффициент μ зависит от типа завесы (односторонняя или двухсторонняя), а так же от соотношения G_зав/G_воз и F_щ/F_пр (где F_щ – 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 α = 45°; температура смеси в проеме 75 °С. Тогда плотность воздуха будет равна, кг/м³ ρ_н = 1,226; ρ_вн = 0,946; ρ_см = 1,013 [2, с.10]. Отношение F_щ/F_пр определяем по формуле (3.47)

Приведенную ширину проема определяем по формуле (3.48)

Суммарную высоту проема определяем по формуле (3.49)

h_пр = 1,32 + 2,42 + 0,1 = 3,84 м.

b́́ ́ = 4,7/3,84 = 1,22 м.

F_щ/F_пр = 2*0,015/1,22 = 1/40,6.

Расстояние от нейтральной линии до низа проема определяем по формуле (3.50)

h_нл = 4,7/2*2 = 1,8 м.

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

G_воз = G_зав = 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

Ǵ_воз = 2*G_воз = 2*2322 = 4644 кг/ч.

Объемный расход воздуха через два проема определяем по формуле (3.51)

V_воз = 4644/1,226 = 3788 м³/ч.

W₄ = 4644*1,0*(150 – 15) = 626940 кДж/ч.

Общий расход теплоты определяем по формуле (3.52)

∑W = (243292 + 1085280 + 1421462 + 626940)*1,2 = 4052369 кДж/ч.

в) Расчет горения топлива.

Теоретический объем продуктов сгорания при сжигании 1 м³ газа определяем по формуле (3.53)

V_ог = 1,14*35200/(4,19*1000) + 0,25 = 9,83 м³/м³.

Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м³ газа определяем по формуле (3.54)

V_ов = 1,09*35200/(4,19*1000) – 0,25 = 8,9 м³/м³.

Действительный объем воздуха, подаваемый для сжигания 1 м³ газа, определяем по формуле (3.55)

V_в = 1,15*8,9 = 10,2 м³/м³.

Действительный объем продуктов сгорания определяем по формуле (3.56)

V_г = 9,83 + (1,15 – 1)*8,9 = 11,17 м³/м³.

Удельная энтальпия продуктов сгорания определяем по формуле (3.57)

I_пс = 35200*0,8/11,17 = 2521 кДж/м³.

Количество воздуха, необходимое для разбавления 1 м³ дымовых газов до температуры сушильного агента (принимаем температуру сушильного агента t_са = 400 °С) определяем по формуле (3.58)

X = (2521 – 564)/(535,9 – 1,3*15) = 3,8 м³/м³.

Расход воздуха на разбавление дымовых газов, получаемых при сгорании 1м³ газа, определяем по формуле (3.59)

V_см = 11,17*3,8 = 42,5 м³/м³.

Количество воздуха, идущее на горение и разбавление дымовых газов, определяем по формуле (3.60)

V_α = 10,2 + 42,5 = 52,7 м³/м³.

г) Подбор вентиляторов, топки и горелок.

Объем свежего сушильного агента, поступающего из топки, определяем по формуле (3.61)

V_са = 4052369/(535,9 – 143,4) = 10324 м³/ч.

Объем продуктов сгорания газа, необходимый для ведения процесса, определяем по формуле (3.62)

V_пс = 10324*(535,9 – 1,3*15)/(2521 – 1,3*15) = 2131 м³/ч.

Объем рециркулируемой газовоздушной смеси определяем по формуле (3.63)

V_рец = 10324*(535,9 – 183)/(183 – 143,4) = 98739 м³/ч.

Производительность рециркуляционного центра определяем по формуле (3.64)

V_рец.ц = (76720 + 10324)*(273 + 180)/(273 + 15) = 136913 м³/ч.

Производительность вытяжного центра определяем по формуле (3.65)

V_вц = (3788 + 10324)*(273 + 150)/(273 + 15) = 20727 м³/ч.

На сушилке устанавливаем один рециркуляционный вентилятор. Принимаем напор вентиляторов Р = 1000 Па.

Выбираем рециркуляционный вентилятор Ц4 – 76 №16 со следующей характеристикой [6, с.155]

Q = 138000 м³/ч; Р = 1000 Па; η = 0,65; ω = 75 с^-1.

Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)

N = 138000*1000*1,1/(3600*1000*0,65*0,96*0,95) = 71,1 кВт.

Выбираем электродвигатель АО2–92–6 [6, с.173]

N = 75 кВт; n = 1000 мин^-1.

На сушилке устанавливаем два вытяжных вентилятора, которые одновременно подают воздух на воздушные завесы. Производительность одного вентилятора определяем по формуле (3.66)

V₁ = (3788 + 3788 + 10324)*(273 + 150)/((273 + 15)*2) = 13145 м³/ч.

Принимаем напор вентиляторов Р = 700 Па.

Выбираем вентилятор Ц14–46 №5 со следующей характеристикой [6, с.158]

Q = 14000 м³/ч; Р = 700 Па; η = 0,6; ω = 75 с^-1.

Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)

N = 14000*700*1,1/(3600*1000*0,6*0,95*0,96) = 5,47 кВт.

Выбираем электродвигатель АО2–61–6 [6, с.173]

N = 7,5 кВт; n = 750 мин^-1.

Расход газа в сушильной установке определяем по формуле (3.67)

В = 2120/11,17 = 190 м³/ч.

Объем топки определяем по формуле (3.68)

V_т = 190*35200/(4*10⁶) = 1,67 м³.

Принимаем к установке круглую топку

Для сжигания газа выбираем 4 инжекционных горелки [5, с.216] с производительностью 20 – 60 м³/ч.

Расход воздуха, подаваемого в топку на горение и смешение, определяем по формуле (3.70)

V_вт = 52,7*190 = 10013 м³/ч.

Принимаем напор вентилятора Р = 3000 Па.

Выбираем вентилятор ЦП7–40 №6,3 со следующей характеристикой

Q = 10100 м³/ч; Р = 3000 Па; η = 0,35; ω = 200 с^-1.

Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)

N = 10100*3000*1,1/(1000*3600*0,35*0,96*0,95) = 29 кВт

Выбираем электродвигатель типа АО2–72–2 [6, с.173]

N = 30 кВт; n = 3000 мин^-1.