Цех по производству газосиликата

 

 

 

16.4 Расчет теплового  баланса автоклавной обработки

 

Количество (кДж на 1 цикл) теплоты на нагрев листов (сухой массы и влаги) составит

Qизд=[m_изд*c_гс+m_в*c_в]*N(t₂-t₁),  (16.4.1)

M_изд -масса сухого изделия после пропаривания (47,29 кг)

c_гс - удельная теплоемкость газосиликата (0,56 кДж/кг*°С)

m_в - масса воды в одном изделии после пропаривания (6,048 кг)

c_в - удельная теплоемкость воды (4,19 кДж/кг*°С)

t₂   - температура пара в автоклаве при давлении p=900 кПа (172,1°С)

Такую же температуру  приобретают изделия, вагонетки  и стенки автоклава для запаривания. Эта температура зависит не от избыточного давления в автоклаве (при этом температура насыщенного пара, находящегося под давлением 900 кПа, равна 175,35°С), а от парциального давления пара, поэтому присутствие воздуха в автоклаве является вредным.

Подставляя числовые значения, получаем:

Qл=[47,29*2,2+6,048*4,19]*128*(172.1-25)=2436276 кДж

Количество теплоты  на нагрев вагонеток Qвг, кДж:

Qвг=m_вгс_ст*n(t₂-t_вг)  (16.4.2)

m_вг – масса вагонетки (300 кг)

с_ст - удельная теплоемкость стали (0,48 кДж/кг°С)

n – число вагонеток, загружаемых в автоклав за один цикл (n=4)

t_вг – начальная температура вагонеток (примем 20°С)

Тогда

Qвг=300*0,48*4(172,1-20)=87609,6 кДж;

Количество теплоты  на нагрев автоклава, кДж:

Q_ав=m_ав*c_ст*(t₂-t₁)  (16.4.3)

Qав=20570*0,48*(172,1-100)=711 887 кДж.

Общий расход теплоты  на нагрев составит 

Q₁= Qл+ Qвг+ Qав=2436276+87609,6 +711 887=2345257 кДж (16.4.4)

Количество теплоты  на возмещение теряемой теплоты автоклавом в период повышения температуры  от 100 до 172,1°С и в окружающую среду  во время запаривания при 172,1°С. Количество потерянной теплоты при этом определяют следующим расчетом.

Определяем среднюю  температуру котла запаривания  в период повышения давления пара:

tср=(100+172,1)/2=136°С  (16.4.5)

Так как термические сопротивления стальных стенок автоклава и термосопротивления теплообмену между стенками и насыщенным паром незначительны по сравнению с термическим сопротивлением тепловой изоляции, то мы их в расчете не учитываем. Определяем коэффициент теплопередачи тепловой изоляции:

K1=1/((δ_из/λ_из)+1/α₂)  (16.4.6)

λ_из – теплопроводность газосиликатной массы, Вт/(м*°С), которую определяем при средней температуре

t’ср=(tср-tиз)/2=(136-40)/2=48°С;  (16.4.7)

λиз=0,163+0,000185* t’ср  (16.4.8)

λиз=0,163+0,000185*48=0,172 Вт/(м*°С),

Для расчетов теплового  потока, теряемого аппаратом, находящимся в закрытом помещении, при температуре поверхностей стенки его до 150°С можно пользоваться приближенной формулой:

а₂=9,74+0,07*(tиз-tв)=9,74+0,07*(40-20)=11,14 Вт/(м*°С),  (16.4.9)

Подставляя числовые значения, получаем:

K₁=1/((0,15/0,172)+(1/11,14))=1,16 Вт/(м*°С),  (16.4.10)

Определяем боковую площадь поверхности автоклава:

Sбок=πDL_к=3,14*2*19,245=121 м².  (16.4.11)

Тепловой поток через боковую поверхность в период повышения температуры от 100 до 172,1°С составит

Фбок=K₁((t₂+100)/2-tв)Sбок=1,16(272,1/2-20)121=16214Вт,  (16.4.12)

Рассчитываем тепловой поток через крышки автоклава, при  этом крышки автоклава не изолированы. Коэффициент теплопередачи составит

K₂=1/((δк/λст)+(1/α₂)),  (16.4.13)

Δк – толщина стенки крышки (0,014 м)

λст – теплопроводность стали, равная 58 Вт/(м*°С)

α₂ – коэффициент теплопередачи от стенок крышек в окружающую среду, Вт/(м²*°С).

Средняя температура  крышек равна средней температуре  среды в автоклаве tср=136°С.

Тогда

α₂=9,74+0,07(tср-tв)=9,74+0,07*(136-20)=17,86 Вт/(м²*°С). (16.4.14)

Отсюда

K₂=1/(0,014/58+1/17,86)=18  Вт/(м²*°С).  (16.4.15)

Площадь поверхности  крышек автоклава равна:

Sкр=2*π*D_k²/4=π*2²/2=6,28 м².  (16.4.16)

Тепловой поток через  крышки составит

Фкр=К₂(tср-tв)Sкр=18(136-20)6,28=13 104 Вт,  (16.4.17)

Количество теплоты  в окружающую среду в период повышения  температуры в течение τ₁=1,5 ч составит

Q₁=(Фбок+Фкр)* τ₁=(16214+13104)1,5=43977*3,6=158317 кДж,  (16.4.18)

Количество теплоты  в окружающую среду в период изотермической выдержки изделий при t₂=172,1°С в течение τ₂=6,5 ч.

Теплопроводность тепловой изоляции (асбозулита) при средней  ее температуре равна:

t”ср=(t₂+tиз)/2= (172,1+40)/2=106°С.  (16.4.19)

Определяем по формуле  теплопроводность теплоизоляции:

λ’из=0,163+0,000185*t”ср, (16.4.20)

λ’из=0,163+0,000185*106=0,183 Вт/(м²*°С). 

Коэффициент теплопередачи будет равен:

Кз=1/((δиз/λиз)+(1/α²))=1/((0,15/0,183)+(1/11,14))=

Кз =1,12 Вт/(м²*°С).                                                            (16.4.21) 

Определяют количество теплоты: через площадь боковой поверхности автоклава

Q’бок = Kз (t₂ - tв) S_бок τ₂ = 1,12 (172,1 - 20) 121*6,5= 133 980 Вт.ч*3,6 =

Q’бок =482 328 кДж;                                                                     (16.4.22)

коэффициент теплоотдачи от стенок крышек в окружающий воздух при tср=t₂ - tв= 172,1—20= 152,1° С, определяют по формуле

α₂ = 9,74 + 0,07 t_cp = 9,74 + 0,07*152,1 = 20,38 Вт/(м²°С). (16.4.23)

Рассчитываем коэффициент теплопередачи:

K₄ = 1/((δк/λст)+(1/ α₂))=1/((0,014/58)+(1/20,38))=20 Вт/(м²°С).  (16.4.24)

Тогда

Q’кр =K₄ (t₂-tв) Sкр τ₂ = 20 (172,1 - 20)6,28-6,5 = 124 150 Вт*ч*3,6=

 Q’кр =446 940 кДж.                                                                            (16.4.25)

Количество теплоты в окружающую среду в период запаривания листов под давлением 900 кПа составит

 Q₂ = Q’бок + Q'кр = 482 328 + 446 940 = 929 268 кДж.                 (16.4.26)

За один цикл работы автоклава общее количество потерянной теплоты составит

Q₂ =Q₁ + Q₂ = 158 317+929 268=1 087585 кДж

 Количество теплоты Q₃ на заполнение свободного пространства котла. Расход пара на заполнение свободного пространства котла равен  объему котла V_K без объема, занимаемого изделиями V_И и вагонетками  V в.

Общий объем автоклава (котла) составит

V_K = πD_к²/4 *L_к =π*2²/4*19,245 = 60,4 м³.           (16.4.27) 

Объем, заполняемый листами и вагонетками, равен 15,4 м³.

Объем пара равен:

Vп=V_K - Vи - Vв = 60,4 – 12,576 = 47,82 м³.                         (16.4.28)

При температуре 172,1° С и давлении 900 кПа плотность 1 м³ насыщенного водяного пара р"=4,316 кг/м³. Энтальпия насыщенного пара при t₂=172,1 °С I” =2789,6 кДж/кг.

Количество теплоты составит

Q₃ = J" Vп p" = 2789,6*47,82*4,316 = 575796,8 кДж.        (16.4.29)

Определяем общее теоретическое количество теплоты на процесс запаривания:

Q' = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 3235772+ 1 087585 + 575796,8 = 4899154 кДж (16.4.30)

Значения р" и I" берут из таблиц при температуре пара к концу первого периода.,

Вследствие гидратации известь выделяет теплоту, что частично снижает ее расход. В процессе запаривания 1 кг извести выделяется теплоты около Q₄= 250 кДж. В массу асбеетоцементного листа входят асбеста около ^=14% и песчанистого цемента В— 86%. Последний содержит^. 60% портландцемента.

Определяем количество теплоты:

Q_и^э = q_и*m_л*N*B*b= 250*47,29*128*0,5*0,5 = 378 362,9  кДж. (16.4.31)

Теоретическое количество теплоты,  которое необходимо подать в автоклав за один цикл, составит

Q = Q'- Q_и^э = 4899154- 378 362,9= 4520791 кДж. (16.4.32)

Энтальпия образующегося конденсата при t₂= 172,1° С равна: J_к=730,3 кДж/кг. Следовательно, 1 кг пара выделяет теплоты в автоклаве

Qп= J”-Jк = 2789,6-730,3 = 2059,3 кДж. (16.4.33)

Теоретический расход пара на 1 цикл работы котла составит

Dт=Q/Qп=4520791/2059,3=2195,305 кг (16.4.34)

 

16.5 Расчет фактического расхода пара в производстве

 

Практикой установлено, что фактический расход пара в производстве обычно превышает теоретический на 30— 40%, т. е. в среднем на 35%. При принятых условиях работы фактический расход пара на 1 цикл работы автоклава составит

Dф = 1,35 D_T = 1,35*2195,305 = 2963,661 кг (16.5.1)

Общая энтальпия фактического расхода пара равна:

iп = Dф*J”=2963,661*2789,6 =8 267 429 кДж.  (16.5.2)

На основании вышеприведенного расчета составляем тепловой баланс автоклава (см. таблицу16.1).

Таблица 16.1

Тепловой баланс автоклава

Приходные статьи	Количество теплоты		Расходные статьи	Количество теплоты
	кДж на 1 цикл	%		кДж на 1 цикл	%
Поступило количество теплоты с паром	4520791	92,27	Количество теплоты  на нагрев:
Вследствие экзотермии извести	378362,9	7,72	изделий вагонеток автоклава В окружающую среду	1545761	50,07
				87609,6	1,8
				711886,6	14,63
				1087585	22,35
			Пар	541 796	11,135
Итого:	4899154	100	Итого:	4899154	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 17

Экономика производства

Бизнес-план

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.1. Обоснование проекта

 

Бизнес-план описывает  реконструкцию Улан-Удэнского завода силикатного кирпича, под выпуск газосиликатных блоков.

Перед предприятием ставятся следующие цели, которые вытекают из общих целей и принципов  действия на рынке:

- быть лучшим, т.е.  зарекомендовать продукцию, как  материал,  обладающий следующими характеристиками: легкость, прочность,  высокая теплоизоляция, легкая обрабатываемость, морозостойкость,  звукопоглощение, огнестойкость, экологическая безопасность. 

- освоить новые рынки:  Забайкальский край, Иркутская область.

При этом существует ситуация предприятия, которая характеризуется следующими негативными факторами:

- наличие существенных  технических рисков, которые могут  привести к естественному сокращению  производственных мощностей с  потерей доли рынка, либо потребуют  существенных инвестиционных вложений  для поддержания производства на существующем уровне;

- отсутствие возможности  противостоять появлению на рынке  крупного производителя с иностранным  капиталом;

- высокая доля в себестоимости расходов на топливно-энергетические ресурсы, что в условиях планируемого роста цен на них представляет опасность для эффективной работы предприятия.

В проекте проведен анализ возможных сценариев развития событий на рынке газосиликатных блоков с учетом различных действий предприятия. Пришел к следующим выводам: в случае, если период планирования составляет более 6 лет (до 2014 года и далее).

В нашем регионе потребность  в материале, как газосиликатный блок с его характеристиками, и  низкими сырьевыми затратами, возрастает по мере того как растут цены на аналогичную  продукцию, с применением портландцемента.

 

17.2. Резюме проекта

 

Проект: реконструкция  ОАО «Завода силикатного кирпича» под выпуск  газосиликатных блоков.

Актуальность данных: май 2008.

Планируемая мощность завода: 15 000 м³/год.

Дата начала выпуска  продукции: апрель 2009. – для расчетов.

Период планирования: 6 лет; 2009-2014, включительно.

Валовая прибыль: 13 730 724

Чистая прибыль: 10 160 736 

Сумма накопленной амортизации: 1 942 142

Рентабельность продукции: 26,42 %

Рентабельность продаж: 19,47 %

Срок окупаемости проекта: 12 кварталов

 

17.3. Продукция

 

Наименование продукции: газосиликатный блок, изготовленный  из местного сырья.

Предлагается проект создания предприятия по производству газосиликатного блока, который относится к теплоизоляционным материалам, улучшающий теплотехнические свойства стен и позволяющий уменьшить их толщину и вес по сравнению с толщиной стен, выполненный другими стеновыми материалами (кирпич).  Область применения данного блока – для кладки стен жилых и общественных зданий.

 

 

 

 

Таблица 17.1

Показатели физико-механических свойств бетонов

Вид бетона	Марка бетона по средней  плотности, кг/м3	Класс по прочности		Марка по морозостойкости
Теплоизоляционный	D300	B0,75; B0,50	Не нормируются
	D350	B1; B0,75
	D400	B1,5; B1
	D500	-	-
Кострукционно - теплоизоляционный	D500	B2,5; B2; B1,5; B1	От F15 до F35
	D600	B3,5; B2,5;  В2; B1,5	От F15 до F75
	D700	B5; H3,5*;    B2,5; B2	От F15 до F100