Введение
Спекание таблеток из UO2 является основной стадией технологического процесса получения таблеток. В этом процессе проявляются как все физико-химические свойства исходного порошка, так и все предыдущие технологические операции. Кроме того, на качество таблеток оказывают существенное влияние параметры самого процесса спекания, в первую очередь газовая среда, температура и время спекания.
Для регулируемого удаления летучих соединений с целью предупреждения растрескивания таблетки перед спеканием медленно нагревают до 600 - 800 °С в течение 10 часов, после чего температуру повышают до заданной температуры спекания. Заданный режим обеспечивается продвижением лодочек с таблетками в печах тоннельного типа, работающих в непрерывном режиме и имеющих три температурные зоны: нагревание таблеток, спекание и охлаждение.
Данные для расчета
Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Исходные данные
| 1 Производительность, кг/сут | |
| 2 Начальное влагосодержание материала, % | |
| 3 Конечное влагосодержание материала, % | |
| 4 Начальная температура материала, 0C | |
| 5 Температура спекания, 0С | |
| 6 Температура сушки, 0С | |
| 7 Давление газа в печи (H2), МПа | 0,12 |
| 8 Плотность материала, г/см3 | 10,5 |
| 9 Рабочая длина печи, м |
Примечание:
1) материал находится в печи 24 часа;
2) молибденовые обогреватели содержатся в вакууме;
3) охлаждение проводится продувкой инертным газом.
Материальный расчет
Материальный расчет процесса сушки будет сводиться к составлению материального баланса и определению массовых расходов всех потоков. Уравнения материального баланса по влаге имеет вид:
|
|
,
,
где GH - массовый расход высушиваемого материала, кг/с;
GK - массовый расход высушенного материала, кг/с;
W - количество отводимой влаги, кг/с;
WH - количество влаги, содержащейся в высушиваемом материале, кг/с;
WK - количество влаги, содержащейся в высушенном материале кг/с;
Gc - массовый расход сухого материала, кг/с;
wCH - начальное влагосодержание материала, %;
wCK - конечное влагосодержание материала, %.
Из уравнения материального баланса (1) определим массовые расходы:
,
,
,
,
.
По результатам расчета составляем таблицу материального баланса.
Таблица 2 - Материальный баланс
| Приход | Расход | ||||
| Статьи прихода | кг/сут | % | Статьи расхода | кг/сут | % |
| 1 Высушиваемый материал GH Сухой материал GC Влага WH | 1 Высушенный материал GK Сухой материал GC Влага WK 2 Влага W | ||||
| Итого | Итого |
Тепловой расчет
Тепловой расчет сводится к составлению теплового баланса процесса сушки и процесса прокалки и определению количества подводимого тепла.
Уравнение теплового баланса процесса сушки имеет вид:
,
где 
- количество тепла, поступающего в печь с сухим материалом, Вт;
- теплоемкость материала, Дж/(кг К);
- начальная температура при входе в печь, 0С;
- количество тепла, поступающего в печь с влагой, Вт;
- теплоемкость влаги, Дж/(кгК);
Qнагр -тепло от нагревателей, Вт;
- количество тепла, отводимое из печи с сухим материалом, Вт;
- конечная температура материала при выходе из зоны сушки, 0С;
- количество тепла, отводимое из сушилки с влагой, Вт;
|
|
10% - потери тепла в окружающую среду, при открывании дверей и через футеровку и кирпичную кладку, Вт;
- количество тепла, поступающее с тележками, Вт;
255 Дж/(кг К);
- количество тепла, отводимое с тележками, Вт.
Определим составляющие уравнения теплового баланса:
;
;
;
;
;
;
;
Определим количество дополнительного тепла, подводимого к сушилке:
;
;
Результаты расчета теплового баланса процесса сушки приведены в таблице
Таблица 3 - Тепловой баланс
| Приход | Расход | ||
| Статьи прихода | кг/сут | Статьи расхода | кг/сут |
| 1 Высушиваемый материал
с сухим материалом QCH
с влагой QWH
2 C тележкой
3 Тепло нагревателя Qнагр
| 1,041 0,194 0,035 55,04 | 1 С высушенным материалом QCK
2 С влагой WK
3 С тележкой 
4 Потери 
| 41,652 7,74 1,416 5,504 |
| Итого | 56,314 | Итого | 56,314 |
Уравнение теплового баланса процесса прокалки имеет вид:
,
где 
- количество тепла, поступающего в печь с сухим
материалом, Вт;
- теплоемкость материала, Дж/(кгК);
- начальная температура при входе в зону спекания, 0C;
Qнагр -тепло от нагревателей, Вт;
- количество тепла, отводимое из печи с прокаленным
материалом, Вт;
- конечная температура материала при выходе из печи, 0С;
10% - потери тепла в окружающую среду, при открывании дверей и через футеровку и кирпичную кладку, Вт;
- количество тепла, поступающее с тележками, Вт;
255 Дж/кг К;
- количество тепла, отводимое с тележками, Вт;
Определим составляющие уравнения теплового баланса:
;
;
;
;
Определим количество дополнительного тепла, подводимого к сушилке:
;
;
Результаты расчета теплового баланса процесса сушки приведены в таблице
|
|
Таблица 4 - Тепловой баланс
| Приход | Расход | ||||
| Статьи прихода | кВт | % | Статьи расхода | кВт | % |
| 1 С высушенным материалом QCH
2 C тележкой
3 Тепло нагревателя Qнагр
| 41,652 1,416 56,86 | 41,8 1,4 56,8 | 1 С прокаленным материалом QCK
2 С тележкой
3 Потери
| 91,12 3,12 5,686 | 91,3 5,7 |
| Итого | 99,928 | Итого | 99,926 |
Конструктивный расчет
В конструктивном расчете необходимо определить рабочий объем печи.
Продукция в печи располагается на тележках. Вместимость каждой тележки составляет 70 кг UO2. Период нахождения продукта в печи 1 сутки. Принимаем, что в печи может находиться 10 тележек. Длина каждой тележки l =300 мм, ширина 200 мм, грузоподъемность 70 кг. Расстояние между тележками принимаем 700 мм.
Размеры таблеток:
d=7,6 мм (готовые);
h=10 мм (готовые);
с учетом припуска на шлифование:
d=7,75 мм;
h=10,15 мм.
Плотность готовой таблетки 10,5 г/см3. Следовательно, масса таблетки
.
Длину рабочей зоны принимаем L=10 м, ширину Ь=0,7 м, высоту h=1 м.
Объем рабочей зоны равен:
Общая длина печи:
,
где l1 ,l2 - длины боксов загрузки и выгрузки соответственно.
Расчет конструктивных элементов печи на прочность