Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы размещения:
Число установок периодического действия определим по выражению
,
шт. (9)
где
N0- годовая производительность линии, м3;
ц- продолжительность цикла работы установки (с учетом времени предварительной выдержки, загрузки и разгрузки, длительности тепловой обработки), ч;
Vб- суммарный объем бетона, одновременно обрабатываемого в одной установке, м3
М- число рабочих дней в году;
К- число смен;
Z- продолжительность рабочей смены, ч.
Количество установок принимаем равным 52 шт.
Составление и расчет уравнения теплового баланса установки:
Теплотехнический расчет заключается в составлении теплового баланса установок, на основании которого определяется расход теплоты, требуемой на тепловую обработку изделий. Базовой величиной для расчета теплового баланса является количество теплоты, расходуемое за цикл тепловой обработки.
Для установок периодического действия уравнение теплового баланса имеет вид:
,
кДж
где Q=Gп∙iп- поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки;
здесь Gп – расход теплоносителя, кг;
iп = i’+r∙x – энтальпия теплоносителя, поступающего в установку, кДж/кг;
Qэкз- количество теплоты, выделяющейся в процессе экзотермической реакции гидратации цемента с водой затворения, кДж.
Β =1,2- коэффициент, учитывающий неподвижные потери теплоты;
Qб- количество теплоты, расходуемое на нагрев бетона, кДж;
Qогр- количество теплоты, расходуемое на нагрев ограждений, кДж;
Qпот- количество теплоты, потерянное установкой в окружающую среду, кДж;
Qк- потери с конденсатом, кДж.
Теплота на нагрев бетона.
Количество теплоты, расходуемое на нагрев массы изделия, определим по формуле:
,
кДж
где сб =1,0789 кДж/(кгºС) - средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделий;
tн, tк- средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.
Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:
подъем температуры:
Qб = 1,0789*4518*(44-20) = 116987,3 кДж
изотермическая выдержка:
Qб = 1,0789*4518*(72,5-44) = 138922,4 кДж
Теплота на нагрев формы.
Количество теплоты, расходуемое на нагрев установки:
=
,
кДж
Теплота на нагрев крышки.
где 1.2-коэфициент, учитывающий нагрев станины установки;
cм=0,48 кДж/(кг ºС)- теплоемкость материала формы;
сиз=0,84 кДж/(кг ºС)- теплоемкость минеральной ваты;
Gкр.-масса крышки;
Gмет.-масса внутреннего слоя крышки;
Gмет.-масса метала ограждающих листов
tк- средняя температура материала в конце рассматриваемого периода, ºС;
tн- начальная температура металла формы, равная в период подъема температуры – температуре воздуха в цеху или на улице, а в период изотермической выдержки – температуре поверхности бетона изделия в конце периода подъема температуры, ºС.
Рассчитаем температуру на наружной поверхности крышки:
Общее сопротивление:
(м2
∙ºС)/Вт
Рассчитаем массы металла и изоляции:
=0,6922
3,14
0,03
40=1,8кг;
=0,
6922
3,14
0,08
7850=94,4кг;
=0,6922
3,14
0,003
7850=35,4кг;
Теплота
на нагрев сердечника.
=1,2
0,01
5,2
7850=489,8кг
кДж
Теплота на нагрев формы.
Масса формы для виброгидропрессованных труб Ø 1200 8650кг.
В период подъёма:
;
В период изотермической выдержки:
кДж.
Теплота на нагрев чехла.
кДж,
Плотность резины ρ=1200кг/м3,
=(2
3,14
0,6-2
3,14
0,593)
5,2
1200=273,3кг
В период подъёма:
;
В период изотермической выдержки:
кДж.
Теплота на нагрев днища.
Количество теплоты, расходуемое на нагрев конструкции днища установки, определим по формуле:
,
кДж
где cк – теплоемкость материала основания установки;
tк- конечная температура керамзитобетона в соответствующем периоде, ºС;
tн- начальная температура керамзитобетона в соответствующем периоде, ºС.
Для вычисления средней температуры слоёв днища, необходимо вычислить температуру на границе слоев.
Температура на границе слоёв рассчитывается по формуле:
,С
t0 - температура окружающего воздуха, С;
tср - температура среды в камере в процессе термообработки, С, в
период подъёма температуры tср=(t0+tиз.в.)/2 ,С
tиз.в. – температура изотермической выдержки,
- общее
сопротивление теплопередачи огражда-ющих
конструкций, (м2
С)/Вт;
aв - коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности камеры, Вт/(м2С);
aв = 70 Вт/(м2с)
aн = 10 Вт/(м2с)
, м2
С/Вт
,
м2
С/Вт
,
м2
С/Вт
=0,6922
3,14
0,002
1800=5,41кг;
=0,6922
3,14
0,
2
1600=481,16кг;
Средняя температура днища при разогреве:
,С
С
С
С
период подъёма:
,
кДж;
С
С
С
период изотермической выдержки:
,
кДж;
Потери теплоты в окружающую среду.
Для снижения потерь теплоты применяется чехол из пенополиуретана.
С
Количество теплоты отданное чехлом в окружающую среду определя-ем по выражению
где
н- коэффициент теплоотдачи у наружной поверхности формы, Вт/(м2 ºС)
F- площадь поверхности формы, м2;
tн- конечная температура поверхности формы в соответствующем периоде, ºС;
t0- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.
Рассчитаем площадь F защитного чехла:
м3;
кДж
кДж
Потери теплоты в грунт:
кДж
кДж
Общие потери теплоты:
кДж
кДж
Теплота, теряемая с конденсатом.
Теплота, теряемая с конденсатом, рассчитывается по формуле
кДж
где
Gк- количество конденсата, равное 0,8 … 0,9 искомого пара за период;
iк- энтальпия конденсата, уходящего из установки, кДж/кг.
кДж/кг
где
ск- теплоемкость конденсата (для воды ск=4,189), кДж/кг∙ ºС;
tк =80-7=73 ºС - температура конденсата (на 7ºС ниже температуры изотермического прогрева).
Рассчитаем энтальпию конденсата по формуле:
,
кДж/кг
Тогда, теплота, теряемая с конденсатом равна
кДж
(18)
iп = i’+r∙x – энтальпия теплоносителя, поступающего в установку, кДж/кг;
i’ = 459,97 кДж/кг – энтальпия воды на линии насыщения;
r = 2234,2 кДж/кг – теплота фазового перехода;
x = 0,92 – степень сухости водяного пара:
iп =459,97+2234,2∙0,9=2515,434 кДж/кг;
Подъём температуры:
кДж
Изотермическая выдержка:
кДж
Суммарный расход теплоносителя:
кДж
Теплота, теряемая с конденсатом по формуле (16) равна:
Подъём температуры:
кДж
Изотермическая выдержка:
кДж