Физико-химические основы пропаривания
Содержание
Введение…………………………………………………………………………5-6
Физико-химические основы пропаривания…………………………………...7-9
Устройство автоклава тупикового…………………………………………..10-13
Схема пароснабжения автоклава……………………………………………14-16
Схема обвязки автоклава……………………………………………………….17
Исходные данные для расчёта автоклава……………………………………..18
Расчёт производительности автоклава……………………………………...19-20
Расчёт и составление материального баланса автоклава…………………….21
Теплотехнический расчёт и тепловой баланс автоклава…………………..22-28
Вспомогательное оборудование и приборы автоклава………………………29
Расчёт трубопроводов………………………………………………………….30
Охрана труда при эксплуатации автоклава………………………………...31-32
Библиографический список……………………………………………………33
Введение
Технология автоклавных материалов – это сравнительно новая отрасль силикатной промышленности, производящая материалы из специфического сырья по особой, так называемой автоклавной, технологии.
По составу исходных материалов автоклавные изделия классифицируются следующим образом: [1]
1) силикатные автоклавные материалы – это автоклавные материалы, приготовленные из сырьевой смеси, содержащей известь и кварцевый песок, образующих в процессе автоклавной обработки силикаты кальция;
2) автоклавный бетон – автоклавные изделия, полученные на основе смеси портландцемента и его разновидностей с обычными заполнителями;
3) шлаковые – для приготовления этих изделий используются шлаки металлургические или котельные, как в качестве цементирующей связки, так и в качестве заполнителей;
4) зольные – изделия, для приготовления которых использованы золы от сжигания угля, торфа, сланцев;
5) бесцементные – материалы, полученные на базе отходов промышленности и некоторых горных пород.
Производство силикатного кирпича характеризуется относительно простым технологическим процессом, высоким уровнем механизации и частичной автоматизацией, комплексностью оборудования, возможностью использования различных сырьевых материалов и отходов промышленности. Длительность производственного цикла в 5-10 раз меньше, а удельные капитальные вложения, расход топливно-энергетических ресурсов, затраты на производство единицы продукции в 1,5 – 2 раза ниже по сравнению с аналогичными показателями работы по изготовлению керамического кирпича. [2]
Особенностью технологии производства силикатного кирпича является обработка свежесформованного образца-сырца в автоклавах насыщенным водяным паром (при температуре 174-203° С) под давлением (8 атм. и выше). Такие условия необходимы для ускорения реакции между известью и кремнеземистым компонентом, в результате которой синтезируется цементирующее вещество в виде гидросиликатов кальция, связывающее зёрна песка в прочный и водостойкий каменный материал.
Автоклав представляет собой горизонтально-расположенный стальной цилиндр диаметром 2 м и более и длиной 17,19 или 40 м со сферическими крышками. В зависимости от планировочного решения цеха применяют тупиковые или проходные автоклавы. Тупиковые отличаются односторонней загрузкой и выгрузкой вагонеток с кирпичом и оборудованы одной торцовой крышкой. Проходные – двусторонней загрузкой и выгрузкой и двумя открывающимися крышками. [3]
В данном курсовом проекте разрабатывается тупиковый автоклав диаметром 2,6 м и длиной 19 м (АТ 1,2 – 2,6∙19)
Схема обвязки автоклава
1 – вентиль подачи пара из магистрали
2, 3 – вентили линии перепуска пара
4 – обратные клапаны
5 – вентиль линии выпуска пара в атмосферу
6 – контрольный вентиль
7, 8 – вентили линии конденсатоотвода
9 – вентиль обводной линии конденсата
10 – линия подачи пара под прокладку
11 – вентиль с электроприводом подачи пара в автоклав
12 – водомерное стекло
13 – отвод к сигнально-блокировочному устройству
14 – вентиль на уравнительной линии конденсата
Исходные данные для расчёта автоклава
Изделия, подлежащие запариванию – кирпич силикатный утолщённый полнотелый рядовой (ГОСТ 379-79).
Производительность автоклава N = 20400 кирпичей за цикл, вагонеток – 17 по 1200 кирпичей каждая.
Для запаривания принят автоклав, характеристика которого приведена ниже:
Тип автоклава: тупиковый.
Внутренний диаметр барабана: Дк = 2600 мм
Рабочая длина барабана: Lк = 19000 мм
Габаритные размеры: длина – 20730 мм
ширина – 2920 мм
высота – 4430 мм
Ширина колеи для вагонеток: 750 мм
Масса автоклава: 42260 кг
Температура окружающего воздуха: 20°С
Начальная температура кирпича: 25°С
Поверхность автоклава покрыта тепловой изоляцией: слой асбеста толщиной 100 мм. Температура поверхности изоляции tиз = 40°С
Оптимальный технологический режим автоклавной обработки после загрузки изделий в автоклав включает следующие этапы:
1) равномерное повышение температуры до 186°С и давления до максимального значения 1,2 МПа, в течении 1,5 ч
2) изотермическое выдерживание при максимальном давлении в заданном интервале времени 6 ч
3) равномерное снижение давления до атмосферного и охлаждение до температуры 100°С к моменту выгрузки кирпича из автоклава, в течении 1,5 ч
Режим процесса запаривания длится T = 1,5 + 6 + 1,5 = 9 ч
Расчёт трубопроводов
Экономичность работы автоклавов зависит также от правильного расчёта пропускной способности паропроводов и конденсатопроводов:
Диаметр трубопроводов определяют по уравнению расхода по массе:
C1n = 3600 ∙ S ∙ V ∙ ρ = 3600 ∙ Пd2d ∙ V ∙ ρ [кг/ч] , где
S – площадь поперечного сечения трубопровода, м2
d – диаметр трубопровода, м
V – скорость жидкости (пара), м/с
ρ – плотность жидкости (пара), кг/м3
Скорость пара при давлении 1,2 МПа составляет 25 м/с, скорость жидкости при движении самотёком (конденсат) – 0,5 м/с
Расход пара по массе составляет Дф = 15816,4 кг на 1 цикл, или
C1n = 15816,4 = 10544,27 кг/ч, где
1,5
1,5 – время повышения давления и температуры до максимального значения
Определяем диаметр выпускных и впускных паропроводов:
dn = 4 C1n
3600 ∙ П ∙ ρ ∙ V
dn = 4 ∙ 10544,27 = 0,149 м
3600 ∙ 3,14 ∙ 25 ∙ 5,8685
Принимаем трубы стальные бесшовные с наружным диаметром 150 мм
В результате конденсации пара в автоклаве образуется к концу процесса запаривания 10544,27 кг воды по массе с температурой 186°С с учётом испаряющейся влаги с кирпича.
Определяем диаметр конденсатопровода:
dn = 4 ∙ 10544,27 = 0,086 м
3600 ∙ 3,14 ∙ 0,5 ∙ 1000
Принимаем трубы стальные бесшовные с наружным диаметром 90 мм.
Библиографический список
1. Боженов П.И «Технология автоклавных материалов» - Санкт-Петербург:
Стройиздат., 1978 – 368 с.
2. Вахнин М.П, Анищенко А.А «Производство силикатного кирпича» - М.: Высшая школа, 1989 – 200 с.
3. Мухина Т.Г «Производство силикатного кирпича», М.: Высшая школа, 1967 – 179 с.
4. Кавкин Л.М «Технология силикатного кирпича» - М.: Стройиздат, 1982 – 384 с.
5. Роговой М.И, Кондранов М.Н, Сагоновский М.Н «Расчёт и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов», - М.: Стройиздат, 1975 – 320 с.
6. ГОСТ 10037-83 «Автоклавы для строительной индустрии». Технические условия» - М.: Издательство стандартов, 1983 – 20 с.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………5-6
Физико-химические основы пропаривания…………………………………...7-9
Устройство автоклава тупикового…………………………………………..10-13
Схема пароснабжения автоклава……………………………………………14-16
Схема обвязки автоклава……………………………………………………….17
Исходные данные для расчёта автоклава……………………………………..18
Расчёт производительности автоклава……………………………………...19-20
Расчёт и составление материального баланса автоклава…………………….21
Теплотехнический расчёт и тепловой баланс автоклава…………………..22-28
Вспомогательное оборудование и приборы автоклава………………………29
Расчёт трубопроводов………………………………………………………….30
Охрана труда при эксплуатации автоклава………………………………...31-32
Библиографический список……………………………………………………33
Введение
Технология автоклавных материалов – это сравнительно новая отрасль силикатной промышленности, производящая материалы из специфического сырья по особой, так называемой автоклавной, технологии.
По составу исходных материалов автоклавные изделия классифицируются следующим образом: [1]
1) силикатные автоклавные материалы – это автоклавные материалы, приготовленные из сырьевой смеси, содержащей известь и кварцевый песок, образующих в процессе автоклавной обработки силикаты кальция;
2) автоклавный бетон – автоклавные изделия, полученные на основе смеси портландцемента и его разновидностей с обычными заполнителями;
3) шлаковые – для приготовления этих изделий используются шлаки металлургические или котельные, как в качестве цементирующей связки, так и в качестве заполнителей;
4) зольные – изделия, для приготовления которых использованы золы от сжигания угля, торфа, сланцев;
5) бесцементные – материалы, полученные на базе отходов промышленности и некоторых горных пород.
Производство силикатного кирпича характеризуется относительно простым технологическим процессом, высоким уровнем механизации и частичной автоматизацией, комплексностью оборудования, возможностью использования различных сырьевых материалов и отходов промышленности. Длительность производственного цикла в 5-10 раз меньше, а удельные капитальные вложения, расход топливно-энергетических ресурсов, затраты на производство единицы продукции в 1,5 – 2 раза ниже по сравнению с аналогичными показателями работы по изготовлению керамического кирпича. [2]
Особенностью технологии производства силикатного кирпича является обработка свежесформованного образца-сырца в автоклавах насыщенным водяным паром (при температуре 174-203° С) под давлением (8 атм. и выше). Такие условия необходимы для ускорения реакции между известью и кремнеземистым компонентом, в результате которой синтезируется цементирующее вещество в виде гидросиликатов кальция, связывающее зёрна песка в прочный и водостойкий каменный материал.
Автоклав представляет собой горизонтально-расположенный стальной цилиндр диаметром 2 м и более и длиной 17,19 или 40 м со сферическими крышками. В зависимости от планировочного решения цеха применяют тупиковые или проходные автоклавы. Тупиковые отличаются односторонней загрузкой и выгрузкой вагонеток с кирпичом и оборудованы одной торцовой крышкой. Проходные – двусторонней загрузкой и выгрузкой и двумя открывающимися крышками. [3]
В данном курсовом проекте разрабатывается тупиковый автоклав диаметром 2,6 м и длиной 19 м (АТ 1,2 – 2,6∙19)
Физико-химические основы пропаривания
В автоклаве происходят сложные процессы, превращающее исходное сырьё в прочный искусственный камень заданной плотности и формы, удовлетворяющий условиям эксплуатации выпускаемых предприятием изделий. Свойства такого камня зависят от режима автоклавной обработки, параметров водяного пара, времени и условий предавтоклавного хранения, автоклавирования изделий в формах или без форм, размера изделий и т.д.
Основная задача автоклавной обработки – создание условий для интенсивного образования гидросиликатов кальция, что обеспечивается соответствующими параметрами водяного пара. [1]
В процессе автоклавной обработки кирпича – сырца различают три стадии. Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при поступлении равенства температур теплоносителя и обрабатываемых изделий. Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают развития все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликатов кальция. Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.
В первой стадии запаривания в автоклав впускают насыщенный пар с температурой 186°С под давлением 18 атм. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъёма давления пар начинает проникать в поры кирпича и здесь превращается в воду. При этом вода вытесняет из пор сырца некоторое количество находящегося в них воздуха, а часть его сжимает. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в состав сырца. Так как в этот период концентрация извести в растворе выше, чем концентрация кремнезема, то вначале выделяются высокоосновные соединения типа гидрата L – C2S.
Когда в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают все процессы, которые ведут к образованию монолита. Прогрев сырца происходит за счёт теплопроводности вследствие передачи тепла от омывающего наружные поверхности конденсирующегося насыщенного пара. После выравнивания температур паровой среды и сырца передача ему тепла и конденсата прекращается, пар расходуется только на возмещение теплопотерь через стенки и крышки автоклава.
Концентрация растворённой извести в воде, находящейся в порах сырца, в это время наименьшая, а кремнезема – наибольшая, что способствует протеканию реакций между ними в жидкой фазе, в результате чего образуется гидросиликаты кальция (СaO ∙ SiO2 ∙ nH2O) низкоосновные и одновременно идёт перекристаллизация коллоидных адсорбционных комплексов. При израсходовании всей извести начинается растворение части ранее возникших высокоосновных гидросиликатов кальция, переход их в низкоосновные, придающие повышенную прочность кирпичу.
Обычно в силикатном кирпиче к концу периода изотермической выдержки новообразования состоят из смеси из высоко – и низкоосновных гидросиликатов кальция, лучше закристаллизованных в наружных и содержащих больше гелевидных фаз во внутренних зонах кирпича.
С прекращением подачи пара начинается падение температуры в автоклаве. Давление в автоклаве начинает снижаться и находящаяся в порах кирпича вода становится перегретой и бурно вскипает. Быстро выходящий из пор кирпича пар механически увлекает за собой часть содержащейся в них влаги, что способствует подсушке кирпича.
При снижении температуры и уменьшении количества жидкости, находящейся в порах кирпича, по-разному изменяется концентрация растворимых в ней веществ. Так, концентрация извести, если она осталась в свободном виде, увеличивается, а концентрация кремнезема снижается. Уменьшается влажность гелевидных новообразований, что повышает их прочность.
В результате снижения давления в автоклаве до атмосферного из кирпича удаляется вся вода, внесённая в сырец конденсатом и часть формовочной влаги. Температура кирпича понижается до 100°С. При открывании крышек автоклава и выкатки вагонеток на открытый воздух происходит дальнейшее интенсивное испарение влаги из горячего кирпича и снижение его температуры. [3]
Таким образом, между компонентами уплотнённой смеси известково – кремнеземистого вяжущего и песка, находящейся в автоклаве при повышенной температуре и влажности, происходит химическое взаимодействие, в результате которого возникают гидросиликаты кальция различного состава, цементирующие зёрна песка.
Из более чем 20 известных сейчас гидросиликатов кальция практическое значение в реальных условиях температурно-влажностного режима запаривания и соотношения компонентов смеси для силикатного кирпича имеют гидрат L – C2S, CSH и C2SH2 , в некоторых случаях тоберморит (C5S6H5-6) и очень редко ксонотлит (C6S6H).
Состав гидросиликатов кальция зависит от соотношения между активной окисью кальция и кварцевой мукой, от дисперсности последней, содержание вяжущего и воды в смеси, температуры и длительности автоклавной обработки.
Цементирующее вещество, состоящее в основном из гидросиликата CSH получается в реальных условиях при C/S = 0.3, а при C/S = 0.4/0.8 в цементирующем веществе наблюдается смесь гидросиликатов CSH и гидрата L – C2S в разных соотношениях, что повышает прочность кирпича.