Расчет теплового баланса для кассетной установки с эжекторной системой пароснабжения

Лабораторная работа №2

Энергетический баланс процессов и аппаратов

При расчете процессов и машин в производстве строительных материалов решаются следующие основные задачи: 1) на основании законов термодинамики, гидродинамики определяют направление течения процесса и условия предельного или равновесного состояния; 2) расход сырьевых компонентов и количество получаемых материалов, изделий; 3) количество необходимой энергии, затрачиваемой на осуществление определенного процесса; 4) определение скорости процесса, оптимальных режимов работы; 5) определение рабочих объемов, поверхностей и других параметров аппаратов и машин.

Для определения количества энергии, затрачиваемой на осуществления тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий необходимо изучить энергетический баланс аппарата, в котором осуществляется вышеобозначенный процесс.

Согласно закону сохранения энергии количество энергии, введенной в процесс, должно быть равно количеству выделившейся (израсходованной) энергии.

Для проведения технологических процессов, связанных с изменением формы, агрегатного состояния вещества, расходуются различные виды энергии: механическая, электрическая, тепловая.

Приводя затрачиваемую энергию к тепловой, определяют ее баланс (в общем виде).

В энергетическом балансе необходимо учитывать приход и расход всех видов энергии, затрачиваемой на осуществление процесса.

Теплообмен в аппарате описывается уравнениями теплового баланса и теплопередачи. В зависимости от принципа действия аппарата эти уравнения могут иметь частные особенности.

При производстве бетонных и железобетонных конструкций применяются тепловые аппараты, в которых тепло к обрабатываемому материалу передается как при непосредственном соприкосновении теплоносителя к материалу, так и через разделяющую их стенку. Такой смешанный вариант подвода тепла используют при тепловой обработке железобетонных конструкций в ямных и тоннельных пропарочных камерах и автоклавах. Здесь изделие нагревается как с открытой поверхности, соприкасающейся с паром, так и через металлические стенки форм.

Для составления теплового баланса необходимо знать удельные теплоемкости веществ участвующих в теплообмене, теплоту химических реакций и теплоту фазовых переходов.

 

Расчет теплового баланса для кассетной установки с эжекторной системой пароснабжения.

Для составления теплового баланса принимаем следующие исходные данные:

Масса изделия в кассетной установке G изд,кг………………………… Объем изделий в установке V, м 3 ………………………………………. Количество цемента на 1 м3 бетона Ц, кг ………..……………………. Начальная температура изделий t н, 0С ………………………………… Конечная (максимальная) температура t к, 0С ……..…………………... Теплоемкость изделий с изд, ккал/кг∙град …….………………………… Начальная температура металла паровых рубашек кассеты t н.м, 0С….. Конечная (макс) температура металла паровых рубашек кассет t к.м, 0С…… Теплоемкость металла с м, ккал/кг·град…………….…………………… Вес металла паровых рубашек кассеты G м, кг ………………………… Поверхность кассетной установки, м2: теплоизолированная S изд ……………..………………………………. боковая S бок ……………………………………………………………. верхняя S верх …………………………………………………………… нижняя S ниж ……………………………………………………………. Температура изолированной поверхности t изол, 0С ……………………. Средняя температура воздуха в цехе t цех, 0С……….………..…………. Продолжительность теплообмена между поверхностью кассет и наружным воздухом τ, ч

 

Расчеты производятся по формуле

Q _изд + Q _м + Q _изол + Q _бок + Q _в.н + g _неучт = Q _приб + Q _экз.

Количество тепла, идущее на нагрев изделий,

Q _изд = G _издα_изд (t _к – t _н) =

Количество тепла, идущее на нагрев металла паровых рубашек,

.

Количество тепла, уходящее в цех через изолированную поверхность кассетной установки,

где  – коэффициент теплоотдачи изоляции в цех,

 

Количество тепла, уходящее через боковую поверхность кассетной установки в цех,

 

где  – коэффициент теплоотдачи боковой поверхности кассетной установки в цех,

Количество тепла, уходящее через верхнюю и нижнюю поверхности кассеты в цех,

Тепловыделение 1 кг цемента вследствие его гидратации (экзотермии)

V ^′,

где  – тепловыделение цемента при нормальном 28-дневном твердении,

                 определяем из таблицы 1.2;

  V ^′ – тепловой поток,

V ^′

Таблица 1.2 – Тепловыделение портландцементов при нормальном твердении

 В ккал/кг

Класс (марка) цемента	С45/55 (В45, М600)	С32/40 (В40, М500)	С25/30 (В30, М400)	С18/22,5 (В22,5, М300)	С12/15 (В15, М200)
	120	100	60	60	40

Принимая В/Ц=0,5, получим тепловыделение цемента в размере

Q _экз = 0,0023 ∙ Q _э,28(В/Ц)^0,44 ∙ V ^′ =

Общее количество тепла, выделяемое цементом,

Q _экз = q _экз G _ц =

где G _ц – общий расход цемента.

Тепловой баланс кассетной установки приведен в таблице 1.3

Таблица 1.3 – Тепловой баланс кассетной установки

Показатель	Количество
	ккал	%
Приход
Количество тепла, поступающее в кассетную установку с паром и от теплоэкзотермии цемента (G н)
Итого
Расход
Количество тепла на нагрев изделия Количество тепла на нагрев металла Количество тепла, уходящего в цех (7200+11500+22600) Неучтенные теплопотери
Итого

В неучтенные потери входит, главным образом, тепло, идущее на нагрев станины кассетной установки весом около 15 т.

Применение эжекторной системы пароснабжения на кассетной установке дает более равномерное распределение температур по паровым рубашкам системы пароснабжения, что позволяет устанавливать датчики системы автоматики на коллекторе отсоса паровоздушной среды и правильно регулировать процесс тепловой обработки изделий.

Удельные расходы пара на тепловую обработку 1 м³ бетона при эжекторной системе

G _п