Вертикальная камера профессора Семенова

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Вертикальная камера профессора Семенова

Вертикальная камера профессора Семенова

Министерство образования и науки Украины

Одесская Государственная Академия Строительства и Архитектуры

Кафедра процессов и аппаратов в технологии строительных материалов

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу:

«Теплотехника и теплотехническое оборудование»

на тему:

Вертикальные камеры проф. Семенова

Выполнила:

ст.гр.ПСК-441

Голышев А.А.

Проверила:

Антонюк Н.Р.

Одесса

2009

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

В зависимости от условий теплообмена определяют соответствующие им коэффициенты теплообмена (прил. КП-5).

Для правильного назначения режимов тепловой обработки изделий необходимо знать кинетику температуры в отдельных точках изделия и ее распределение в объеме изделия в различные моменты времени. Эти же данные нужны и для теплотехнических расчетов установок. В результате такого расчета определяют количество и график подачи тепла в установку.

Для этого период нагрева () разбивают на 3 стадии в каждой из которых, в соответствии со средними за стадию параметрами процесса, определяют искомые температуры. При этом принимают во внимание, что конец первой стадии - есть начало второй, конец второй - есть начало третьей и т.д. (в период изотермической выдержки и охлаждения разбивку на стадии не производят).

2. Расчет температуры греющей среды по этапам

Скорость подъема температуры греющей среды:

где: - начальная температура среды;

- температура изотермической выдержки;

- время этапа подъема температуры. Режим тепловлажностной обработки (+ +), а также температура изотермической выдержки указываются в бланке задания.

град./час

Цикл тепловой обработки бетона в камере Семенова

Конечные и средние температуры каждой стадии и этапов:

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1:

0С; 0С;

0С.

Стадия1-2:

0С; 0С;

0С.

Стадия1-3:

0С; 0С;

0С.

где: и - начальная и конечная температура каждой стадии;

- время каждой стадии

;

- средняя температура стадии.

Этап изотермической выдержки 0С;

Этап охлаждения (): 0С; 0С;

0С.

ЭтапI ЭтапII ЭтапIII

3. Метод критериальных уравнений

Эффективность нагрева изделий в условиях протекания процесса конвекционного теплообмена прямо пропорциональна интенсивности теплообмена, толщине прогреваемого слоя изделия и обратно пропорциональна теплопроводности материала тела. При расчетах нестационарных процессов нагрева эта связь (зависимость распространения тепла в изделии от интенсивности внешнего теплообмена) учитывается критериальным комплексом Био :

где: - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 * град.; - определяющий размер по соответствующей оси, м. ; - коэффициент теплопроводности бетона.

Скорость изменения температуры при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

где: - коэффициент температуропроводности, м2/час; - продолжительность процесса нагрева, час.

При расчете температур материала в любой точке по оси X используют зависимости типа:

где: - безразмерная температура; , - температура среды и начальная температура тела.

Аналогично определяют безразмерные температуры и по осям Y,Z.

Для определения температуры на поверхности и в центре всесторонне прогреваемого изделия используются графики, приведенные в прил. КП-7. По определенным критериям Фурье и Био на соответствующем графике находят безразмерную температуру, по которой определяют искомую темпе-ратуру в центре или на поверхности изделия.

Порядок расчета по методу критериальных уравнений

Определение критериев - и для центра и поверхности изделия для всех этапов.

Этап подъема температуры (стадия 1-1);

Критерий Bi:

; ;

где: - коэффициент теплопередачи для первой стадии; 1, b, h - соответственно длина, ширина и толщина изделия (по заданию); - коэффициент теплопроводности данного вида бетона (Прил.КР-3).

Расчет коэффициента теплопередачи а для всех стадий этапа подъема температуры, этапа изотермической выдержки и этапа охлаждения изделий определяется по Прилож.КП-5, где:

Пункт А: для паровоздушной среды при естественной конвекции (ямные камеры конструкции «Гипростройиндустрии», проф. Л.А.Семенова и др.);

Пункт Б: для установок с интенсивной циркуляцией среды (ямные камеры конструкции ПДК КИСИ и др.);

Пункт В: для чистого (без примеси воздуха) насыщенного пара (автоклавы и вертикальные камеры проф. Л.А. Семенова и др.);

Пункт Г: для кассетных установок.

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1: t I-1 =32,57.

0С, ,

;

;

;

Стадия 1-2: t I-2 =57,7С0.

0С, ,

;

;

;

Стадия 1-3: t I-3 =82,83.

0С, ,

;

;

;

Этап изотермической выдержки0С; ,

;

;

;

Критерий :

; ; .

где: а - коэффициент температуропроводности, определяемый по Прил.КР-3 для заданного вида бетона; г/.у - длительность первой стадии.

Этап подъема температуры ():

;

;

.

Этап изотермической выдержки

;

;

.

По графикам в зависимости от значений критериев Bi и Fo находят без- размерные температуры по каждой оси для поверхности и центра изделия (Прил.КП-6):

- для поверхности изделия: ; ; ;

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1:

Стадия 1-2:

Стадия 1-3: ;

- для центра изделия: ; ; .

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1: ;

Стадия 1-2: ;

Стадия 1-3: ;

Общая безразмерная температура для поверхности и центра изделия:

=

=.

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1:

;

Стадия 1-2:

Стадия 1-3:

;

Этап изотермической выдержки

;

По формулам определяют истинные температуры поверхности и центра изделия:

где: , - искомая температура поверхности или центра в данной стадии; - конечная температура данной стадии; , - безразмерные температуры поверхности и центра данной стадии; , - температура центра или поверхности в предыдущей стадии (для стадии 1-1 - = =; для стадии I-2 - =; = и т.д.)

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1:

Стадия 1-2:

Стадия 1-3:

Этап изотермической выдержки

Подсчитывают среднюю температуру изделия:

0,67 +0,33

Далее аналогично стадии 1-1 производится расчет для следующих стадий этана подъема температуры и для этапа изотермической выдержки и охлаждения. Результаты записываются в таблицу 2. Последняя колонка таблицы заполняется после расчета экзотермии цемента.

Этап подъема температуры ():

Стадия I-1:

0,67 +0,33 =;

Стадия 1-2:

0,67 +0,33 =;

Стадия 1-3:

0,67 +0,33 =;

Этап изотермической выдержки

.

Таблица 2.

Температуры изделия

Расчет тепловыделения /экзотермии) бетона

Процесс твердения бетона сопровождается выделением тепла вследствие экзотермических реакций гидратации цемента.

Тепловыделение бетона зависит от тепловыделения цемента, которое в свою очередь определяется рядом факторов: химическим и минералогическим составом, маркой цемента, водоцементным отношением, расходом цемента, температурой бетона и продолжительностью тепловой обработки.

В приближенных расчетах количество тепла экзотермии, выделяемое 1 кг цемента, можно определить по формуле:

, кДж/кг

где: -удельное тепловыделение цемента, кДж/кг; М - марка цемента;

- количество градусов-часов от начала процесса, град-час; В/Ц - водо-цементное отношение; - эмпирический коэффициент, который опреде- ляется для каждой стадии этапа подъема температуры и этапаизотермичес-кой выдержки по значению :

= 0,32+0,002 при < 290 град-час;

= 0,84+0,0002 при > 290 град-час.

Расчет тепловыделения ведут в следующем порядке:

1) Определяют для всех рассматриваемых стадий (этапов):

град•час;

град•час;

град•час;

град•час;

град•час;

где: - начальная температура бетона, град;

- средняя температура бетона стадии (этапа), град;

- время стадии (периода), час;

- количество стадий с начала тепловой обработки.

2) Определяют суммарное количество тепловыделения для всех стадий по формуле:

, кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

3) Определяют тепло экзотермии, выделившейся в течение каждой стадии прогрева на 1 кг цемента

, кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

4) Определяют общее тепло экзотермии, выделяемое цементом, находящимся в камере в течение каждой стадии:

, кДж,

где: Ц - расход цемента, кг/м3; -объем бетона в тепловой установке:

м3;

где: - объем одного изделия, м3 (определяется по габаритам изделия); -количество изделий, находящихся в тепловой установке (определяется в технологическом расчете по раскладке изделий)

5) Определяют повышение средней температуры изделий за счет тепла экзотермии:

град,

где: - теплоемкость заданного вида бетона, кДж/кг град. (Прил.КР-3)

;

-масса бетона в тепловой установке, кг. :

==

где: - плотность бетона, кг,м3(Прил.КР-3); кг/м3.

6) Определяют фактические средние температуры изделий по стадиям (этапам):

где: - средняя температура изделия, на данном этапе (стадии).

Результаты расчета заносятся в таблицу 2.

Материальные и тепловые балансы

Материальный баланс

По закону сохранения масс вес материалов, поступивших в тепловую установку , должен быть равен весу материалов, выходящих из нее ,

=

(это балансовое уравнение, выражающее закон сохранения материи, называют материальным балансом).

Однако в процессе тепловой обработки наблюдается потеря материала за счет испарения влаги.

Следовательно, уравнение материального баланса имеет вид:

,

где: - потери материала.

Левая часть уравнения складывается из статей прихода материала, а правая - из статей расхода после тепловой обработки.

Материальные балансы для установок периодического действия составляют для всего материала, находящегося в установке, для установок непрерывного действия - по часовой производительности.

Статьи материального баланса (кг/цикл, кг/час) для легкого железобетона.

Приход материалов:

1. - сухая масса изделий; =++, кг;

=1140,48+2592+4458,24=8190,72 кг

Gграв=Г*Vб=860*5,184=4458,24 кг

а) - масса цемента; , кг;

кг

б) - масса песка; , кг;

кг

2. - масса воды затворения; , кг;

кг

3. - масса арматуры; , кг;

кг;

4. - масса металла форм;

кг

где: Ц,П,Щ,В,А - соответственно масса цемента, заполнителей, воды,

арматуры в кг/м3 бетона;

- объем бетона, уложенного в камеру, м3;

nто - количество форм, уложенных в камеру, шт.;

- металлоемкость одной формы, кг/м3 .

Расход материалов:

1. - масса испаренной воды, кг (для плотных бетонов -- 1 % от их массы для других бетонов - по технологическим расчетам).

кг.

2. - масса оставшейся воды в изделии:

Материалы по п.п. 1,3,4 приходных статей проходят тепловую обработку без изменения.

б) Подземной частью:

, кДж

где: - коэффициент теплопередачи через поверхности ограждения:

подземную часть стен и пола. Ввиду сложности его вычисления, (необходимо знать характеристики грунта и засыпки), в расчете принимают: :

- поверхность подземной части ограждений камеры

,м2

,м2

кДж

Общее потерянное тепло через ограждения камеры к концу периода нагрева:

,

кДж

7. - потери тепла с паром, занимающим свободный объем камеры:

, кДж

где: - свободный объем камеры

,

м3;

где: - объем камеры, м3;

- объем бетона в камере, м3;

- плотность металла форм; =7850 кг/м3;

- плотность пара (плотность нормального пара =0,8кг/м3);

- теплосодержание пара.

кДж

8. Тепло, уносимое конденсатом пара:

=,

где: = 4,19=4,19*57,7=241,76- энтальпия конденсата - определяется по средней температуре среды за период нагрева (первый);

- количество конденсата:

- расход пара за первый период, кг;

- расход пара на пропуски в атмосферу, кг;

- масса свободного объема пара, кг.

, кг.

, кг.

9. Тепло, уходящее в атмосферу с паровоздушной средой, выбивающейся из щелей и других неплотностей камеры за первый период нагрева. Приближенно берется в количестве 10-20% от общей суммы статей расхода за период:

, кДж.

, кДж.

Меньший коэффициент берется для надежно герметизированных камер. В соответствии с рассчитанными статьями прихода и расхода составляется тепловой баланс камеры.

Период подъема температур:

Решая полученное уравнение теплового баланса, находим необходимое

количество пара, которое поступает за первый период ,кг.

кг

750970.4=750981.6

Определяется среднее часовое количество пара за первый период:

, кг/час

Удельный расход пара за первый период:

кг/м3

Количество тепла за первый период:

=243.36*2680=652204.8кДж

Qконд=241,763*243,36-24,2*243,36-31823,75=21122,4

Тепловой баланс второго периода - периода изотермической выдержки составляется в том же порядке. В приходную часть входят необходимое тепло пара, а также тепло экзотермии цемента, выделившееся за второй период.

При прогреве толстостенных изделий, не успевших прогреться за первый период до центра, в статьи расходов второго периода необходимо включать затраты тепла на дальнейший прогрев изделий и ограждений, потери в окружающую среду ограждений, увеличенные ввиду больших температур в камере, пропуски через неплотности, потери с конденсатом и на испарение части воды затворения.

Период изотермической выдержки (второй период)

Статьи прихода тепла (кДж/цикл)

1.

2. ,кДж

где: - количество тепла экзотермии, выделившееся за период изотермической выдержки одним кг цемента.

Статьи расхода тепла (кДж/цикл)

=+2+++++++

1. ,

,кДж

2.

где: - масса воды, оставшейся в изделиях к концу периода изотермической выдержки (из материального баланса).

1522,72кг

3. на испарение части воды затворения.

кДж

где: - масса испарившейся влаги (из материального баланса).

кг

4 . , кДж.

кг;

5. , кДж

кДж

6. , кДж

7. , кДж

а) Надземной частью:

, кДж,

где: - коэффициент теплопередачи через поверхности ограждения, надземную часть стен () и крышку камеры ():

, Вт/м2град;

, Вт/м2град; , Вт/м2град;

- коэффициенты теплопередачи соответственно к внутренней и от наружной поверхности надземной части ограждений, Вт/м2град.

Для нагрева принимают среднее значение среды в камере:

Вт/м2град

где: - принимается в среднем 7-10 Вт/м2град;

Вт/м2град;

- средняя температура первого периода внутри рабочего пространства камеры 0С;

- наружная температура окружающей камеру среды (температура цеха).

Вт/м2град;

Вт/м2град;

Fkн=14,5*2,2=31,9 м2

Fстн=2*0,6*(14,5+2,2)=20,04 м2

кДж.

Qocп=3.6*фII*(tII-tн)*УКi*Fi

Кстп=0,5* Кстп=0,5*2,38=1,19;

Fпi =Fст+Fпол=2*Нкп*(Lk+Bk)+ Lk*Bk=2*4.73*(14.5+2.2)+14.5*2.2=189.882

Qпос=3,6*7*(95-20)*(1,19*189,882)=427063,61 кДж

Qос= Qнос+ Qпос=108834,14+427063,61=535897,75.

8. , кДж

где: =4,19=4.19*95=398,05 - энтальпия конденсата (определяется по температуре изотермической выдержки).

Qконд=GпII-Gп-Gсв.об

Gпр=0,1* GпII

Gсв.об.=сп*Vп=0,8*164,54=131,632

Qконд=( GпII-0,1* GпII-131,632)*398,05

9. ,кДж.

Qвыб=0,1*(Qc+ Qв2 +Qа+ Qф+ Qакк+ Qос+ Qм+ Qконд)=0,1*(151639,7+140619,5+1060,03+25390,08+2712298,5+535897,75+87051,272+398,05* GпII-39,81* GпII-52396,1)=360156,07+35,824* GпII

QпII+QэкзII= Qc+ Qв2 +Qа+ Qф+ Qакк+ Qос+ Qм+ Qконд+Qвыб

2680 GпII+98765,6=3653956,8+360156,07+35,824* GпII+398,05* GпII-39,81* *GпII-52396,1

2206,31* GпII=3730318,633

GпII=1690,75

4531210=(3917691,544+60538,98+672664,695-119671,019)

4531210=4531224,2

Аналогично первому периоду из уравнения теплового баланса второго периода определяем расход пара за этот период , среднечасовой его расход

, кг/час,

Удельный расход кг/м3

Расход тепла , кДж

Сумма дает важнейший показатель экономичности работы пропарочной камеры - удельный расход нормального пара на 1 м3 бетона

, кг пара/м3 бетона

Тепловые балансы камеры (по периодам и общий) сводятся в таблицу, составленную по приведенной форме:

Период изотермической выдержки (второй период)

Таблица 2

Период подъема температур (первый период)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вознесенский В.А. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. - М. Стройиздат, 1964,

2. Кучеренко А А. Тепловые установки заводов сборного железобетона - Вшцашкола, 1977,

3. Кокшарев В.Н.Дучеренко А.А. Тепловые установки.- К.: Вища школа, 1990.

4. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в производстве строительных изделий и деталей. -М.: Стройиздат, 1983.

5. Никифорова Н.М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов. - К.: Вища школа, 1974.

6. Баженов Ю.М., Комар А.Г, Технология бетонных и железобетонных изделий. -М.: Стройиздат, 1984.