Спроектировать щелевую пропарочную камеру производительностью 40000 м3/год

Тяжелый бетон.

Класс бетона 20.

Марка (активность) цемента 400.

к _мл =1,12  - коэффициент межпартионной вариации.

v = 0,135 - вариация прочности бетона.

Лабораторный состав бетона.

1. Рассчитаем средний уровень прочности бетона:

R_б=1,1

R_б=1,1 1,12=31,65

2. Определим водоцементное  отношение В/Ц:

В/Ц= =0,47

3. Определим расход  цемента:

Ц=

В=186,6(таблица зависимости  расхода воды, для подвижности Ок=5...9см).

Ц= =381,1   кг/м³

4. Определим расход  щебня:

Щ=   ,

где а - коэффициент раздвижки зёрен; а = 1,1 (из таблицы в зависимости от расхода цемента). П_щ - пустотность щебня в %; П_щ = 0,4 % .

у_щ - насыпная плотность щебня; у_щ = 1,45 кг/м" (из распечатки) р_щ - истинная плотность щебня; р_щ = 2,63 кг/м³

Щ= кг/м³

5. Определим расход  песка:

П=[1000-( )] ,

где р_щ - истинная плотность щебня; р_щ = 2,63 кг/л.

р_п - истинная плотность песка; р_п = 2,6 кг/л. р_ц - истинная плотность цемента; р_ц = 3,1 кг/л.

П = [1000 - ( )]*2,6 = 384,2 кг/м³

Производственный состав бетона ,кг/м³

1. Влажность песка  3%, П = 384,2 кг , тогда:

В_п - содержание воды в песке;

В_п = 384,2 • 0,03 = 11,526 л.

Влажность щебня 2%, Щ = 1462,7 кг , тогда 

В_щ - содержание воды в щебне ;

В_щ = 1462,7 • 0,02 = 29,524 л.

 Всего: 40,78 л. 

Тогда: П = 384,2 +11,526=395,8кг

Щ = 1462,7 + 29,254 - 1491,9 кг

В = 186,6-40,78-145,8 л.

2. Найдём коэффициент  выхода смеси:

,    

где , , - насыпная плотность цемента, песка и щебня соответственно.

3. Расчётная плотность смеси:

П + Щ + В + Ц=339,4 + 1491,9 + 145,8 + 395,8 =2373 кг/м³

 

 

 

 

 

 

3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ

3.1 Определение геометрических размеров установки

Длина камеры

L_k=nL+(n+l)L₁                    где

 п - количество тележек  по длине камеры; L - длина тележки, м: L₁ -расстояние между тележками и торцевыми завесами, L₁=0.4...0.5 м.

L_к =17*6,33+(17+1)*0,4=110 м

Ширина камеры                                                              

В_К=В+2В,                    где

В ширина изделия на вагонетке, м; B₁- расстояние между изделиями и боковой стенкой камеры с учетом формы. В₁=0,4...0.5 м.

В_к=3*0,3+4*0,16+2*0,2=2,1

Высота камеры

H_k=H₁+n₁(H₂+H₃)+(n₁-l)+H₄         где

Н_г высота рельса над уровнем пола, м; п₁ - количество ярусов; Н₂,

Н₃ высота тележки и изделия соответственно, м; Н₄ - расстояние между потолком и верхом изделия, Hr=0,2 м.

H_k=0,15+1 (0,4+0,3)+( 1 -1 )*0,3+0,2= 1,1 м.

 

3.2 Расчет производительности установки

М=

где  n- количество изделий одновременно находящихся на тепловой обработке в одной установке, шт; М      количество установок: В_Р - годовой фонд рабочего времени формовочного  отделения,  ч;  К_с коэффициент,     учитывающий     возможные     срывы     производства, К_с=0,85...0,9;  т_т -      цикл  тепловой  обработки  изделий:  Р- годовая производительность установок, шт/год.

Р=40000 м³/год=88889 шт/год               В_р=8*3*350= 8400 г/год  

  М=           Принимаем 1установку 
4. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ГРЕЮЩЕЙ СРЕДОЙ И ПРОГРЕВАЕМЫМ ИЗДЕЛИЕМ

Режим обработки:

t₀=20 °C (начальная температура среды)

t_n= 3 ч    (время подъема температуры, т.е. период прогрева)

tиз⁼ 5 ч   (время изотермической выдержки)

t_oxn= 2 ч (время охлаждения)

=80 %

Скорость подъема температуры среды в установке

b=

C

Средняя температура  конденсатной пленки

t_ср= t_с -

где t_c - температура среды в определенный момент времени т

t_c= t_o+b*

по номограмме определяем коэффициент теплообмена, а при  =80 %

1) для середины периода  прогрева

t_c = 20+20*1,5=50 °С

t_ср = 50-

=45 C

 

п=25Вт/(м²-°С)

2) для конца периода  прогрева

t_c =20+20*3=80 °С

t_cp = 80-

=75 С

кп=50 Вт/(м²-°С)

3) в период изотермической  выдержки

t_c = 80 °С

из=75Вт/(м²-°С)

 

5. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ БЕТОНА ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ

Для проведения расчета  с помощью номограммы определяют критерии подобия Био и Фурье:

 

I. В период подъема температуры

Bi_п = =   Fo_п = = ,

где α_п - средний за период прогрева коэффициент теплообмена между греющей средой и поверхностью изделий, Вт/м³ °С; R – характерный размер изделия, м; а – коэффициент температуропроводности. м²/ч: С – удельная теплоемкость изделия, кДж/ (кг×°С).

 

Количество градусов-часов  в период прогрева:

Ө_п ,

где - средняя температура бетона за период прогрева, °С.

,

где C2 = f (Fo_п, Bi_п) определяется по графикам [1, прил.23]

С₂ = 0,07 при F₀ = 0,19;  Bi = 2,4;

 = 20 + °С/ч

Ө_п = 31×3 = 93 °С

 

II. В период изотермической выдержки

Ө_из ,

где — сред, температура бетона в конце периода прогрева, ^оС:

 = t₀ + ×

С₁ = f(Fо_кп Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.22]

Bi_{к.п .}= = = 4,81  Fo_к.п. = =

С₁ = 0,22

С₃ = f(Fо_из, Вi_из) определяется по графикам [1, прил.24]

Bi_из = = = 7,2  Fo_из = =

С₃ = 0,26

 = 20 + = 55 °С

Количество градусо-часов  в период изотермической выдержки:

Ө_из = 80·5 – (80 – 55)× °С·ч

Количество  градусо-часов за весь период ТВО:

Ө = Ө_из – Ө_п = 347,67 + 93 = 440,67 °С·ч

 

По номограмме определяем [1, прил.21]:

а) общее удельное тепловыделение цемента за весь цикл тепловой обработки q_э – по общему количеству градусо-часов Ө:

q_э = 66 ккал/кг = 276,54кДж/кг

б) удельное тепловыделение цемента в период подъема температуры q_э^п – по количеству градусо-часов, полученному бетоном за период подъема температуры Ө_п:

q_э^п = 20 ккал/кг = 83,8 кДж/кг

в) удельное тепловыделение цемента в период изотермического  прогрева:

q_э^и = q_э – q_эⁿ = 276,54 – 83,8 = 192,74 кДж/кг

Соответствующие значения удельного тепловыделения бетона кДж/м³, будут равны:

Q_э = q_э×Ц=276,54×381,1 = 105389,39 кДж/м³

Q_э^п = q_э^п·Ц = 83,3·381,1 = 31745,63 кДж/м³

Q_э^и = q_э^и×Ц = 192,74·381,1 = 73453,21 кДж/м³

Величина, характеризующая  тепловыделение бетона:

_,

где А=0,0023×Q_э28(B/Ц)- коэффициент, учитывающий водоцементное отношение. Для ПЦ 400 Q_э28 = 419кДж/кг; с = 0,84 кДж/кг·^оС; ρ = 2264 кг/м³

А = 0,0023 ×419× (0,47) ^0.44 = 0,69

m =

 

6. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЯХ

Период подъема температур

 

Если испарение влаги из бетона нет и начальная температура  его равна начальной температуре  среды, то температуру бетонного  изделия в любой его точке  в зависимости от продолжительности  нагрева, теплофизических констант, скорости подъема температуры и тепловыделения бетона можно рассчитать по следующим формулам:

t(x,t)=t₀ + bt - [R²(1+ )-r_ц²] +

где r_ц – координаты точки рассматриваемого тела, A_n, m_n – постоянные, зависящие от формы тела и критерия Bi. Так как Fo>0,2, то ограничиваемся только первым рядом суммы и соответственно значениями A₁ и m₁[1, прил. 32].

A₁ = 1,25;  m₁ = 1,42

 

Температура центра изделия (х=0)

t(0,t) = ·[0,15²(1+ ]+ · = 49,3°C

Температура поверхности  изделия (x=R=0,09 м)

t(x,t) = 20 +20·3 – · [0,15²·(1 + ] + ×0,15²× = 66,7 °C

Период изотермической выдержки

 

Для определения температур по сечению изделия служат те же дифференциальные уравнения, что и  для периода подъема, но при других начальных условиях. За начало отсчета времени следует брать время конца периода прогрева. При этом изделия будут иметь начальное распределение температур, определяемое вышеприведенными уравнениями, в которых следует положить t = t_под. Величину m_из рассчитываем по формуле:

m_из=

где Q₃ - тепловыделение 1 м³ бетона в зависимости от , кДж/м

m_из= ^оС/ч

Таким образом, получаем решения, которые удобно представить  в следующем виде:

A_ц =

B_ц =

Для центра (A₁ = l,26 и m₁ = 1,37)

A_ц =

B_ц=

 = 80+14,99=94,99 °C

Для поверхности изделия (A₁=l,26 и m₁ =1,37)

A_ц = [

B_ц =

=82 °C

 

Определим средние температуры  изделий в начале и конце каждого периода:

 

°С

°С

°С

°С

 

7. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

7.1 Материальный баланс 

Ритм выпуска:

по изделиям, шт/ч,

n_и=

по бетону, м /ч

V₆=V_иn_и

где Р_год - годовая производительность установки, шт год: В_г - годовой фонд рабочего времени, ч/год; V_и- объем одного изделия, м": Vб – объём часовой загрузки бетона, м /ч. В_р=8ч·350=8400 ч/год

Р_год= 40000/0,45=88889 шт/год

n_и=

шт

V_б= n_и·Vи=

м³/ч

I. Приход материалов, кг/ч

1.Масса сухой части  изделия

G_с=(Ц+П+Щ)V_б

G_с=(Ц+П+Щ)V_б. G_c=(381,1+384,2+1462,7)·4,77=10627 кг/год

2. Масса воды затворения

G_B1=BV₆

G_B1=186,6·4,77=890,1 кг/ч

В- удельный расход воды, кг/м³

3. Масса арматуры и  закладных деталей

G_a=AV₆

G_a=70·4,77=333,9 кг/ч

А- удельный расход арматуры и закладных деталей, кг/м³

4. Масса форм-вагонеток

G_ф=G_Ф1·n

С_ф=8060·17=13702 кг/ч

G_Ф1 – масса одной формы или поддона, кг; n- количество форм или поддонов в расчетной загрузке, шт.

 

Суммарный приход материалов

= G_c+G_B1+G_a+С_ф

= 10627+890,1+333,3+13702=25552,4 кг/ч

II. Расход материалов, кг/ч

Масса, оставшейся после  испарения воды

G_в2= g_bi1-W

W=0,01V₆p₆=0,01·4,77*2264=107,99 кг/ч

G_B2= 890,1-107,99=782,11 кг/ч

=10627+782,11+333,9+13702=25445,01 кг/ч

G_прих=G_расх +G_пот

25552,4= 25445,01+G_пoт

G_пoт=25552,4-25445,01=107,39 кг/ч

 

7.2 Тепловой баланс

7.2.1 Период подогрева

Приход теплоты, кДж/ч

1.   Теплота сухой  части бетона

Q_Ic=Gc·Cc·t^-п_H.б.

  Q_Ic=10627·0,84·20=178533,6 кДж/ч

где  Сс- удельная теплоемкость сухой части бетона, кДж/(кг∙ºС) [1, прил.11]; – средняя температура изделия в начале периода, °С.

2. Теплота воды затворения

Q_IB1= G _B1·C _B·t^-п _Hб

 Q_IB1=890,1·4,185·20=74501,37 кДж/ч

где С_в -удельная теплоемкость воды, кДж/(кг°×С) [1, прил.13].

3. Теплота арматуры

Q_Ia=Ga·Ca·t^-п _H.б.