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

 

Недогрев бетона составляет 22°.

 

 

Рассчитаем, поднимется ли температура в бетоне за счет тепла, выделяемого в процессе гидратации цемента.

,кДж/кг

М – марка цемента;

Q - количество градусо-часов от начала процесса, °С∙ч;

В/ц – водоцементное отношение;

А – эмпирический коэффициент, равный

а = 0,32 + 0,002 ∙ Q при Q < 290 °С∙ч;

а = 0,84 + 0,0002 ∙ Q при Q > 290 °С∙ч;

 

Рассчитываем количество градусо-часов за весь период тепловой обработки; при этом средняя температура бетона в период изотермической выдержки определяется как

tбср11 - средняя температура бетона в конце изотермической выдержки;

тогда

 

°С∙ч;

Определяем удельную теплоту гидратации в период экзотермической выдержки

a=0,84+0,0002*279,24= 0,896

 

кДж/кг

Определяем количество теплоты гидратации, выделяемое цементом 1 м3 бетона

,кДж

 

кДж

Определяем повышение средней температуры изделий за счет теплоты гидратации цемента

, °С

°С

 

Среднее повышение температуры составляет 43,2 °С, что является достаточным для догрева бетона до температуры заданного режима.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

Число установок периодического действия определим по выражению

, шт.                         

где

N0- годовая производительность линии, м3;

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

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

М- число рабочих дней в году;

К- число смен; 

Z- продолжительность рабочей смены, ч.

шт.

Принимаем 6 установок (в две линии).

 

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·b1+b2, 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:

Высота напольной пропарочной камеры выбирается из расчета, что изделия в установке укладываются в один слой и принимается равной 0,7 м.

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

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

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

                        Hk=1,05м

                        Bk=3,0м

                        Lk=13,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки.

 

Теплотехнический расчет заключается в составлении теплового баланса установок, 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;

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

β- коэффициент, учитывающий непредвиденные потери теплоты;

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

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

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

Qк- потери с конденсатом, кДж.

 

Теплота на нагрев бетона.

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

, кДж

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

Gб- масса изделий в  установке, кг; Gб = 0,54 * 24 * 2506 = 32478 кг

tн, tк - средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.

Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:

подъем температуры:

 кДж

изотермическая выдержка:

 кДж

 

Теплота на нагрев формы.

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

, кДж

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

Gф- масса формы, кг;

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

tн- 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

Теплота на разогрев конструкций камеры.

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

, кДж

где сi- массовая теплоемкость соответствующего слоя конструкции рассматриваемого ограждения.

Gi- масса рассматриваемого слоя, кг

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

tнi- начальная температура материала рассматриваемого слоя конструкции ºС.

 

Потери через стены:

 

 

 

Сбет=0,84 кДж/кг·ºС ; Сст=0,48 кДж/кг·ºС ; Смв=0,84 кДж/кг·ºС

λб=1,86 Вт/м·ºС ; λм.в.=0,054 Вт/м·ºС ;   λст=58 Вт/м·ºС

ρб=2400 кг/м³ ;  ρм.в.=125 кг/м³ ;  ρст=7850 кг/м³

δб=0,3 м ;  δм.в.=0,1 м ;  δст=0,003 м

 

Найдем массу каждого из слоев;

                                     G=ρ·V

Gб=26409,6 кг ; Gм.в.=462 кг ; Gст=877 кг.

 

 

 

Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции:

 

    

 

 

 Общее сопротивление:

  С/Вт

Потери теплоты на разогрев стен конструкции при подъеме температуры:

 

 

t1=42,5 ºС

 

 

 

Потери теплоты на разогрев стен конструкции при изотермической выдержке:

 

t1=70

 

 

 

 

 

Потери теплоты на разогрев крышки при подъеме температуры:

 

 

 

 

δм.в.=0,1 м ; δст1=0,002 м ; δст2=0,003 м

Найдем массу каждого из слоев:

         

          Gм.в.=125·1,56=615 кг

          Gст1=7850·0,047=772,44 кг

          Gст2=7850·0,031=1158,66 кг

 

Общее сопротивление:

 

 кДж

 

 

Потери через пол:    

 

δцем. стяж.=0,06м ; δпл =0,2м ;   δпесч. просл.=0,1м

R0=1/60+1,3+0,17+0,02+0,108=1,61 м²·ºС/Вт

                                           

Найдем массу:

ρпесч. просл.=1600 кг/ м³

ρцем. стяж.=1800 кг/ м³

ρпл.=1400 кг/ м³

ρр-р.=800 кг/ м³

 

Gр-р =787,2 кг

G песч. просл =7872 кг

Gцем. стяж =5313,6 кг                                      

Gпл=13776 кг

Тепло потери на разогрев пола конструкции при подъеме температуры:

 

 

 

Потери теплоты на разогрев пола конструкции при изотермической выдержке:

 

 

 

 

 

Потери теплоты рассчитаем по следующей формуле:

                                   

 

Потери теплоты при подъеме температуры:

Потери теплоты при изотермической выдержке:

Потери теплоты в грунт  рассчитаем по следующей формуле:

F1=44,8

Потери теплоты при подъеме температуры:

Потери теплоты при изотермической выдержке:

Потери теплоты в окружающую среду рассчитаем по следующей формуле:

Vcр=22,4

 

Теплота, расходуемая на испарение воды затворения:

 

          r- теплота фазового перехода,(2345,4 кДж/кг)

 

Теплота, теряемая с конденсатом:

 Теплота, теряемая с конденсатом, рассчитывается по формуле

кДж                            

где

Gк- количество конденсата, равное 0,8 … 0,9 искомого пара за период;

iк- энтальпия конденсата, уходящего из установки, кДж/кг.

                                                                        кДж/кг                       

где

ск- теплоемкость конденсата (для воды ск=4,19), кДж/кг ºС;

tк- температура конденсата.

Рассчитаем энтальпию конденсата по формуле

 кДж/кг 

 

                        

 

Энтальпия пара рассчитывается по формуле

 

, кДж/кг                       

где

i ’-энтальпия воды

r- теплота фазового перехода

x- степень сухости пара

кДж/кг

 

Расчет статей теплового баланса сведем в таблицу:

 

Статья баланса	Количество теплоты, кДж		Итого		%
	Подъем температуры	Изотермическая выдержка
Теплота на нагрев бетона	427216,63	573813,0	1001029,63	41,9
Теплота на нагрев формы	220776,96	72721,92	293498,88	15,95
Теплота на разогрев конструкций камеры: 1.Потери через стены	63741,25	62815,89	126557,14	20,95
2.Тепло потери на разогрев  крышки	35392,42		35392,42
3. Потери через пол	363644,24	632016,69	993660,93
Потери теплоты	12252,89	36758,68	49011,57	1,65
Потери теплоты в грунт	8448	25344	33792	1,29
Потери в окружающую среду.	17868		17868	0,38
Теплота теряемая на испарением воды		180162,72	180162,72	8,81
Теплота, теряемая с конденсатом			292847,77	9,07
Итого			2759671,13	100