Расчет, конструирование и составление теплового баланса установок для тепловой обработки строительных материалов и изделий

Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной  среды построим график изменения  температур во времени:

 

 

 

 

 

Т, °С
70
60
50
40
30
20
10
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	t,ч

 

 

 

 

 

 

5.Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы размещения.

 

Число установок периодического действия определим по выражению

, шт.                          (9)

где

N₀- годовая производительность линии, м³;

t_ц- продолжительность цикла работы установки (с учетом времени предварительной выдержки, загрузки и разгрузки, длительности тепловой обработки), ч;

SV_б- суммарный объем бетона, одновременно обрабатываемого в одной установке, м³ 

Объем бетона в одной форме равен V_б =0,84 м³ .Исходя из размеров пропарочной камеры, в ней находится 10 форм изделий в 2 ряда, по 5 форм по высоте в каждом ряду.

SV_б=10·0,84=8,40 м³

М- число рабочих дней в году;

К- число смен; 

Z- продолжительность рабочей смены, ч.

       шт.

Принимаем 4 установки в одну линию.

Габаритные размеры УПД определяются размерами изделий и форм и  рассчитываются по выражениям:

длина Lk=mL ·lф+2∙l1+l2, м

          ширина Bk=mb·bф+2·l1+l2, м

          высота Hk=nh·hф+(n-1)·h1+h2+h3, м

где lф,bф,hф— длина, ширина и высота форм соответственно, м;

      h1, h2, h3—расстояния по высоте между формами, верхней формой и крышкой, днищем нижней формы и полом камеры,м:

                                       h1=0,05…0,075 м, h2=0,05 м, h3=0,15 м ;

      l1—расстояния между формой и стенкой камеры, достаточное для расхода захватов автоматической траверсы, м ; l1=0,2…0,3 м;

      l2—расстояния между штабелями форм, м; l2=0,2 м

                        Hk=5·0,44+(5-1)·0,05+0,05+0,15=2,60 м

                        Bk=2·1,39+2·0,2+0,2=3,38 м

                        Lk=1·6,18+2·0,2=6,18 м

     

 

 

 

6.Составление и расчет уравнения теплового баланса установки.

Теплотехнический расчет заключается  в составлении теплового баланса установки, на основании которого определяется расход теплоты, требуемой на тепловую обработку изделий. Базовой величиной для расчета теплового баланса является количество теплоты, расходуемое за цикл тепловой обработки.

Для установок периодического действия уравнение теплового баланса имеет вид:

, кДж

где

Q- поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки;

Q_экз- количество теплоты, выделяющейся в процессе экзотермической реакции гидратации цемента с водой затворения, кДж.

β- коэффициент, учитывающий  неподвижные потери теплоты;

Q_б- количество теплоты, расходуемое на нагрев бетона, кДж;

Q_ф- количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы, кДж;

Qогр.конср.- количество теплоты, расходуемое на нагрев ограждающей конструкции, кДж;

Q_пот- количество теплоты, потерянное установкой в окружающую среду, кДж;

Qср- количество теплоты, расходуемое на нагрев среды, кДж;

Qисп- потери с испарением, кДж;

Q_к- потери с конденсатом, кДж.

 

1.Теплота на нагрев бетона.

 

Количество теплоты, расходуемое на нагрев массы изделия, определим по формуле:

, кДж                      (11)

где с_б- средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделия, кДж/(кгºС);

G_б- масса изделия, кг;

t_н, t_к- средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.

Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:

          Gб=∑Vб·ρб =10·2424,38·0,84=2036,5 кг

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

 кДж

 

 

2.Теплота на нагрев формы.

Количество теплоты, расходуемое  на нагрев металла формы определим по выражению:

, кДж                      (12)

где c_м- теплоемкость материала формы, , кДж/(кг ºС);

G_ф- масса формы, кг;

t_к- конечная температура поверхности бетона изделия в соответствующем периоде, ºС;

t_н- начальная температура металла формы, равная в период подъема температуры – температуре воздуха в цеху или на улице, а в период изотермической выдержки – температуре поверхности бетона изделия в конце периода подъема температуры, ºС.

Рассчитаем данный показатель по периодам тепловой обработки

подъем температуры:

 кДж

изотермическая выдержка

  

кДж

 

3.Теплота на разогрев конструкций камеры.

 

Теплота на разогрев ограждающих конструкции установки для тепловой обработки рассчитывается по формуле:

, кДж

где с_i- массовая теплоемкость соответствующего слоя конструкции рассматриваемого ограждения.

G_i- масса рассматриваемого слоя, кг

t_кi- средняя конечная температура материала рассматриваемого слоя конструкции, ºС;

t_нi- начальная температура материала рассматриваемого слоя конструкции ºС.

3.1.Потери теплоты на разогрев  стен камеры:

 

 

                                                       Бетон:                      Сбет=0,84 кДж/кг·ºС ;

                                                                                         λб=1,86 Вт/м·ºС ;

                                                                                                   ρб=2400 кг/м³ ;

                                                                                                   δб=0,2 м ;

                                                                 Минеральная вата: Смв=0,84 кДж/кг·ºС

                                                                                                  λм.в.=0,054 Вт/м·ºС ;

                                                                                                  ρм.в.=125 кг/м³ ;

                                                                                                  δм.в.=0,1 м ; 

                                                               

                                                               Сталь:                      Сст=0,48 кДж/кг·ºС ;

                                                                                       λст=58 Вт/м·ºС

                                                                                        ρст=7850 кг/м³

                                                                                        δст=0,003 м

Найдем массу каждого  из слоев:

Vmax=7,186·3,986·2,6=74,47 м³

Vсо ст.=6,586·3,386·2,6=57,98 м³

Vc м.в.=6,786·3,586·2,6=63,27 м³

Vmin=6,58·3,38·2,6=57,82 м³

Vб=74,47-63,27=11,2 м³

Vст=57,98-57,82=0,156 м³

Vм.в.=63,27-57,98=5,29 м³

                                     G=ρ·V

Gб=2400·11,2=26880 кг ; Gм.в.=125·5,29=661,25 кг ;

                                Gст=0,156·7850=1224,6 кг.

 

Сопротивление теплопередачи  ограждающей конструкции:

 

    

         Общее сопротивление:

 

 

Теплопотери на разогрев стен конструкции при подъеме температуры:

Найдем количество теплоты на разогрев стен конструкции:

 

                                                   

                         t1=39 ºС

 

                                                         

                          

                          

 

 

Потери теплоты на разогрев стен конструкции при изотермической выдержке:

 

             t1=60

 

            

 

            

 

 

 

3.2.Теплопотери на разогрев крышки камеры:

 

                                                                        δм.в.=0,1 м ;

                                                              δст1=0,002 м ;

                                                              δст2=0,003 м ;

                                                                        δш=0,008 м

 

 

Найдем массу каждого из слоев:

Vм.в= 6,986·3,786·0,1=2,65 м³

Vст1=6,986·3,786·0,002=0,053 м³

Vш=6,986·0,008·0,1·2+3,786·0,08·0,1·2=0,017 м³

          Vст2=6,986·3,786·0,003=0,079м³

         Vбок.ч.=6,986·2·(0,002+0,1+0,003)·0,003+3,786·2·0,105·0,003=0,0068м³

          Gм.в.=125·2,65=331,25 кг

          G_{реб.жест.}=0,2·(7850·0,053)=83,21 кг

          Gст1=7850·0,053+83,21+0,017·7850=632,71 кг

          Gст2=7850·0,079+0,0068·7850=673,53 кг

Общее сопротивление:

 

3.3.Потери теплоты на разогрев  пола камеры:

 

1- цементно-песчаная стяжка  Сст=0,84 кДж/кг·ºС ;

    с латексным  составом:         λст=0,93Вт/м·ºС

                                           ρст=1800 кг/м³

                                           δст=0,03 м

2-керамзитобетон:                     Ск.б.=0,84 кДж/кг·ºС ;

                                                     λк.б.=0,65Вт/м·ºС