- •Тепловые процессы в технологии силикатных материалов
- •Содержание
- •Введение
- •1. Источники и процессы получения теплоты
- •1.1. Виды и характеристика топлива
- •Общая классификация топлив
- •Коэффициенты для пересчета элементного состава твердого и жидкого топлива
- •1.1.2. Основные технические характеристики топлива.
- •Значения коэффициентов в уравнении (1.16)
- •Маркировка каменных углей
- •Классификация ископаемых углей
- •Усредненные характеристики твердого топлива
- •Усредненный состав и технические характеристики выпускаемого мазута
- •Усредненные характеристики газообразного топлива
- •1.2. Физико-химические основы горения топлива
- •Температура и концентрационные границы зажигания и взрываемости компонентов газообразного топлива
- •Температура воспламенения твердого топлива
- •1.3. Основы расчета процесса горения
- •Материальный баланс процесса горения газообразного топлива
- •Материальный баланс процесса горения твердого (жидкого) топлива
- •Приближенные значения пирометрического коэффициента процесса горения
- •Рекомендуемые значения Δtн в зависимости от tпроц и ηп в зависимости от tд
- •1.4. Сжигание топлива в технологии силикатных материалов
- •Классификация слоевых топок
- •2 Воздух; 3 газовоздушная смесь (д диффузионный фронт горения;к кинетический фронт горения)
- •Классификация горелок
- •1 Сопло горелки; 2 чистый газ; 3 зона смеси газа и продуктов горения; 4 зона смеси продуктов горения с воздухом; 5 фронт горения
- •4 Теплоизоляционная защита горелки
- •1, 3 Каналы для воздуха; 2 газовый канал; 4 конфузор;
- •5 Дроссель; 6 газопровод; 7 теплоизоляция горелки
- •1 Сопло горелки; 2 «холодная» зона; 3 зона видимого горения;
- •4 Зона невидимого горения
- •1 Распыленное топливо; 2 фронт воспламенения; 3 фронт горения;4 зона паровоздушной смеси и испаряющегося
- •Классификация форсунок
- •2 Аэросмесь; 3 рециркуляция горячих газов
- •1.5. Способы электронагрева и их применение
- •2. Процессы теплообмена и аэродинамика газовых потоков в тепловых установках
- •2.1. Режимы теплообмена
- •2.2. Теплообмен в пламенном пространстве печей
- •2.1. Схема теплообмена в пламенном пространстве печей:
- •2.3. Закономерности и особенности движения газовых потоков в тепловых установках технологии силикатных материалов
- •2.4. Теплообмен при движении газов в тепловых установках технологии силикатных материалов
- •3. Тепловые процессы в материалах и изделиях, подвергаемых тепловой обработке
- •3.1. Виды тепловой обработки
- •3.2. Общая характеристика процессов в силикатных материалах и изделиях
- •3.3. Сушка в технологии силикатных материалов
- •1 Кривая влагосодержания (влагоотдача); 2 кривая скорости сушки; 3 кривая температуры материала; 4 температура теплоносителя
- •4. Основы энерготехнологии силикатных материалов
- •4.1. Энерготехнологические схемы производства и термодинамические методы их анализа
- •4.2. Основы эксергетического метода термодинамического анализа этс
- •Свойства эксергии и энергии
- •Формулы расчета энергетического и эксергетического кпд пламенных печей
- •4.3. Пример применения метода эксергетического анализа
- •4.5. Вторичные энергоресурсы в технологии силикатных материалов
- •4.6. Энерготехнологическое комбинирование в технологии силикатных материалов
- •4.8. Комплексная схема утилизации теплоты и очистки отходящих газов стекловаренных печей:
- •Показатели работы установки комплексной утилизации теплоты печного агрегата
- •1 Корпус печи; 2 устройство для утилизации теплоты; 3 топка;
- •4 Котел; 5 циркуляционный насос; 6 отопительный прибор
- •1 Бункер; 2 пакеты теплообменных труб, установленных на подвижных панелях; 3 рассекатели; 4 подвижная панель
- •1 Газотурбинный двигатель; 2 генератор
- •1 Газотурбинный двигатель; 2 генератор; 3 котел-утилизатор;
- •4 Расходный бак питательной воды; 5 насос; 6 потребитель теплоты
- •1 Испаритель; 2 компрессор; 3 конденсатор
- •1 Испаритель; 2 компрессор; 3 конденсатор; 4 дроссель
- •1 Насадка; 2 сепаратор водяных капель; 3 вентилятор
- •4.7. Экологические аспекты теплотехнологий силикатных материалов
- •Характер действия вредных веществ на человека
- •Литература
3. Тепловые процессы в материалах и изделиях, подвергаемых тепловой обработке
3.1. Виды тепловой обработки
В технологии силикатных материалов можно выделить следующие виды тепловой обработки: нагрев, сушку, дегидратацию (удаление, например, кристаллизационной воды из глинистых минералов), тепловлажностную обработку, обжиг, вспучивание, спекание, плавление, варку, отжиг, закалку.
Целью любой тепловой обработки является придание будущему материалу или изделию качественно новых свойств в результате физических и физико-химических превращений, которые происходят при различных температурах и в различных условиях.
Нагрев осуществляется с целью сушки влажного материала (изделия), изменения физической структуры материала (отжиг, закалка, размягчение), изменения фазового состава материала (тепловлажностная обработка, дегидратация, перекристаллизация, кристаллизация). Этот вид тепловой обработки проводится при относительно невысоких температурах.
Сушка осуществляется для удаления физически связанной воды из материала (изделия) путем ее испарения. Сушка проводится при температуре ниже температуры кипения воды, является тепло- и массобменным процессом. Обмен теплотой и массой происходит между теплоносителем и материалом. Удаление влаги ведет к сближению частиц материала и формированию его структуры.
Дегидратация процесс удаления кристаллизационной и/или химически связанной воды из материала. Этот вид тепловой обработки, называемый также варкой гипса, применяется для получения строительного и медицинского гипса. Температура варки гипса не превышает 150180С.
Тепловлажностная обработка (пропаривание) проводится под воздействием паровоздушной смеси при атмосферном давлении и температуре до 100С для ускорения твердения влажных изделий из цементного и керамического бетонов. Тепловлажностная обработка (запаривание) отличается тем, что процесс ведется под воздействием насыщенного водяного пара под избыточным давлением 0,81,6 МПа при температуре 175205С для ускорения твердения изделий на основе известково-песчаного вяжущего (силикатный кирпич, ячеистый и плотный силикатные бетоны) или цементно-кремнеземистого вяжущего (асбестоцементные изделия). Пропаривание и запаривание процессы тепловые и массообменные.
Обжиг проводится при высокой температуре, но ниже или вблизи температуры плавления основной твердой фазы вещества (материала). При обжиге в веществе (материале) происходят процессы дегидратации, диссоциации, образования легкоплавких эвтектик, кристаллизации и другие структурообразующие процессы. Между изделиями и теплоносителем при обжиге происходят тепловые и массообменные процессы.
Вспучивание это высокотемпературная тепловая обработка, при которой происходит увеличение объема изделия или частиц материала за счет внутреннего газовыделения. Процесс вспучивания тепло- и массообменный процесс. В материале при этом происходят физико-химические превращения и структурообразующие процессы. Этот вид тепловой обработки применяется при получении керамзита, пеностекла и керамических теплоизоляционных материалов.
Спекание это обжиг, сопровождающийся изменением физико-химической структуры материала, образованием в нем более высокого содержания жидкой фазы (цементный клинкер, некоторые керамические материалы).
Плавление тепловая обработка материала при температуре выше температуры плавления. Используется при получении стекловолокна и минеральной ваты. Плавление сопровождается в основном теплообменными процессами и фазовыми превращениями.
Варка тепловая обработка многокомпонентной шихты, используемая для получения расплава стекломассы, глазури, сопровождающаяся комплексом физических, физико-химических и химических процессов. Она является комплексной и включает нагрев, сушку, дегидратацию, обжиг, спекание и плавление.
Варкой называют также тепловую обработку гипсового камня в гипсоварочных котлах для получения -гипса и α-гипса в жидких средах.
Закалка тепловая обработка стекла, включающая его нагрев и быстрое охлаждение, приводящее к образованию в нем распределенных остаточных напряжений сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Используется для придания стеклу повышенной механической прочности и термостойкости. Процесс закалки обусловлен теплообменными процессами. Закалке подвергают стекла автомобилей, трубы, изоляторы, сортовую посуду и др.
Отжиг тепловая обработка, направленная на ослабление величины остаточных напряжений в стеклоизделиях, появившихся в них при быстром охлаждении в процессе формования. Тепловая обработка заключается в нагреве стекла до высшей температуры отжига (вязкость 1012 П · с), выдержке при ней до заданного уменьшения напряжений, затем медленного охлаждения. Отжигу подвергается листовое стекло, стеклянная тара, изоляторы. Отжиг стекла теплообменный процесс.
Кристаллизация (ситаллизация) тепловая обработка стекла определенного состава, осуществляемая с целью получения стеклокристаллических материалов ситаллов, обладающих повышенными механическими, химическими и другими свойствами. В результате проведения в стекле направленной кристаллизации при специальных режимах нагревания и охлаждения получают его с необходимой степенью закристаллизованности и с заданным фазовым составом. Важнейшими кристаллическими фазами ситаллов являются диопсид, кордиерит, сподумен, шпинель, муллит, волластонит и др.
Из рассмотренных видов тепловой обработки наибольший объем в технологии силикатных материалов занимают сушка, обжиг, варка и тепловлажностная обработка.