Теплота экзотермии

Количество теплоты гидратации, выделяемое 1 кг цемента:

(7.9)

М - марка цемента

количество градусов – часов от начала процесса, град/час

В/Ц – водоцементное отношение

а – коэффициент.

Определяем количество градусо-часов за весь период тепловой обработки:

(7.10)

град·час

Определяем коэффициент а:

при град·час (7.11)

град·час

Удельная теплота гидратации за весь цикл тепловой обработки равна:

Общее количество теплоты гидратации, выделяемое цементом находящегося в камере:

(7.12)

Определяем повышение средней температуры изделий за счет теплоты гидратации цемента:

(7.13)

Вывод: Среднее повышение температуры составляет 26С, что является достаточным для догрева до температуры заданного режима.

7.2. Определение размеров тепловых агрегатов

длина Lk=mL ·lф+2∙l1+l2, м (7.14)

ширина Bk=mb·bф+2·l1+l2, м (7.15)

высота Hk=nh·hф+(n-1)·h1+h2+h3, м (7.16)

где lф,bф,hф— длина, ширина и высота форм соответственно, м;

h1,h2,h3—расстояния по высоте между формами, верхней формой и крышкой, днищем нижней формы и полом камеры,м:

h1=0,05…0,075 м, h2=0,05 м, h3=0,15 м ;

l1—расстояния между формой и стенкой камеры, достаточное для расхода захватов автоматической траверсы, м ; l1=0,2…0,3 м;

l2—расстояния между штабелями форм, м; l2=0,2 м

Hk=2·0,6+0,05+0,05+0,15=1,45 м

Bk=2·1,2+2·0,2+0,2=3 м

Lk=1·8,4+2·0,2=8,8 м

7.3. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки

Теплотехнический расчет заключается в составлении теплового баланса установки, 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 (7.16)

где

Q- поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки;

Q_экз- количество теплоты, выделяющейся в процессе экзотермической реакции гидратации цемента с водой затворения, кДж.

β- коэффициент, учитывающий непредвиденные потери теплоты;

Q_б- количество теплоты, расходуемое на нагрев бетона, кДж;

Q_ф- количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы, кДж;

Qогр.конср.- количество теплоты, расходуемое на нагрев ограждающей конструкции, кДж;

Q_пот- количество теплоты, потерянное установкой в окружающую среду, кДж;

Qср- количество теплоты, расходуемое на нагрев среды, кДж;

Qисп- потери с испарением, кДж;

Q_к- потери с конденсатом, кДж.

Теплота на нагрев бетона изделий

Количество теплоты, расходуемое на нагрев массы изделия, определим по формуле:

, кДж (7.18)

где с_б- средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделия, кДж/(кгºС);

G_б- масса изделия, кг;

t_н, t_к- средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.

Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:

Gб=∑Vб·ρб =4·2503·3,03=30336,4 кг

• подъем температуры:

кДж

• изотермическая выдержка:

кДж

Теплота на нагрев формы

Количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы определим по выражению:

, кДж (7.19)

где c_м- теплоемкость материала формы, , кДж/(кг ºС);

G_ф- масса формы, кг;

t_к- конечная температура поверхности бетона изделия в соответствующем периоде, ºС;

t_н- 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 данный показатель по периодам тепловой обработки

• подъем температуры:

кДж

• изотермическая выдержка:

кДж

Теплота на разогрев конструкций камеры

Теплота на разогрев ограждающих конструкций установки для тепловой обработки рассчитывается по формуле:

, кДж (7.20)

где – массовая теплоемкость соответствующего слоя конструкции рассматриваемого ограждения, кДж/(кг·°С);

–масса рассматриваемого слоя, кг;

–средняя конечная температура материала рассматриваемого слоя конструкции, °С;

–начальная температура материала рассматриваемого слоя конструкции, °С.

Средняя конечная температура материала рассматриваемого слоя конструкции рассчитывается как среднее арифметическое значение температур на границе отдельных слоев. Температура на границе слоев рассчитывается по формле:, °С (7.21)

где – температура окружающего воздуха, °С;

–температура среды в камере в процессе термообработки, °С; в период подъема температуры , °С;

–температура изотермической выдержки, °С;

–общее сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций, (м²·°С)/Вт;

–термическое сопротивление слоев от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения конструкции ограждения, (м²·°С)/Вт;

–толщина го слоя, м;

–коэффициент теплопроводности го слоя материала, Вт/(м²·°С).

, (м²·°С)/Вт (7.22)

где – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С);

–коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности камеры,

=60…1000 Вт/(м²·°С);

–коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С).

Потери теплоты на разогрев стен камеры:

1.Бетон:

Сбет=0,84 кДж/кг·ºС ; λб=1,86 Вт/м·ºС ;ρб=2400 кг/м³ ;δб=0,2 м ;

2.Минеральная вата:

Смв=0,84 кДж/кг·ºС; λм.в.=0,054 Вт/м·ºС ;ρм.в.=125 кг/м³ ;δм.в.=0,1 м ;

3.Сталь:

Сст=0,48 кДж/кг·ºС ;λст=58 Вт/м·ºС ;ρст=7850 кг/м³; δст=0,003 м

(рис.1)

Найдем массу каждого из слоев:

Vб=(9,406·3,6,06·1,45)-(9,006·3,206·1,45)=7,3м³

Vм.в=(9,006·3,206·1,45)-(8,806·3,006·1,45)=3,5 м³

Vс.т=(8,806·3,006*1,45)-(8,8·3·1,45)=0,1 м³

G=ρ·V

Gб=2400·7,3=17555,9 кг ; Gм.в.=125·3,7=435,4кг;

Gст=0,1·7850=806,3кг.

Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции:

Общее сопротивление:

=1/60+0,11+1,85+0,00005+1/9,52=2,08

Рассчитаем температуру на границе слоёв:

• период подъёма температуры:

t1=40 ºС

t₂ =°С

t₃ =°C

t₄ =°C

• период изотермической выдержки:

t1=60

t₂ =°С

t₃ =°C

t₄ =°C

Теплопотери на разогрев крышки камеры:

(рис.2)

1 – металлический листкДж/(кг·˚С);кг/м³

Вт/(м·˚С); м.

2 – минеральная ватакДж/(кг·˚С);кг/м³

Вт/(м·˚С); м

3 – металлический листкДж/(кг·˚С);кг/м³

Вт/(м·˚С); м

Общее сопротивление:

Найдем массу каждого из слоев:

Vм.в= 9,106 ·3,306·0,1=3,39м³

Vст1=9,106·3,306·0,002=0,07 м³

Vш=9,106·0,08·0,1·2+3,306·0,08·0,1·2=0,208 м³

Vст2=9,106·3,306·0,003=0,1м³

Vбок.ч.=9,106·2·0,105·0,003+3,306·2·0,105·0,003=0,008м³

Gм.в.=125·3,39=423,97 кг

G_{реб.жест.}=0,2·(7850·0,07)=106,5 кг

Gст1=7850·0,07+106,5+0,208·7850=2273,32 кг

Gст2=7850·0,1+0,008·7850=863,12кг

Теплота, расходуемая на разогрев крышки камеры, рассчитывается для периода подъема температуры. Определим температуру на границе слоёв:

°C