Расчет материального баланса

Таблица 3.6 - Состав пороха АПЦ-235П и допустимые потери компонентов

Наименование компонента	Содержание, %	Допустимые потери, %
1. Коллоксилин "Н"	34,1	0,5
2. Нитроглицерин	33,7	0,5
3. Вещество Ц-2	27,0	1,5
4.ПМС	0,7	0,2
5. Углерод	0,4	0,4
6. Централит	1,5	0,2
7. Индустриальное масло	0,2	0,4
8. Двуокись титана	1,4	0,4
9. Фторопласт	1,0	0,3
10. Стеарат цинка	0,05
Таблица 3.7 - Потери продукта на основных фазах производства
Фаза	БТО, %	ВТО, %
1. Варка пороховой массы	2,9	-
2. Комплектация пороховой смеси	1,8	-
3. Отжим	0,2	0,2
4. Вальцевание	1,0	1Д
5. Сушка	1,4	2,3
6. Прессование	2,0	4,0
7. Концевые операции	0,3	3,3
8. Баллистические испытания	0,5	-

 

Безвозвратные технологические отходы (БТО) и возвратные технологические отходы (ВТО) складываются из отходов по фазам.

Фаза смесителей:

БТО состоят из потерь с оборотными водами, при промывке эстокады, линии перекачки и при чистке смесителей.

ВТО состоят из массы выгружаемой при чистке смесителей и баков оборотных вод.

Фаза отжима:

БТО состоят из потерь массы с отжимными водами, массы, снятой при чистке матричной и дренажной решеток.

ВТО состоит из крошек в шнеках "бабки" при остановках отжимного пресса.

Фаза вальцевания:

БТО состоят из россыпей продукта и выбросов газов в атмосферу.

ВТО состоят из "чулка" снимаемого с вальцев при остановках и "таблетки", отбираемой при запуске вальцев.

 

Фаза сушки:

БТО состоит из пленок, образующихся в загрузочной и разгрузочной шахтах, транспортных шнеках и выбросов газов в атмосферу.

ВТО состоят из таблетки отбираемой из СШТС при наборе температуры, при остановке блока.

Фаза прессования:

БТО состоят из первой и последней порций изделий.

ВТО состоят из негодных изделий, колец.

Межфазная транспортировка:

БТО состоят из россыпей продукта и выбросов газов в атмосферу.

ВТО состоят из таблетки, выгружаемой из транспортных шнеков, ковшевых контейнеров, пневмотранспорта в случае остановки, мелочи.

 

Переработка ВТО

 

ВТО состоят из мелочи, получающейся на резательных станках, растворяющихся в воде, образцов на определение скорости горения, пробы на физико-химический анализ. Так как технологический процесс является сложным, то сначала рассчитывается обратный материальный баланс на 1 тонну готового продукта, а затем производится расчет количество исходных компонентов.

 

 

Расчет обратного материального баланса

 

Его основой является формула

G=

 

 

где G - количество вещества, приходящего на фазу, кг;

G₁ - количество вещества, уходящего с фазы, кг;

П - потери вещества на фазе, %.

1 Баллистические испытания БТО = 0.5%

 

G= =1005,025_кг

 

2 Концевые операции БТО = 0,3%, ВТО = 3,3%

 

G= =1042,557 кг

Потери: 1042,557-1005,025=37,532 кг

 

ВТО: 37,532 ¾ 3,6%

х ¾ 3,3% откуда х=34,404 кг

БТО: 37,532-34,404=3,128 кг

 

3 Прессование БТО = 2%, ВТО = 4%

G= =1109,103кг.

Потери: 1109,103-1042,557 = 66,546 кг.

ВТО = 44,364кг.

 

БТО = 22,182кг.

 

4 Сушка БТО = 1,4%, ВТО = 2,3%

G= =1151,717кг.

Потери: 1151,717 -1109,103 = 42,614 кг.

 

ВТО = 26,49кг.

БТО = 16,124кг.

 

5 Вальцевание БТО = 1%,

ВТО =1,1%

G= =1176,422кг.

Потери: 1176,442-1151,717 = 24,705 кг

ВТО = 12,941кг.

БТО = 11,764кг.

 

6 Отжим пороховой массы БТО = 0,2%, ВТО = 0,2%

G= =1181,146кг.

Потери: 1181,146 -1176,422 = 4,724 кг.

ВТО = 2,362кг.

БТО = 2,362кг.

Всего ВТО на отжим:

2,362+12,941+12,491+26,49+34,404+44,36 = 120,561кг.

Свежая масса на отжиме:

1181,146-120,561 = 1060,585 кг.

 

7 Комплектация: БТО = 1,8%

G= =1080,025кг.

Потери: 1080,025 -1060,585 = 19,44 кг.

 

8 Фаза варки БТО = 2,9%

G= =1112,281кг.

Потери: 1112,281-1080,025 = 32,256кг.

 

Расчет количества исходных компонентов пороха

Количество коллоксилина "Н"

1000кг - 341кг

1112,281 - x откуда х = 379,288кг.

С учетом потерь

G= =381,194кг.

Потери: 381/194-379,288 = 1,906 кг.

 

Количество НГЦ

1000кг - 337кг

1112,281кг - х откуда х = 374,839 кг.

 

С учетом потерь

G= =376,723кг.

 

Потери: 376,723-374,839 = 1,884кг.

 

Количество вещества Ц-2

 

1000кг - 270кг

1112,281 - х откуда х = 300,16 кг

С учетом потерь

G= =304,879кг.

 

 

Потери: 304,889 -300,316 = 4,573 кг.

 

Количество централита

1000кг - 15кг

1112,281 - х откуда х = 16,684 кг.

 

С учетом потерь

G= =16,717кг.

 

Потери: 16,717-16,684 = 0,573 кг.

 

Количество фторопласта

1000кг - 10кг

1112,281кг - х откуда х = 11,123 кг.

 

С учетом потерь

G= =11,156кг.

 

Потери: 11,156-11,123 = 0,033кг

Количество ПМС

1000кг - 7кг

1112,281 - х откуда х= 7,786 кг.

 

С учетом потерь

G= =7,802кг.

 

 

Потери: 7,802-7,786 = 0,016 кг

 

Количество двуокиси титана

1000кг - 14кг

1112,281 - х откуда х=15,572кг.

 

С учетом потерь

G= =15,635кг.

Потери: 15,635-15,572 = 0,063 кг.

 

Количество индустриального масла

1000кг - 2кг

1112,281 - х откуда х = 2,225кг.

 

С учетом потерь

G= =2,234кг.

Потери: 2,234-2,225=0,009кг.

 

Количество углерода

1000кг - 4кг

1112,281 - х откуда х= 4,449 кг.

 

С учетом потерь

G= =4,467

 

Потери: 4,467 - 4,449 = 0,018 кг.

 

Количество стеарата цинка

1000кг - 0,5кг

1112,281 - х откуда х=0,556кг.

 

Данные расчета сводим в таблицу прихода и расхода продуктов с учетом подготовки.

 

Таблица 3.8 - Подготовка и дозировка компонентов

 

 

 

 

 

 

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 КВВ		3811.94	1 КВВ		3792.88
1.1 Коллоксилин		381.194	1.1 Коллоксилин		379.288
1.2 Вода		3430.746	1.2 Вода		3413.592
2 Эмульсия НГЦ		1506.892	2 Смесь пластиф.
2.1 НГЦ		376.723	2.1 НГЦ		374.839
2.2 Вода		1130.169	2.2 Централит		16.684
3 Суспензия ВВ		1602.56	3 Суспензия ВВ		1579.44
3.1 Ц-2		304.889	3.1 Ц-2		300.316
3.2 Углерод	4.467	3.2 Углерод	4.449
3.3 Фторопласт	11.156	3.3 Фторопласт	11.123
3.4 Вода		1282.048	3.4 Вода		1263.552
4 Централит		16.717	4 Суспензия TiO2
4.1 Вода		50.151	4.1 TiO 2		15.572
5 Двуокись титана		15.635	4.2 Вода		30.228
5.1 Вода		30.350	5ПМС		7.786
6ПМС		7.802	6 ИМ		2.225
7 Идустр. масло		2.234	7 Стеарат цинка		0.556
8 Стеарат цинка		0.556	8 Вода		1130.169
			Потери
			1 КВВ		19.06
			1.1 Коллоксилин		1.906
			1.2 Вода		17.154

Продолжение таблицы 3.8

			2 Смесь пласт-ров
			2.1 НГЦ		1.884
			2.2 Централит		0.033
			2.3 Вода		0.099
			3 Суспензия ВВ
			3.1 Вещество Ц-2		4.573
			3.2 Углерод		0.018
			3.3 Фторопласт		0.033
			3.4 Вода		18.496
			4 Суспензия TiO 2
			4.1 TiO 2		0.063
			4.2 Вода		0.122
			5ПМС		0.016
			6 ИМ		0.009
			7 Стеарат цинка		-
Итого		7044.837	Итого		7044.837

 

Таблица 3.9 - материальный баланс фазы варки

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 КВВ			1 Пороховая масса
1.1 Коллоксилин		-379.28	1.1 Порох		-1080.025
1.2 Вода		-3413.59	1.2 Вода		-7920.1833
2 Смесь пласт-ров			2 Потери
2.1 НГЦ		-374.839	2.1 пороховая масса		-32.256
2.2 Централит		-16.684	2.2 Вода		-236.544
2.3 Вода		-50.052
3 Суспензия ВВ		-1579.44
3.1 Вещество Ц-2		-300.316
3.2 Углерод		-4.449
3.3 Фторопласт		-11.123
3.4 Вода		-1263.592
4 Суспензия TiO 2

 

Продолжение таблицы 3.9

4.1 TiO 2		-15.572
4.2 Вода		-30.228
5ПМС		7.786
6 ИМ		2.225
7 Стеарат цинка		0.556
8 Вода		3398.748
Итого		9269.01	Итого		9269.01

Таблица 3.10 - Материальный баланс фазы отжима пороховой массы

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая масса		1060.585	1 порох "макароны"
1.1 Порох		1060.585	1.1 Порох		1176.422
1.2 Вода		7777.623	1.2 Вода		61.917
2 ВТО		120.561	2 Потери
			2.1 Порох, масса		4.724
			2.2 Отжатая вода		7715,706
Итого		8958.769	Итого		8958.769

 

Таблица 3.11 - Материальный баланс вальцевания пороховой крошки

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая масса			1 пороховая масса
1.1 Порох		1176.422	1.1 Порох	97.5	1151.717
1.2 Вода		61.917	1.2 Вода	2.5	29.531
					24.705
					32.386
Итого		1238.339	Итого		1238.339

 

Таблица 3.12 - Материальный баланс сушки пороховой таблетки

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая таблетка			1 Порох, таблетка
1.1 Порох	97.5	1151.717	1.1 Порох	99.6	1109.103

 

Продолжение таблицы 3.12

1.2 Вода	2.5	29.531	1.2 Вода	0.4	4.454
			2 Потери
			2.1 Порох, таблетка		42.614
			2.2 Вода		28.077
Итого		1181.248	Итого		1181.248

 

Таблица 3.13 - Материальный баланс фазы прессования пороховой таблетки

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая таблетка			1 Порох, таблетка
1.1 Порох	99.6	1109.103	1.1 Порох	99.6	1042.557
1.2 Вода.	0.4	4.454	1.2 Вода	0.4	4.187
			2 Потери
			2.1 Порох, элемент		66.54
			2.2 Вода		0.267
Итого		1113.557	Итого		1113.557

 

Таблица 3.14 - Материальный баланс фазы концевых операций

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая трубка			1 Порох, трубки
1.1 Порох	99.6	1042.557	1.1 Порох	99.6	1005.025
1.2 Вода	0.4	4.187	1.2 Вода	0.4	4.036
			2 Потери
			2.1 Порох, трубки	99.6	37.532
			2.2 Вода	0.4	0.151
Итого		1046.744	Итого		1046.744

 

Таблица 3.15 - Материальный баланс операции баллистических испытаний

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 пороховая трубка			1 Порох, трубки
1.1 Порох	99.6	1005.025	1.1 Порох	99.6
1.2 Вода	0.4	4.036	1.2 Вода	0.4	4.016

 

Продолжение таблицы 3.15

			2 Потери
			2.1 Порох, трубки	99.6	5.025
			2.2 Вода	0.4	0.02
Итого		1009.061	Итого		1046.744

 

Таблица 3.16 - Сводная таблица материального баланса производства пороха АПЦ-235П

Компонент	Приход	Компонент	Расход
%	кг	%	кг
1 КВВ		3811.94	1 Порох, трубки		1004.016
1.1 Коллоксилин		381.194	2 Потери пороха
1.2 Вода		3430.746	2.1 При варке		32.256
2 Эмульсия НГЦ		1506.892	2.2 При смешении		19.44
2.1 НГЦ		376.723	2.3 При отжиме		4.724
2.2 Вода		1130.169	2.4 При вальцевании		66.546
3 Суспензия ВВ		1602.56	2.5 При сушке		42.614
3.1 Ц-2		304.889	2.6 При прессовании		24.705
3.2 Углерод		4.467	2.7 При конц. операц.		37.532
3.3 Фторопласт		11.156	2.8 При баллист, исп.		5.025
3.4 Вода		1282.048	3 Потери воды
4 Централит		16.717	3.1 При варке		236.544
4.1 Вода		50.151	3.2 При смешении		142.56
5 Двуокись титана		15.635	3.3 При вальцевании		32.386
5.1 Вода		30.350	34 При сушке		25.077
6ПМС		7.802	3.5 При конц. операц.		0.267
7 Идустр. масло		2.234	3.6 При баллист, исп.		0.151
8 Стеарат цинка		0.556	4 Отжим воды		0.02
9 Вода		3398.748	5 Воды для инж. НГЦ		1130.169
10 ВТО		120.561

 

Продолжение таблицы 3.16

			6 Потеря компонентов при дозировке и подготовке
			6.1 КВВ
			6.1.1 Коллоксилин		1.906
			6.1.2 Вода		17.154
			6.2 Смесь пласт-ров
			6.2.1 НГЦ		1.884
			6.2.2 Централит		0.033
			6.2.3 Вода		0.099
			6.3 Суспензия ВВ
			6.3.1 Ц-2		0,33 1
			6.3.2 Углерод		4.573
			6.3.3 Фторопласт		0.018
			6.3.4 Вода		18.496
			6.4 Суспензия TiO 2
			6.4.1 TiO 2		0.063
			6.4.2 Вода		0.122
			6.5 ПМС		0.016
			6.6 ИМ		0.009
			6.7 Стеарат цинка		-
Итого		10565.107	Итого		10565.107

 

Расчет теплового баланса

В данном разделе производится расчет расхода теплоносителя (воды) на нагрев пресса ПО-125-1000. Подогрев рабочей части аппарата и пороховой массы ведется с целью улучшений условий отжима за счет уменьшения жесткости пороховой массы, придания ей большей пластичности, достижения большей безопасности в работе. Данные для расчета:

1. Начальная температура обогреваемой воды +50°С;

2. Температура воды на входе +40°С;

3. Температура выходящей массы +70°С;

 

4. Давление в прессующей зоне пресса 34МПа;

5. Количество перерабатываемой массы в час 1000кг. Полезная работа выдавливания:

= ,

где S_ф - площадь сечения формующей втулки, м²;

P- давление в прессе, МПа;

V - скорость выдавливания массы, м/с.

 

Скорость выдавливания массы из пресса определяется по формуле:

V=

 

где q - расчетная производительность пресса, кг/с;

j - плотность пороха, кг/м³.

S_ф = 0.0679м²;

Р = 34МПа = 340 10⁴ кгс / м²;

j = 1620кг /м³;

q = 1000кг/ч = 0,218кг/с,

Тогда

 

V= =2,53 м/с;

 

=0,0679 2,53 =584,1 Дж/с

 

Работа трения пороховой массы о винт:

=1- ,

где - коэффициент полезного действия винта = 0.94;

=1- 584,1=37,28 Дж/с.

Работа трения пороховой массы о корпус пресса:

=π D L n t μ,

где D - диметр винта в прессующей части пресса, м;

L - длинна рабочей части корпуса;

Р - давление в прессе, МПа;

n - число оборотов винта, об/мин;

t - шаг винтовой нагрузки, м;

μ- коэффициент трения пороха о металл.

D = 0,243 м;

L= 1,500 м;

Р = 34МПа = 340 10⁴ кгс /м²;

n= 7,5 об/мин = 0,778 рад/с;

μ=10

=3,14 0,243 1,500 0,24 =3633012,7 Дж/с.

Общая работа трения:

= + ;

= 37,28 + 3633012,7 = 3633049,9 Дж/с.

Тепло выделяемое за счет трения:

= ;

= = 8508,3 Дж /с.

 

Тепло необходимое для нагрева пороховой массы:

= ( - ),

где G_M - количество перерабатываемо массы,кг;

С_м - теплоемкость пороховой массы, Дж/кгК.

G_M= 1000 кг;

С_м=1,55 Дж/кгК;

=323 К;

= 313 К;

Q_M =1.55 10³ 1000(323-313) = 8611 Дж/с.

Потери тепла в окружающую среду:

Q_nom =K-F- ,

где К - коэффициент теплопередачи корпуса пресса в окружающую среду, Вт/(;

F - площадь обогреваемой стенки корпуса, м²;

Δ - разность температур стенки корпуса и окружающей среды.

K= ,

где α_α - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке, Вт/(;

δ - толщина стенки корпуса, м;

λ - коэффициент теплопроводности бронзы, Вт/(м К);

α_х - коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, Вт/(

λ = 46,5 Вт /(м К);

= 19,23 Вт /(м² К);

=46,4 Вт /(м² К); δ= 0,002 м,

Тогда К = 13,59 Вт /(м² К);

F = 3,14 0,770 1,5 =3,6м².

Тепло, подводимое к прессу:

= + + ;

= 8611 + 1223,1 + 8508,3 = 1325,8Дж / с.

Расход теплоносителя:

= ,

где С_в - удельная теплоемкость теплоносителя (воды).

С_в=4,19Дж/(кгК),

тогда

= =31,6 кг/ч

Таким образом расход теплоносителя (воды) на нагрев ПО-125-1000 составляет 31,6 кг/ч.