Технологический расчет

3 Технологический расчет

Продолжительность теплового цикла работы камеры:

τ=τз+ τн+ τи+ τо +τв,ч

Где:

τз, τн, τи, τо ,τв-соответственно время загрузки, нагрева, изотермической выдержки, охлаждения и выгрузки ,ч

τн= (t2-t1)\Vп ,ч

где:

t1- температура цеха;

t2- начальная температура;

Vп—скорость подъема температуры.

t₁=16 ^oC, t₂=180 ^oC ,V_п=25 ^оС\ч

τн=(180-16)\25=6,56 ч

τо=(t2-t’1)\Vо ,ч

где:

t’1-температура,при которой изделия извлекаются из камеры после ТВО, С

Vо-скорость понижения температуры в камере,

t’1 =40 ^оС , V_o=30 ^oC\ч

τо=(180-40)\30=4,67 ч

τ=1+6,56+5+4,67+1=18,23 ч

Суточная производительность тепловых установок:

Vc=Vг\(τг+kρ),м3\сут,

Где:

Vг-годовая производительность завода(цеха),м3\год;

τг—нормированное количество рабочих дней в году;

kρ-коэффициент использования оборудования.

V_г=13560 м³\год , τг=245 , к_р =0,91

Vc =13560\(245*0,91)=60,82 м³\сут

Оборачиваемость камер:

m=24\τ

m= 1,37

Количество изделий,изготовленных в сутки:

m из= Vc\Vи,

Vи-объем одного изделия,м3

Vи-=2,669 м³

m _из=23

Количество изделий,загружаемых в камеру:

nи=H\h

n _из=12 шт

где:

H-ориентировочная высота рабочего пространства пропарочной камеры,м

h-шаг изделия по высоте(сумма высоты формы и расстояния между ними),м

Основные размеры рабочей камеры тепловой установки:

Ширина B=в+2в”+2в’,м В=1,906 м

Длина L=l+2в”+2в’,м L=19,158 м

Высота H=(a+a’) nи +c’(nи -1)+c+d,м Н=3,5 м

Где:

в-ширина изделия,м

в’-расстояние от внутренней стенки камеры до формы,м

в”-ширина полки формы,м

l-длина изделия,м

а-толщина изделия,м

а’-толщина дна формы,м

с-расстояние от дна камеры до низа формы,м

с’-расстояние между формами,м

d-расстояние от крышки камеры до верхней формы,м

Исходя из полученных расчетных данных выбираем автоклав тупикового типа с параметрами:

D=2 м ; L_корп=19,245 м ;Раб.давление= 0,9 МПа ;Ширина колеи вагонетки= 0,75 м ;Масса= 20,57 т ;Габаритные размеры: L= 20,825 м, В=2 м,Н=4 м.

Объем рабочей камеры установки:

Vк=L*B*H,м3 V_k=127,803 м³

Коэффициент загрузки камеры:

kз=( Vи *nи)\ Vк к=(2,669*12)\127,803=0,25

количество пропарочных камер с учетом резерва:

nk=nиз\(nи*m)+(1…2),шт n_k=2

4 Теплотехнический расчет

Уравнение теплового баланса установки имеет вид:

Qист=Qб+Qв+Qф+Qо+Q5+Qп -Qэкз,кДж,

Где:

Qист- количество теплоты,кДж,которое должно быть подведено источником(теплоносителем) к епловой установке,

Qб-теплота на нагрев бетонных и железобетонных изделий в камере,кДж;

Qв-теплота на нагрев воды в бетонной смеси изделий камеры,кДж;

Qф-теплота на нагрев форм,арматуры и других закладных частей из металла,кДж;

Qо-теплота,затрачиваемая на нагрев ограждающих конструкций(стен,крышки,пола),кДж;

Q5-потери теплоты конструкцией тепловой установки в окружающую среду,кДж;

Qп--неучтенные потери теплоты,кДж;

Qэкз-количество теплоты,выделяющейся в процессе экзотермических реакций цемента с водой затворения,кДж.

Qб=Gб*сб (t2-t1),кДж

Qв=Gв*св (t2-t1),кДж

Qф=Gф*сф (t2-t1),кДж

Где:

Gб, Gв, Gф- соответственно полная масса бетонных изделий, воды в бетонной смеси изделий и металла(форма, арматура, закладные детали) в камере, кг;

сб, св, сф- соответственно удельные теплоемкости сухой массы бетона, воды и металла, кДж \(кг К);

t2-максимальная температура в конце стадии нагрева, С

t1-начальная температура С, как правило, принимается равной температуре цеха.

G_б=16727 кг

G_в=4270,4 кг

G_м = 26250,672 кг

С_б=0,837 С_в=4,187 С_м=0,481

Q_б=16727*0,837(180-16)=2016071,8 кДж

Q_в=4270,4*4,187(180-16)=2574743,73 кДж

Q_м=26250,672*0,481(180-16)=1818226,545 кДж

Qо=0,85(t2-tв-35)√с*λ*ρ*τт *F ,кДж

Где:

tв-температура окружающей среды(цеха),С

с, λ, ρ-удельная теплоемкость и плотность материала,из которого выполнено ограждение;

F-площадь ограждения, аккумулирующая теплоту,м2;

τт-продолжительность цикла тепловой обработки,

τт= τн+ τз+ τв,

τ_т=8,56 ч

F=173,305 м²

Q_о=0,85(180-16-35)√0,46*56*7800*8,56 *173,305=24921652,8245 кДж

Q5= Q5’+ Q5”+ Q5’”

Где:

Q5’-потери теплоты в окружающую среду через стены установки, соприкасающейся с воздушной средой цеха, т.е. выступающего над землей, кДж;

Q5”-потери теплоты в окружающую среду через крышку, кДж;

Q5’”-потери теплоты через пол и стены, соприкасающиеся с землей, кДж

Q5’= F*q*τ

Для определения величины теплового потока от стены к воздушной среде цеха q(кДж\ч) необходимо принять в соответствующими с действующими требованиями температуру наружной поверхности вертикальной стенки tнар и подсчитать значение коэффициента теплоотдачиот стенки в окружающую среду α2 :

α2=2,6⁴√ tнар-tв +(си\( tнар-tв)) [((273+ tнар)\100)⁴ –((273+t_в)\100⁴]=

=2,6 ⁴√20-16 +(4,6\(20-16)) [ ((273+20)\100)⁴-((273+16)\100)⁴]=8,21

где:

с_и-величина, характеризующая излучательную способность стенки;принимается равной 4,6.

В качестве теплоизоляции установки выберем плиты минераловатные с теплопроводностью λ_из=0,059 ВТ\(м² *^оС).Зададим толщину теплоизоляции δ=0,22м и найдем величину теплового потока от стены к воздушной среде цеха:

q=[(t_ср-t_в)*3,6]\( δ_i\λ_i+1\α2),кДж;

где:

t_ср- средняя температура внутренней поверхности стенки(ограждения), ^оС;принимается равной 150 ^оС

α₁-коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности стенок(ограждений)камеры,Вт\м²К;

q=((150-16)\3,6)\(0,024\56+0,22\0,059+0,003\56+1/8,21)=125,263 кДж\ч

Проверяем значение температуры наружной стенки формулой:

t_нар= t_ср- q\ 3,6*( δ_из\λ_из+ δ_ст\λ_ст + δ_с\λ_с)=150- 125,263\3,6*(0,024\56+0,22\0,059+0,003\56)=20,238 ^оС

Q₅=173,305*125,263*8,56=185826,508 кДж

Неучтенные потери:

Q_п=(0,1…0,2)(Q_б+Q_в+Q_ф+Q_о+Q₅),кДж

Q_п=0,15*(2016071,8+2574743,73+1818226,545+185826,508)=5402478,211 кДж

Q_экз=q_экз*G_ц,кДж

Где:

G_ц –масса цемента во всех изделиях, загружаемых в камеру,кг

q_экз-теплота выделяемая при гидратации 1 кг цемента,кДж\кг

t_ср.б=[0,5(t₁+t₂)+t₂+(t₂+t₁^’)0,5]\3=(0,5(180+16)+180+(180+16)*0,5)\3=

=125 ^оС

q_экз=0,0023 q₂₈*t_ср.б (В\Ц)^0,44τ=0,0023*335*125*(0,4)^0,44*6,56=464,385 кДЖ\кг

G_ц=Ц*V_и*n_из=450*12*2,669=14412,6 кг

Q_экз=14412,6*464,385=6692005,251 кД

q₂₈-количество теплоты экзотермии при твердении бетона в естественных условиях, кДж\кг(принимается по справочным данным);

τ-продолжительность рассматриваемого периода ТВО для которого определяется Q_экз ,ч

Общий расход теплоты за период нагрева:

Q^н_ист=2016071,8+2574743,73+1818226,545+185826,508+5402478,211-6692005,251=34726994,3667 кДж

Расход пара(теплоносителя)в период подъема температуры:

D_н=Q_ист\[(i^”-i_k)τ_н] ,кг\ч

Где:

i^” и i_k–соответственно энтальпии пара подаваемого в камеру ,и конденсата, отводимого из камеры, кДж\кг i^”=2758 и i_k=675,5

D_н=34726994,3667\((2758-675,5)*6,56))=2542,01 кг\ч

В период изотермической выдержки уравнение теплового баланса имеет вид:

Q^и_ист=Q₅+Q_п+Q_вл-Q_экз ,кДж,

Где:

Q_вл- расход теплоты на испарение влаги из бетона в период изотермической выдержки,кДж.

Для тяжелого бетона

Q_вл=0,015*G_вл*r ,кДж;

r-теплота парообразователя,кДж\кг;

Q_вл=0,015*4270,4*2082=133364,592 кДж

q_экз=0,0023 q₂₈*t_ср.б (В\Ц)^0,44τ=0,0023*335*125*(0,4)^0,44*5=357,2 кДж\кг

Q_экз=5148457,88

Q^и_ист=185826,508+5402478,211+133364,592-5148457,88= 573211,431 кДж

Расход пара в период изотермической выдержки:

D_и=Q ^и_ист\[(i^”-i_k)τ_и],кг\ч.

D_и=573211,431 \((2758-675,5)*5)=55,05 кг\ч

Удельный расход теплоты и пара(теплоносителя):

q_у=(Q_ист+Q^и _ист)\(V_и*n_и) кДж,м³ бетона;

q_у=(573211,431 +34726994,3667)\(2,669*12)=1102167,0350 кДж\м³ бетона

d= q_у\(i^”-i_k),кг пара\м³

d=1102167,0350 \(2758-675,5)=296,4 кг пара\м³