Расчет автоклава

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Строительно-технологический факультет  

 

 

 

Кафедра Производства строительных материалов, изделий и конструкций  

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Теплотехника и  ТТО (2 часть)» 

На тему: «Расчет  автоклава» 

 

 

   

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ: студент VI курса

индивидуальный график

Романова Г.Н.

ПРОВЕРИЛ: Коннов М.В. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САМАРА 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретическая часть……………………………………………………………..3
1. Понятие теплового процесса и тепловая установка……………..3
2. Способы тепловой обработки…………………………………………..3
3. Тепловая обработка бетонов…………………………………………...4
1. Теплоносители, используемые для ТВО…………………………..4
2. Насыщенный и перегретый пар……………………………………4
3. Параметры влажного воздуха………………………………………5
4. Теоретические основы ТВО……………………………………………...5
1. Фазовый состав свежеотформованного бетона……………….5
2. Физико-химические процессы при ТВО…………………………….6
3. Внутренний тепло- и массообмен при ТВО………………………7
4. Частные потоки массы при внутреннем тепло- и массообмене………………………………………………………………………7
5. Изменение влагосодержаний, температуры и давлений при ТВО………………………………………………………………………..8
2. Технологическая часть………………………………………………………….11
1. Предавтоклавная обработка…………………………………………..11
1. Основные процессы…………………………………………………..11
2. Прикатка или срезка горбушки…………………………………….12
3. Разрезка массивов на изделия……………………………………..12
2. Автоклавная обработка………………………………………………...13
1. Физико-химические процессы при автоклавной обработке…………………………………………………………………………13
2. Режимы автоклавной обработки………………………………….14
3. Работа автоклавных изделий……………………………………..15
3. Послеавтоклавная обработка…………………………………………16
3. Расчетная часть…………………………………………………………………17
1. Технологический расчет………………………………………………...17
2. Теплотехнический расчет……………………………………………...18
1. Определение тепловыделения цемента по периодам тепловой обработки…………………………………………………………19
2. Расчет теплового баланса………………………………………...21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1. Понятие теплового процесса и тепловая установка

При производстве строительных материалов и изделий, почти во всех случаях для перевода сырья в готовую продукцию  применяют тепловую обработку для этого сырья или полуфабрикатов. Их помещают в тепловую установку, где создается необходимый тепловой режим.

Под тепловым режимом понимают взаимосвязь теплового  и массообменного воздействия на материал, а именно: изменение температуры среды, скорости течения жидкости или газов омывающих материал, изменение давления.

Тепловой режим – это взаимосвязь тепловых, массообменных гидродинамических процессов происходящих в тепловой установке.

Тепловой процесс  – соединение стадий теплового воздействия  на материал с целью придания ему заданных свойств.

Тепловая установка  – устройство, в котором протекает тепловой процесс. Она представляет собой теплообменный аппарат, работа, которой оценивается количеством тепловой энергии, передаваемой в единицу времени.

 

2. Способы тепловой обработки материала

Прежде чем  приступить к классификации способов тепловой обработки, рассмотрим уравнение потока влаги с поверхности материала:

где qⁿ_m – удельный поток влаги;

α_m – коэффициент влагоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений;

P’_nь, P’_oc – парциальное давление водяных паров на поверхности материала и в окружающей среде соответственно;

В, В’ – барометрическое  давление при нормальных условиях (н/у) в тепловой установке.

Из этого  уравнения следует, что при взаимодействии влажного материала с теплоносителем возможно 3 варианта:

1. P’_nь< P’_oc – величина qⁿ_m – отрицательная, влага с поверхности материала не испаряется, а конденсируется на ней, при этом материал увлажняется;
2. P’_nь= P’_oc – величина qⁿ_m=0, влажность материала находится в равновесном состоянии с влажностью теплоносителя;
3. P’_nь> P’_oc – величина qⁿ_m>0, с поверхности материала удаляется влага и материал сушится.

Сушка материала  может осуществляться даже при отрицательных  температурах, если выполняется условие P’_nь> P’_oc

Исходя из этих положений, можно констатировать, что влажный материал может подвергаться тепловой обработки 2 способами:

 

 

 

 

 

 

1. Когда из материала удаляется влага, т.е. qⁿ_m<0, это способ тепловлажностной обработки (ТВО) бетонов, При этом обязательном условием является сохранение влаги в нагревательном материале;
2. Когда из материала удаляется влага, т.е. qⁿ_m>0, это способ сушки

Кроме этих способов в производстве строительных материалов и изделий применяют: обжиг, вспучивание, спекание, плавление.

 

3. ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА

 

1. Теплоносители, используемые для ТВО

В качестве теплоносителей при ТВО бетона применяют пар, электроэнергию, продукты сгорания природного газа, высоко вскипающие жидкости и другие. Наиболее распространенным является – пар.

Электроэнергия  применяется для предварительного электроразогрева бетонных смесей, электропрогрева изделий в формах, электрообогрева нагревательными элементами.

Тепловая обработка  бетона продуктами сгорания газа производится в камерах, куда подается газовоздушная  смесь с заданной температурой, полученная при сжигании газа в выносной топке.

 

2. Насыщенный и перегретый пар и его параметры

Насыщенным  называют пар, находящийся в равновесном  состоянии с жидкостью. Температура  такого пара зависит от давления, т.е. определенному давлению насыщенного пара соответствует определенная температура.

Насыщенный пар может быть сухим и влажным. Сухой пар не содержит жидкости, влажный пар – смесь пара с жидкостью, равномерно распределенной по его массе.

Состояние сухого насыщенного пара определяется только одним 

параметром - давлением или температурой. Состояние  влажного насыщенного пара определяется 2 параметрами: давление и температура; степенью сухости. Степень сухости (Х) – массовая доля сухого пара в составе водяного пара.

Теплосодержание (энтальпия) насыщенного пара слагается  из тепла нагрева жидкости до температуры испарения

и скрытой  теплоты парообразования или  теплоты испарения (ч)

При температуре 374°С и давлении 2,25 МПа вся масса  воды мгновенно превращается  в пар без дополнительной затраты теплоты, т.е. образуется перегретый пар, температура которого выше температуры насыщенного пара того же давления. Этот пар не имеет определенной зависимости между температурой и давлением. Разность температуры перегретого и насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева.

Теплосодержание (энтальпия) нагретого пара – сумма теплосодержания насыщенного пара и теплоты перегрева.

,

где - теплоемкость перегрето пара;

t_К-t_Н – степень нагрева;

t_Н – температура насыщенного пара.

Для тепловой обработки тяжелого бетона рекомендуется  применять влажный или сухой насыщенный пар. Такой пар создает в камере паровоздушную среду со 100% относительной влажностью α, в

которой практически  не происходить испарение влаги  из бетона т.к. пар легко конденсируется на поверхности изделия и нагревает его.

Конденсация перегретого пара наступает после того, когда он потеряет теплоту перегрева, т.е. когда его температура понизится до температуры насыщенного пара. В результате происходит удаление влаги из бетона, т.е. сушка, а это недопустимо.

При этом бетон теряет часть влаги, которая участвует в физико-химических процессах гидратации клинкерных минералов C₃S (аллита), C₂S (беллита), C₂A (трехкальциевого алюмината) и C₃AF (трехкальциевого алюмоферита), что существенно снижает прочность изделия.

 

3. Параметры влажного воздуха

Тепловая обработка  бетона обычно проводится во влажном  воздухе, состоящем из смеси сухого воздуха и водяного пара, которые  образуют паровоздушную смесь подчиняющуюся закону Дальтона: если в одном и том же объеме заключены два разных газа, то каждый газ заполняет весь объем, как если бы другого газа не было.

Давление любого из этих газов называется парциальным  давлением, а общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений:

P=Р’_П+Р’_В

где Р’_П ,Р’_В – парциальное давление пара и воздуха в установке.

При тепловой обработке бетона важным является степень  насыщенного воздуха паром, которая определяется относительной влажностью α, т.к. от этого показателя зависит интенсивность испарения влаги из бетона.

Относительная влажность – отношение массы  водяного пара содержатся в 1 м³ воздуха p_П к определенному его содержанию p_Н при том же объеме, температуре и давлении

Максимально возможное количество водяных паров  в воздухе называется состоянием насыщения p_Н, а температура, при которой происходит насыщение – точкой росы или температурой насыщения t_Н.

 

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТВО

 

1. Фазовый состав свежеотформованного бетона

Свежеотформованный  бетон – это материал, состоящий  из жидкой, твердой и газообразной фаз. Пространство между твердыми компонентами бетона и газообразной фазой связано непрерывной системой оводненных капилляров, радиус которых зависит от расхода воды и удельной поверхности цемента.

Твердая фаза представлена крупным и мелким заполнителями  и формирующейся структурой цементного камня. Структура цементного камня формируется в виде пористого тела, имеющего капилляры от 2×10^-7 до 2×10^-2 см.

На стадии формирования, твердая фаза в цементе  камня нестабильна, т.к. в период твердения идет процесс гидратации зерен цемента.

Жидкая фаза представлена химической, физико-химической и физико-механической связанной влагой. Эта влага участвует в гидратации зерен цемента, поэтому в процессе формирования цементного камня происходит перераспределение влаги по формам связи, т.е. количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, а физико-механической уменьшается.

Газообразная  фаза состоит из: воздуха, вовлеченного при формировании; воздуха, выделившегося при дегидратации воды затворения за счет вибрации при формировании; газа, выделившегося из бетона в результате химических реакций.

 

2. Физико-химические процессы, происходящие в бетоне при ТВО

Физические  свойства бетона определяются строением  капиллярно-пористой структуры цементного камня, образованной в процессе его  твердения.

Рассмотрим, какое  воздействие оказывает повышение  температуры, т.е. условия, создаваемые при ТВО, на формирование цементного камня и бетона в целом.

При твердении  вяжущего вещества значительную роль играют плотность и вязкость жидкой фазы. Изменение относительной плотности и вязкости влияет на скорость растворения и диссоциацию на ионы минералов цемента и дальнейшее образование кристаллогидратов.

С возрастанием температуры структура воды изменяется, т.к. происходит разрыв водородных связей. Плотность и вязкость воды уменьшается. В результате чего увеличивается ее растворяющая способность, приводящая к ускорению физико-химических процессов, превращающее цементное тесто в твердое тело.

При смачивании зерен цемента водой начинают развиваться следующие физико-химические процессы, которые можно разделить на этапы: 1. Адсорбация воды; 2. Поверхностная гидратация; 3. Растворение; 4. Гидратация в растворе; 5. Образование центров кристаллизации; 6. Кристаллизация.