Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Тепловлажностная обработка строительных изделий обеспечивается созданием горячей (обычно 60-200 ° С) и влажной(ц=100%) среды, значительно ускоряющей твердение и улучшающей при определённых условиях качество изделий по сравнению с твердением их в естественных условиях . Такая обработка является одним из важнейших этапов технологии изготовления ряда строительных деталей - бетонных, железобетонных, известково - песчаных и др. Тепловлажностная обработка изделий в течение нескольких часов придает изделию прочность, равную 50-70% (и выше) проектной, приобретаемой им лишь через 28 суток естественного вызревания. Тепловая обработка сокращает число необходимых форм, металлоемкость которых даже при тепловлажностной обработке изделий очень велика.

А теперь конкретно про пакет термоформ с передвижным пакетировщиком. Такая обработка не требует сооружения специальной камеры. Стеновые панели формуют и подвергают тепловлажностной обработки в специальных формах с полным поддоном - термоформах. Полость поддона, служит паровой рубашкой, от стенки которой изделия прогреваются теплопроводностью. Пар равномерно распределяют по паровой полости перфорированные трубы, закрепленные в отверстиях ребер жесткости формы. Для стока конденсата служит специальный штуцер. Эффективным средством, повышающим теплообмен в термоформах, является принудительная циркуляция паровоздушной смеси в тепловом отсеке с помощью эжекторов.

Продолжительность тепловлажностной обработки бетона до его отпускной прочности в пакетах термоформ равняется 6-7часов.

Кроме пара, в пакетах термоформ благодаря герметичности тепловой полости могут применяться различные теплоносители: сгоревший природный газ, высокотемпературные жидкости, электроэнергия.

Подвод пара в поддон термоформы, отключение его, регулирование температуры и прочие операции, связанные с установлением заданного режима тепловлажностной обработки, производят системой автоматического программного регулирования температуры. При прогреве в пакетах изделия за более короткий срок, чем в других аппаратах непрерывного действия, приобретают достаточную прочность благодаря возможности интенсификации теплообмена между теплоносителем и изделием и применению автоматики.

Применение пакетировщиков значительно экономит производительную площадь и капитальные затраты на их установку. Конвейерные линии в зависимости от их производительности можно обслуживать одновременно, несколькими пакетировщиками.

Достоинства установки:

- экономия производственной площади выгодное использование высоты цеха. теплоформа магистральный паропровод

- высокая производительность

- высокая степень механизации и автоматизации

- Экономия пара

Недостатки:

- узкая номенклатура

- высокие капитальные затраты и электроэнергия



1. Описание устройства и принципа работы установки

Пакетировщик представляет собой установку, предназначенную для сбора термоформ в пакеты и их тепловой обработки. Количество термоформ собранных в один пакет колеблется от 6 до 8 шт.

Термоформы собирают в пакет с помощью пакетировщика грузоподъемностью 100т, состоящего из подъемного стола - траверсы, направляющих стоек, упоров - отсекателей, гидродомкратов. Стол снабжен роликами, являющимися при нижнем его положении участком общего рольганга.

Механизм перемещения форм от нижнего положения до верха стопы аналогичен передвижению их в шахте вертикальной пропарочной камеры. В пакете 6-7 форм. Набор форм в пакет происходит снизу.

Термоформа с отформованным изделием принимается передвижным пакетировщиком с последнего поста перед пакетами.

Чтобы присоединить форму к днищу нижней формы ранее собранного пакета, включают гидропривод и поднимают стол. При этом форма плотно закрывается сверху поддоном ранее поднятой формы. Во время подъема очередной формы опоры - подсекатели выходят из подпорных площадок ранее поднятой формы, и пройдя их, подаются под ее опорные площадки затем отключают гидропривод, пакет остается на опорах отсекателях, а стол пакетировщика опускают в первоначальное положение. Затем к форме подключают пар и начинают т.в.о. Форма двигается в пакете снизу вверх до тех пор, пока она не займет верхнего положения с изделием, бетон которого достиг отпускной прочности.

Прежде чем извлечь плиту краном из термоформы, открывают ее борта, и изделие остывает на поддоне в течение часа. После этого изделие снимают краном с поддоном и переносят на склад, а использованную термоформу возвращают по рольгангу на пост формования. Т.о., в пакет всегда входит постоянное количество термоформ, каждая из которых последовательно занимает все положения от 1 до n, равного количеству форм в пакете.

Каждая следующая Термоформа надежно укрывает поверхность бетона в находящейся под ним форме. Это обеспечивает возможность быстрого подъема температуры в бетоне почти без последующих деструктивных явлений в нем. Поверхность бетона в верхней термоформе с этой точки зрения не нуждается в укрытии, т.к. процесс подъема температуры в бетоне закончился уже ранее. Теплоизоляционное укрытие здесь целесообразно только из условия уменьшения потерь тепла.



1. Исходные данные для проектирования

1.1 Характеристика изделия

Внутренняя стеновая панель

Наименование показателей	Единицы измерения	Значения показателей
1. Геометрические размеры: длина (l) высота (h) толщина () 2. Средняя плотность бетона 3. Масса изделия 4. Расход стали 5. Марка бетона 6. Объем бетона	м м м кг/м 3 кг кг - м 3	5,85 0,16 2,78 2480 5500 78,21 150 2,19

Таблица 2.1- Характеристика изделия

2.2 Режим тепловой обработки

Режим работы тепловой установки складывается из следующих этапов, час:

загрузки изделий ф_з = 0;

предварительной выдержки изделий ф_в = 0;

нагревания изделий ф_н = 1, с заданной скоростью подъема температуры:

, К/час

где Т_из - температура изотермической выдержки;

T₁ - температура изделий, загружаемых в камеру

= 358 - 293 = 65 К/час

1изотермической выдержки изделий ф_из = 5 часов, но так как мы используем ускоритель, то отнимаем 1 час и принимаем 4 часа;

5) охлаждения изделий ф_ох = 2, с заданной скоростью охлаждения:

, К/час

где T ₂ - температура выгружаемых изделий, принимается равной

35 40 ^оС

= 358 - 308 = 25 К/час

выгрузки изделий ф_выг = 0

Время тепловой обработки:

ф_тво = ф_в + ф_н + ф_из + ф_ох = 0+1+4+2 = 7 час

Полный цикл работы тепловой установки:

Ф_ц = ф_з + ф_в + ф_н + ф_из + ф_ох + ф_выг = 0+0+1+4+2+0 = 7 час



где ф_з - время, затрачиваемое на загрузку изделий;

ф_выг - время, затрачиваемое на выгрузку изделий.

График режима т.в.о.



3. Технологические расчёты

3.1 Размеры установки

Размеры термоформ:

l_ф = 5,85+0,2 = 6,05м;

b_ф = 2,79+0,2 = 2,98м;

h_ф = 0,16+0,22 = 0,38м.

в одном пакете 7 термоформ, всего принимаем 4 пакета и одну конвейерную линию.

3.2 Разовая вместимость установки

Разовая вместимость в штуках В_шт = 7+1+1 = 9 шт

Разовая вместимость по объёму бетона В_м³ = 9*2,19 = 19,71 м³

3.3 Производительность (количество установок)

Часовая производительность термопакета.

g_Ч = , шт/ч

В термопакете принимаем 1 термоформу, тогда n = 1· 9 = 9 шт.

Длительность цикла нагрева и изотермической выдержки составляет

ф = 1+ 4 = 5 часов.

g_ч = 9 = 1,8, шт/час

5Часовая производительность по объему бетона:

g_Б = g_Ч · V_Б , м³/ч

g_б = 1,8 · 2,19 = 3,9 м³/ч

Часовая производительность по массе бетона:

g^//_Б = g_Ч · m_Б , кг/ч

где m_Б - масса бетона в изделии, кг.

g^//_б = 1,8 · 5421,79 = 9759,2 кг/ч

где m_Б - масса бетона в изделии, кг.

m_Б = m_изд - m_арм, кг,

где m_изд - масса изделий, кг,

m_арм - масса арматуры,кг.

Количество конвейерных линий определяют по формуле:

N_к.л. =

N_{к.л =} = 0,7

Принимаем одну ковейерную линию.

Количество пакетов определяют по формуле:

N_пак =

N_{пак =} (7 60) ч (20 7) = 3 шт

Принимаем 4 пакета.



4. Теплотехнические расчёты

4.1 Исходные данные для теплотехнического расчёта

1. Разовая вместимость камеры В_м³ 19,71 и В_шт. 9;

2. Средняя плотность бетона 2480 кг/ м³.

3. Расход воды 200 л и цемента 240 кг 1 мі;

4. Водоцементное соотношение 0,931;

5. Влажность бетона 4%;

6. Удельная теплоемкость бетона 0,9 кДж/кг К;

7. Расход арматуры 78,21 кг на 1 изделие;

8. Масса формы 10000 кг

9. Удельная теплоемкость металла 0,48 кДж/кг К.

10. Продолжительность нагрева изделий 1 ч.

11. Продолжительность изотермического прогрева 4 ч.

12. Время охлаждения 2 ч.

13. Период теплообработки 7 ч.

14. Пар поступает в камеру с давлением 0,2 МПа и влажностью 15%.

15. Максимальная температура пропаривания 358 К.

16. Средняя температура наружной поверхности камеры (273+40) 313 К.

17. Температура конденсата (273+80) 353 К.

18. Температура воздуха в цехе (273+20) 293 К.

4.2 Теплотехнический расчёт

Часовой расход тепла на нагрев изделий

Часовой расход тепла на нагрев изделий.

а) на нагрев сухой части бетона



Q_бет = g^//_сб · С_Б · (Т₂ - Т₁), кДж/ч

g^//_сб = g_Ч · (m_Б - ), кг/ч

m_Б = m_изд - m_арм, кг

m_Б = 5850 - 78,21 = 5421,7 кг

g^//_сб = 1,8 · (5421,7 - [ 4 · 5421,7] ч100) = 9368,7 кДж/ч.

б) на нагрев воды

Q_В = g^//_Б · С_В · · (Т₂ - Т₁), кДж/ч

Q_В = 9368,7 · 4,18 · (4 ч100) · (358 - 293) = 101819,032

в) на нагрев арматуры

Q_арм = m_арм · g_Ч · С_арм · (Т₂ - Т₁) =78,21· 1,8 · 0,48 · 65 = 4392,27 кДж/ч

2.Расход тепла на нагрев форм

Q_Ф = m_Ф · · С_Ф · (Т₂ -Т₁), кДж/ч

Q_Ф = 1000 · = 561600 кДж/ч

3.Потери тепла во внешнюю среду через боковые стенки паровой полости и бортостнастки.

Q_ос = б_сум · (Т_ст - Т_ос) · F · 3,6, кДж/ч

Q_ос = 10,69 · 20 · 6,8 ·3,6 = 5273,093 кДж

F = П · h_Ф, м²

F = 2· (6,05+2,98) · 0,38 = 6,8 м²

4. Потери тепла с конденсатом

Q_к = Д^/ · С_к · t_к, кДж/ч

Q_к = Д · 4,18 · 80 = 334,4 кДж/ч

Часовой приход тепла.

С паром

Q_п = Д^/ · Я_п, кДж/ч

Я_п = 504 +2202 · 0,80 = 2266 кДж/ч

Q_п = 2266Д кДж/ч

От экзотермических реакций твердения цемента.

а) тепловыделение 1 кг цемента составит:

Q_экз.ц. = 0,0023 · Q_э.28 (В/Ц)^0,44· t_срб· ф, кДж/ч

Q_экз.ц. = 0,0023 · 418 (0,8)^0,44· 52,5 · 5 = 229,6 кДж/ч

t_срб = (t₁ + t₂) · 0,5

t_срб = (85+20) = 52,5 ^оС

б) тепловыделение бетона за час составит:

Q_Э.Б. = , кДж/ч

Q_Э.Б. = = 42981,12 кДж/ч

2.С паром:

Q_п = Д^/ · Я_п, кДж/ч,

Q_п = Д ^/

Д^/ = , кг/ч

Д^/ =

Удельный расход пара.

d = , кг/м³

d = = 148 кг/м³

4.3 Сводная таблица баланса тепла

Таблица 4.1 - Таблица баланса тепла

Наименование статей баланса	Количество тепла
	кДж	%
Приход теплоты С паром От экзотермических реакций	1371142,08 42981,12	96,9 3,1
Всего:	1414123,2	100
Расход и потери теплоты На нагрев изделий На нагрев форм Потери в окружающую среду Потери теплоты с конденсатом Невязка баланса	654280,252 561600 5273,093 192975,552 0	46,3 39,7 0,3 13,6 0
Всего:	1414123,2	100



5. Технико-экономические показатели

Таблица 5.1 - Технико-экономические показатели

№ п/п	Наименование показателей	Единицы измерения	Значение показателей
1. 2. 3. 4. 5. 6.	Габаритные размеры установки: длина ширина высота, Объем установки Годовая производительность Съём продукции Удельный расход пара Удельный расход нормального пара	м м м м3 м3 м3/ м3 уст кг/ м3 кг/ м3	7,25 4,18 3,24 98,2 20000 203,69 148 131,2

1. Съём продукции:

П_уд = П_год / V_уст , м³/м³

где П_год - годовая производительность установки, м³

V_уст - объем установки, м³

П_уд = = 203,69 м³/ м³ уст

2. Удельный расход нормального пара:

d_н = d · i_п / 2680, кг/м³

где d - удельный расход пара, кг

i_п - энтальпия пара, кДж/ кг·К

2680 - энтальпия нормального пара, кДж/ кг·К

d_н = кг/ м³

Трубы.

1.Количество отверстий в перфорированных трубах

1. Расстояние между отверстиями

2. Диаметр магистрального паропровода

,м

Диаметр перфорированной трубы принимается: условный проход = 65мм

наружный диаметр = 75,5мм

толщина стенки = 4мм

Условный проход магистрального паропровода принимаем 200мм; наружный диаметр 219мм; толщина стенки 6мм.



Литература

1. Волынец Н.П., Дьяченко Н.Г. Справочник ин-женера-технолога предприятий сборного железобетона. -- Киев: Будивельник, 1983. - 287с.

2. Никифорова Н.М., "Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий". - М.: Выс-шая школа, 1981. - 271с.

3. Производство сборных железобетонных изделий: Справочник/ Г.И. Бердичевский, А.П. Васильев, Л А. Малинина и др./Под ред. К.В. Михайлова, К.М. Королева. -- М.: Строийздат, 1989.- 440с.

4. Перегудов В.В., "Теплотехника и теплотехническое оборудование". - М.:
Стройиздат, 1990. - 336с.

5. Перегудов В.В., Роговой М.И., "Тепловые процессы и установки в техноло-гии строительных изделий и деталей". - М.: Стройиздат, 1983. - 416с.

6. Проектирование заводов железобетонных изделий. Под ред. В.И.Сорокера. - М., «Высшая школа», 1970. - 390с.

Размещено на Allbest.ru

...