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

 

 

Значения безразмерных температур Q_п и Q_ц определим по таблицам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

Q_ц1=0,51; Q_ц2=0,52; Q_ц3=0,53; Q_ц4=0,56; Q_ц5=0,56; Q_ц6=0,56; Q_п1=0,20; Q_п2=0,22; Q_п3=0,23; Q_п4=0,25; Q_п5=0,25; Q_п6=0,25.

Среднюю температуру изделия за расчетный период определим по формуле:

, ºС

По формулам рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а так же средние температуры  бетона на 1, 2 и 3 часу режима подъема  температуры и на протяжении ___часов изотермической выдержки и занесем их в таблицу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№			Qп	Qц
1	3,08	0,667	0,20	0,51	24,32	20,71	21,9
2	2,8	0,667	0,22	0,52	44,31	34,75	37,9
3	2,52	0,667	0,23	0,53	66,59	52,85	57,4
4	2,24	0,667	0,25	0,56	80,4	67,0	71,5
5	2,24	0,667	0,25	0,56	83,85	74,92	77,9
6	2,24	0,667	0,25	0,56	84,71	79,36	81,1

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 При таком тепловом  расчете температур температуру  изделий получают без учета  теплоты гидратации. В реальных  условиях температура бетона  к концу изотермической выдержки  может быть уменьшена на 5…10 ºС  по отношению к заданной по режиму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Теплота экзотермии

 

 

Определяем количество градусо – часов за период подъема температуры:

 

 

 

Количество теплоты гидратации, выделяемое 1 кг цемента:

 

 

где:

М - марка цемента

количество градусов – часов от начала процесса, град/час

В/Ц – водоцементное отношение

а – коэффициент.

 

Общее количество теплоты  гидратации, выделяемое цементом находящегося в камере:

 

Определяем повышение  средней температуры изделий  за счет теплоты гидратации цемента:

Вывод: Среднее повышение температуры составляет 30,87 °С, что является достаточным для догрева до температуры заданного режима.

 

 

 

 

 

 

 

        5. Определение требуемого количества тепловых агрегатов

 

Число установок периодического действия определим по выражению

, шт.

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

М- число рабочих дней в году;

К- число смен; 

Z- продолжительность рабочей смены, ч.

 

 часов

 м³

 

шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки

 

Количество тепловой энергии, необходимое на тепловую обработку изделий в термоформах, представляет собой сумму отдельных статей расхода.

Уравнение теплового баланса имеет  вид:

 

, кДж, 

где:

Q=G_n*i_n – поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки, кДж;

G_n – расход теплоносителя, кг;

i_{n –} энтальпия теплоносителя, поступающего в установку, кДж/кг;

β - коэффициент, учитывающий непредвиденные потери теплоты;

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

Q_огр – количество теплоты, расходуемое на нагрев ограждающих конструкций, кДж;

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

Q_к - потери с конденсатом, кДж.

 

Теплота на нагрев бетона

 

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

, кДж

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:

подъем температуры:

 кДж

изотермическая выдержка:

 кДж

 

Теплота на нагрев ограждающих конструкций , кДж;

Средняя конечная температура  материала рассматриваемого слоя конструкции t_ki  рассчитывается как среднее арифметическое значение температур на границе отдельных слоём. Температура на границе слоёв рассчитывается по формуле:

 

 

t₀ - температура окружающего воздуха, °С;

t_ср - температура среды в камере в процессе термообработки, °С.

В период подъёма температуры 

R₀ - общее сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций,

(м² × °С)/Вт;

∑R_i = - термическое сопротивление слоёв от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения, (м² × °С)/Вт;

d_i - толщина i - го слоя, м;

l_i - коэффициент теплопроводности i-го слоя материала, Вт/(м² × °С).

 

 

К - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м² × °С);

a_в - коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности камеры, Вт/(м² × °С);

a_н - коэффициент теплоотдачи наружной  поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м² × °С).

 

             R_ст = (м² × °С)/Вт;

 

R_мин.в. = (м² × °С)/Вт;                      

                                                 

          (м² × °С)/Вт;                                                                      

           °С     0,01   0,06   0,01

          °С

 

 

 

 

         , м

 

          м³;

          м³;                                6,0              0,01  0,06  0,01

 м³;

 м³;           

                                                    6,16                  

V_{ме(внеш)} = V₁ – V₂ = 0,0232 м³;

V_{ме(внутр)} = V₃ – V₄ = 0,0225 м³;

с_ме = 0,48, кДж/(кг × °С);                                               

r_ме = 7850, кг/м³;

G_ме(огр) = (0,0232 + 0,0225) × 7850 = 358,75 кг;

 

 м³;         

 м³;         

 м³;                     0,01

с_ме = 0,48, кДж/(кг × °С);

r_ме = 7850, кг/м³;

G_{пар.руб.} = 0,295992 × 7850 = 2323,54 кг;                                 2,16

 

V_мин.в. = V₂ – V₃ = 0,137 м³;

с_мин.в. = 0,84 кДж/(кг × °С);

r_мин.в. = 125 кг/м³;

G_мин.в. = 0,137 × 125 = 17,13 кг.

 

Gпар.руб , кг.	Gмин.в. , кг.	Gме(огр) , кг.	сме,кДж/(кг×°С);	смин.в,кДж/(кг×°С);
2323,54	17,13	358,75	0,48	0,84

 

570943,3 кДж.

 

 

 

 Потери теплоты поверхностями установки

 

 Количество теплоты,  отданное формой в окружающую  среду, определим по выражению:

, кДж

где

a_н- коэффициент теплоотдачи у наружной поверхности формы, Вт/(м² ºС)

F- площадь поверхности формы, м²;

t_к- конечная температура поверхности формы в соответствующем периоде, ºС;

t₀- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.

где a_н- рассчитывается по формуле:

a_н=

;Вт/м² ×К⁴

с^’- приведенный к-т лучеиспускания поверхностей ограждения, Вт/(м²ºС)

с^’ =с₀×e

где с₀- постоянная лучеиспускания поверхностей ограждения, Вт/(м² ºС)

e-степень черноты полного нормального излучения материала ограждения (выбирается из таблицы)                            

с^’ =5,67∙0,95=5,39 Вт/(м² ºС)

 Вт/(м² ºС)

 Вт/(м² ºС)

 Вт/(м² ºС) Вт/(м² ºС)

            

Рассчитаем площади  поверхностей термоформы:

 

F₁ = 6∙2∙0,34∙6,16 + 6∙2∙0,34∙2,16 + 6,16∙2,16 = 47,26 м²

 

F₂ = 6,16∙2,16 = 13,31 м² 

     

 Рассчитаем данный показатель по периодам тепловой обработки:

 

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

        Теплота, теряемая с конденсатом

 

Теплота, теряемая с конденсатом, рассчитывается по формуле:

кДж

где

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

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

 

    кДж/кг

где

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

t_к- температура конденсата.

 

Энтальпия пара рассчитывается по формуле:

, кДж/кг,       где (при Р = 0,2 МПа)

i’ - энтальпия воды на линии насыщения; ( i’ = 504,74 кДж/кг );

r - теплота фазового перехода; ( r = 2202 кДж/кг );

x - степень сухости пара; ( х = 0,92 );

кДж/кг

 

Расход пара за циклы  тепловой обработки рассчитывается по выражениям:

  кг

  кг

где  - суммарный расход теплоты за периоды подъема температуры и изотермической выдержки соответственно, кДж;

- коэффициент неучтенных потерь;

 кг

Теплота, теряемая с конденсатом  равна:

 кДж;

 кДж.

Статья баланса	Количество  теплоты, кДж		Итого	%
	Подъем температуры	Изотерми-ческая выдержка
Теплота на нагрев бетона	1175767,27	568472,38	1744239,65	60,52
Теплота на нагрев ограждающих конструкций	570943,3	-----------	570943,3	19,81
Потери в  окружающую среду	48632,68	129317,91	177950,59	6,18
Потери с  конденсатом	280015,61	108831,06	388846,67	13,49
Итого	2075358,86	806621,35	2881980,21	100,00