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

Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Мая 2013 в 23:18, курсовая работа

Описание работы

На основании всех расчетов спроектированы тепловые сети и технологические линии по производству изделий с учетом заданных условий производства и проектной мощности, описаны мероприятия по технике безопасности и охране труда.
В настоящее время в кассетных установках изготавливается большая часть объема изделий для жилищного строительства. В таких установках формование и тепловая обработка изделий производится в сборно-разборных формах.
В кассетных установках железобетонные изделия подвергаются контактному нагреву, т.е. тепло от паровоздушной среды через металлические стенки рубашек передается изделиям.
Изготовление панелей в кассетных формах обеспечивает высокую точность сборных деталей и хорошее качество поверхности.

Содержание

Введение……………………………………………………….…………………...…….4
1. Краткое описание технологического процесса………….………………………….5
2. Устройство и принцип действия тепловой установки...……………………….......7
3. Характеристика изделия и формы …………………………………..........................9
4. Состав бетонной смеси……………………………………………………………...11
5. Выбор и обоснование режима тепловой обработки……………………………....13
6. Расчет теплоты экзотермии………………………………………………………...17
7.Определение требуемого количества тепловых агрегатов и схем их размещения……………………………………………………....................................................18
8. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки………………....19
9.Определение часовых и удельных расходов теплоты и теплоносителя по периодам тепловой обработки………………………………………………..………….….......................25
10.Составление схемы подачи теплоносителя, построение циклограммы работы тепловых установок, расчет тепловых нагрузок и параметров сети……………………………………….....................................................................................26
11.Предложения по экономии энергоресурсов при эксплуатации тепловых установок………………………………………………...............................................................28
12.Мероприятия по технике безопасности, охране труда и противопожарной технике ………………..……………………………………………………………….…..…....29
Список использованных литературных источников………………………….…......31

Работа содержит 1 файл

курсач Орлович.docx

— 352.64 Кб (Скачать)

Gц,п,щ,в,м – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

 

цемент

песок

щебень

вода

сталь

с, кДж/(кг ºС)

0,84

0,84

0,85

4,19

0,48

G кг.

367

715

1089

202

51


 

 кДж/(кг ºС),

 м2

С учетом, что R=0,07 м и τ=1 ч имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты  в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

,  где

α- коэффициент  теплоотдачи от среды к поверхности  обрабатываемого изделия Вт/(м2 ºС);

В зависимости  от α1=100, α2=90, имеем следующие значения Bi:

;    ;

При расчете  температуры материала в точке  х используется критериальная зависимость типа:

,  где

Q- безразмерная температура;

tс- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

tн- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна:

Температура в центре изделия:

Значения  безразмерных температур Qп и Qц определим по графикам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

Qц1=0,41;                    Qп1=0,18;

Qц2=0,43;                    Qп2=0,21; 

Зная  значения безразмерных температур Qп и Qц вычислим значения температур:

-на поверхности  изделия

tп1=45 - 0,18*(45 - 20)=40,5;

tп2=70 - 0,21*(70 – 40,5)=63,8;

tп3=70 - 0,21*(70 – 63,8)=68,7;

tп4=70 - 0,21*(70 – 68,7)=69,7;

tп5=70 - 0,21*(70 – 69,7)=69,99;

-в центре  изделия

tц1=45 – 0,41*(45 - 20)=34,8;

tц2=70 - 0,43*(70 – 34,8)=54,9;

tц3=70 - 0,43*(70 – 54,9)=63,5;

tц4=70 - 0,43*(70 – 63,5)=67,2;

tц5=70 - 0,43*(70 – 67,2)=68,9;

Средняя температура изделия за расчетный  период определим по формуле

, ºС

tср1=( tп1+2* tц1)/3=(40,5+2*34,8)/3=36,7;

tср2=( tп2+2* tц2)/3=(63,8+2*54,9)/3=57,9;

tср3=( tп3+2* tц3)/3=(68,7+2*63,5)/3=65,2;

tср4=( tп4+2* tц4)/3=(69,7+2*67,2)/3=68,03;

tср5=( tп5+2* tц5)/3=(69,99+2*68,99)/3=69,5;

 

Bi

Fo

Qп

Qц

tп

tц

tср

1

2,8

0,67

0,18

0,41

40,5

34,8

36,7

2

2,52

0,67

0,21

0,43

63,8

54,9

57,9

3

2,52

0,67

0,21

0,43

68,7

63,5

65,2

4

2,52

0,67

0,21

0,43

69,7

67,2

68,03

5

2,52

0,67

0,21

0,43

70

70

70




 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             6. Расчет теплоты экзотермии

Количество  теплоты гидратации, выделяемое 1 кг цемента:

М - марка  цемента

количество градусов – часов  от начала процесса, град/час

В/Ц – водоцементное отношение

а – эмпирический коэффициент, равный

, при Q<290 град·ч

, при Q>290 град·ч

Расчет  теплоты гидратации осуществляется в следующем порядке:

              -определяем количество градусо-часов за период подъема температуры:

   

               где - средняя температура бетона в конце периода прогрева,°С

               -рассчитываем количество градусо-часов за весь период тепловой обработки

             

Определяем  эмпирический коэффициент:

Зная  эмпирический коэффициент и количество градусо-часов можно определить количество теплоты гидратации, выделяемое 1 кг цемента:

 

 

Количество теплоты гидратации, выделяемое цементом находящегося  в камере:

 

 

 

 

7. Определение требуемого количества тепловых агрегатов и схем их размещения:

Число установок периодического действия определим по выражению

,шт.

где N0- годовая производительность линии, м3;

tц- продолжительность цикла 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.

N0 = 34000 м3

SVб = 19,2 м3

М = 256

К = 2

Z = 8 ч.

tц = 2,5+1+4+4,5+1 = 13 ч

= 6 шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. 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=Gп∙iп- поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки;

здесь Gп – расход теплоносителя, кг;

iп = i’+r∙x – энтальпия теплоносителя, поступающего в установку, кДж/кг;

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

β =1,2- коэффициент, учитывающий непредвиденные потери теплоты;

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

Qуст- количество теплоты, расходуемое на нагрев ограждений, 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 =1,11 кДж/(кгºС) - средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделий;

Gб – масса изделии, одновременно загружаемых в установку, кг;

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

Рассчитаем  данную величину по периодам тепловой обработки:

подъем  температуры:

Qб1 = 1,11*2429,5*19,2*(36,7-20) = 864684,3 кДж

изотермическая  выдержка:

Qб2 = 1,11*2429,5*19,2*(70-36,7) = 1724190,88 кДж

Теплота на нагрев формы.

Количество  теплоты, расходуемое на нагрев установки:

Qуст = 1,2*[ cм*Gп.р.*( tк - tн )  + cм*Gогр.*( tк - tн ) + cи*Gи.*( tк - tн )], кДж

где 1,2-коэфициент, учитывающий нагрев станины установки;

cм= 0,48 кДж/(кг ºС)- теплоемкость материала формы;

си = 0,84 кДж/(кг ºС)- теплоемкость минеральной ваты;

Gп.р. - масса метала паровых рубашек;

Gи    - масса тепловой изоляции;

Gогр. - масса метала ограждающих листов

tк- средняя температура материала в конце рассматриваемого периода, 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  температуру на наружной поверхности  обшивочного слоя металла:

 (м*ºС)/Вт

 ºС

Для минеральной  ваты:

 ºС

Рассчитаем  массы металла и изоляции:

Gп.р=(0,01*4,5*2,61*2*7850+4,5*0,1*0,01*7850*2+2,61*0,1*0,01*7850*2)*13+(0,14*4,5*0,01*7850+0,14*2,61*0,01*7850*2)*12=28183,3 кг

Окончательно  примем массу металла паровых  рубашек вместе с ребрами жёсткости  равную:

Gп.р=28183,3+0,2*28183,3=33819,9кг.

Gи = 2*0,05*4,5*2,61*125 = 146,8 кг.

Gогр. = 2*0,003*4,5*2,61*7850+4*0,1*4,5*0,003*7850+4*0,1*2,61*0,003*7850=620,2 кг

Qогр = 1,2*[ 0,48*33819,9*( 70-20 ) +  0,48*620,2*( 24,51-20 ) + 0,84*146,8*( 47,3 – 20 )] = 979663,9 кДж

Потери теплоты.

Количество  теплоты отданное установкой в окружающую среду определяем по выражению:

, кДж

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

F- площадь поверхности формы, м2;

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

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

Коэффициент aн рассчитываем по следующей формуле

где tпов  ,Tпов , - температура наружной поверхности установки по стоградусной шкале и шкале Кельвина соответственно;

t’пов  ,T’пов, - температура лучевоспринимающей поверхности по стоградусной шкале и шкале Кельвина соответственно;

Ф- коэффициент, принимаемый для вертикальных поверхностей ограждающих конструкций (2,2) и горизонтальных  поверхностей обращённых вверх (1,8;2,4);

c’- приведенный коэффициент лучеиспускания поверхностей ограждения,

Вт/(м2∙ К4);

c'=c0∙ε,

где c0 =5,67 Вт/ (м2∙ К4)- постоянная лучеиспускания абсолютно чёрного тела;

ε=0,95 –  степень черноты полного нормального  излучения материала ограждения ;

c’=5,67∙0,95=5,3865 Вт/(м2∙ К4).

Для боков с мин. ватой:

подъём  температуры: tпов =(24,51+20)/2=22,27 0C:

, Вт/(м2 ºС);

изотермическая  выдержка:

tпов=24,51 0C:

,, Вт/(м2ºС);

Площадь поверхности принимаем: F=4,5*2,61*2+2,61*0,5*4+4,5*0,5*2=33,21 м2

Рассчитаем  потери теплоты по периодам тепловой обработки:

подъем  температуры:

= 8,18*33,21*(22,27-20)*1*3,6 = 2219,99  , кДж

изотермическая  выдержка:

=8,76*33,21*(24,53-20)*4 *3,6 = 18977,26  , кДж.

Для низа кассеты:

подъём  температуры:

tпов = (40,5+20)/2 = 30,25 0C:

,Вт/(м2 ºС);

изотермическая  выдержка:

tпов=(70+40,5)/2=55,25 0C:

,Вт/(м2ºС);

Площадь поверхности принимаем: F = 3,14*4,5  = 14,13 м2

Информация о работе Расчёт, конструирование и составление теплового баланса установок для тепловой обработки строительных материалов и изделий