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

Министерство образования Республики Беларусь

 

Белорусский Национальный Технический Университет

 

 

кафедра «Теплогазоснабжение  и вентиляция»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине: «Теплотехника  и теплотехническое оборудование».

 

Тема проекта: «Расчет, конструирование и составление теплового баланса установок для тепловой обработки строительных материалов и изделий».

 

 

 

 

 

Исполнитель:    студент  гр. 112213

                                                                                                Синькевич О.С

           Руководитель:    к.т.н., доцент

                                                                   Орлович А.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 Минск-2006

^{Оглавление:}

Введение…………………………………………………………………………..3

1.Краткое описание технологического процесса…………………………...…4

2.Характеристика изделия и формы…………………………………………....5

3.Состав бетонной смеси……………………………………………..................6

4.Выбор и обоснование режима тепловой обработки……………...………....7

 

5.Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров                                          и схемы размещения……………………………………...........………………..11

 

6.Составление и расчет уравнения теплового баланса установки……….......12

 

7.Определение часовых и удельных расходов теплоты и теплоносителя по периодам (зонам) тепловой обработки……………………….………………..24

 

8.Составление схемы подачи теплоносителя, построение циклограммы работы ТУ и расчет тепловых нагрузок и параметров сети………………….25

 

9.Предложения по экономии энергоресурсов и повышения качества изделий…………………………………………………………………………..27

 

10.Мероприятия по технике безопасности, охране труда и противо-

пожарной технике…………………………………………...………………..…29

 

Перечень использованной литературы…………………..…………….............31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Одной из основных составных  частей технологии строительной индустрии  является тепловая обработка, процесс  которой занимает 70—80 % времени всего цикла изготовления изделий. Однако, теплотехническое оборудование, используемое на заводах сборного железобетона для ускорения твердения изделий, относится к высокоэнергоёмкому. В среднем по Республики Беларусь расход тепловой энергии  на производство 1м³ сборного железобетона составляет 0,3Гкал. Высокая стоимость энергоносителей при низкой эффективности их использования, неритмичная поставка топлива и другие причины приводят к сокращению объемов выпускаемой продукции. При таких обстоятельствах необходимо максимально возможное использование химических добавок, переход на низкотемпературные режимы, использование частично-термосных  и термосных режимов требуют грамотного подхода к конструированию тепловых установок, теплотехническому расчету ограждающих конструкций, составлению теплового баланса. На основе теоретических расчетов и практической корректировки очень важно назначить оптимальный тепловой режим, нарушение которого приводит к ухудшению качества и браку продукции, снижению производительности тепловой установки, перерасходу топлива и энергии, повышению себестоимости готового продукта.

       В данном курсовом проекте рассмотрен процесс производства плит пустотного настила, тепловая обработка которых производится в пропарочных камерах ямного типа.Назначение режимов тепловой обработки произведено на основании нормативной литературы с учетом вида и класса бетона, активности цемента, определяющего размера изделия, способа подъема теплоты и др. факторов. Для проверки режима произведен расчет температур изделия на протяжении всего процесса тепловой обработки.

Теплотехнический расчет установки основан на физических процессах и представляет собой расчет теплового баланса. Баланс состоит из расходной и приходной частей, и наиболее полно отражает происходящие в установке явления теплообмена.

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, охране труда, противопожарной технике.

         Итак, после проведенных расчетов удельный расход теплоносителя на 1 м³ изделий составил 126,4 кг на кубический метр, что соответствует современным показателям расхода теплоносителя.

 

1. Краткое описание технологического процесса

 

 

До начала операции получить разрешение лаборатории на распалубку изделий. Подготовить материалы и инструмент.

            1. Снятие крышки с пропарочной камеры

          2. Выгрузка формы с плитой пустотного настила из ямной камеры

          3. Распалубка и извлечение плиты из формы

          4. Чистка и смазка

         5. Армирование изделия и сборка формы

          6. Установка формы на пост формовки, укладка бетонной смеси

          7. Заглаживание поверхности свежежотформованой конструкции

          8. Подача формы с отформованным изделием в ямную пропарочную       камеру

         9. Режим термообработки

          10. Установка изделия на пост доводки

          11. Сдача ОТК

          12. Вывоз готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристика изделия и формы

                 

    В данном курсовом проекте в качестве строительного изделия приняты плиты пустотного настила.

    Плиты должны обладать следующими характеристиками:

Должны быть прочными и трещиностойкими; при испытании их нагружением выдерживать контрольные нагрузки.

Материалы применяемые  для приготовления бетона, должны удовлетворять требованиям действующих стандартов и технических условий на эти материалы.

Должны соответствовать ГОСТ 9657-82 “Многопустотные плиты перекрытия”. Общие технические условия. 

Плиты пустотного настила следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633, класс по прочности на сжатие не ниже В15.

В данном курсовом проекте  в качестве изготавливаемого изделия  принята плита пустотного настила, имеющая согласно стандарта, обозначение 1ПК60.12-3АтУт с размерами:

 

Размеры плиты, мм			V, м3	Масса, кг
Длина	Ширина	Высота
5980	1190	220	1,26	2100

 

Термическую обработку колонн производят в пропарочной камере в формах с размерами:

 

 

 

Размеры формы, мм			Масса, кг
Длина	Ширина	Высота
6180	1390	440	1764

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Состав бетонной смеси.

 

Согласно ГОСТ 9657-82 “Многопустотные плиты перекрытия. Общие технические условия” плиты следует изготавливать из тяжелого бетона по прочности на сжатие В20. 

Показатели удобоукладываемости должны соответствовать: П1, жесткость 4 сек и менее, ОК 1-4 см.

цемент марки М 400                                         -- 238кг

песок   r_п=2630 кг/м³        

фракции:       2,5 - 5             10%

                      1,25 - 2,5          25%

                      0,63 - 1,25       25%

                      0,315 - 0,63      20%

                      0,16 - 0,315      15%

                      менее 0,16        5%            

                                                                                                     -- 819 кг

щебень гранитный   r_щ=2670 кг/м³  

фракции:             10 - 20           60%

                            20 - 30          40%             

                                                                                                    -- 1319 кг

Вода                                                                    -- 165кг

                       Добавка(Сульфат натрия)                                  -- 2,38кг

Плотность бетонной смеси r_бс=2424кг/м3

Для производства одной колонны требуется на 1 м3 бетона 22 кг стали для каркаса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор и обоснование режима тепловой обработки.

 

Для производства изделия  назначим следующий тепловой режим:

 

Предварительная выдержка                   2 часа;

Подъем температуры                              3 часа;

Изотермическая выдержка                    3 часа при t=60ºC т.к. вводим добавку                         Сульфат натрия(Na₂SO₄);

Время охлаждения                                  2 часа.

                                       Итого:     10 часов

 

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

где

t - продолжительность нагрева (охлаждения), ч; принимаем t=1 ч

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

,

где

l- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для твердеющего бетона l=2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС),

где

с_i- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_i – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

 

 

 

 

	цемент	песок	щебень	вода	сталь	Na2SO4
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,84	4,19	0,48	4,19
G кг.	238	819	1178	165	22	2,38

 

 кДж/(кг ºС),

По формуле:

 м²/ч

По формуле с учетом R=0,061 м. и τ=1,0 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);

для α₁=90, α₂=80, α₃=70,α₄=60  имеем следующие значения Bi:

; ;               .

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

,

где

Q- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности  равна

Температура в центре изделия

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

Q_ц1=0,41; Q_ц2=0,45; Q_ц3=0,48;Θ_ц4 =0,50;Q_п1=0,20; Q_п2=0,21; Q_п3=0,25;Θ_п4=0,28

 

tп1=25-0,20·(25-18)=23,6 ºС

tп2 =39-0,21·(39-23,6)=35,77 ºС

tп3 =53-0,25 ·(53-35,77)=48,69 ºС

tп4 =60-0,28·(60-48,69)=56,83 ºС

tп5 =60-0,28·(60-56,83)=59,11 ºС

tп6 =60-0,28 ·(60-59,11)=59,75 ºС

tц1 =25-0,41·(25-18)=22,13 ºС

tц2 =39-0,45·(39-22,13)=31,41 ºС

tц3 =53-0,48 ·(53-31,41)=42,64 ºС

tц4 =60-0,50·(60-42,64)=51,32 ºС

tц5 = 60-0,50·(60-51,32)=55,66 ºС

tц6 =60-0,50·(60-55,66)=57,83 ºС

 

Средняя температура  изделия за расчетный период определим  по формуле:

, ºС

 

 

; ; ; ;  ;                                         .        

Занесем результаты в  таблицу:

 

Ni	Bi	F0	Qп	Qц	tп	tц	tбср
1	2,2	0,94	0,20	0,41	23,6	22,13	22,62
2	1,95	0,94	0,21	0,45	35,77	31,41	32,86
3	1,71	0,94	0,25	0,48	48,69	42,64	44,66
4	1,46	0,94	0,28	0,50	56,83	51,32	53,16
5	1,46	0,94	0,28	0,50	59,11	55,66	51,87
6	1,46	0,94	0,28	0,50	59,75	57,83	60,00