- •1.Технологический процесс и краткая характеристика его основных стадий (переделов)
- •2.Последовательность основных переделов в промышленности строительных материалов
- •3.Классификация основных процессов в технологии производства строительных материалов и изделий
- •5.Классификация процессов по способу организации и направленности взаимодействующих потоков
- •6. Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов
- •6.1. Материальный баланс и его назначение.
- •6.2. Тепловой баланс и его назначение.
- •6.3. Интенсивность процессов и аппаратов.
- •6.4. Определение необходимой рабочей поверхности или рабочего объема непрерывно действующего аппарата.
- •6.5.Определение рабочего объема периодически действующего аппарата.
- •7. Определение условий равновесия системы: принцип Ле-Шателье и правило фаз Гиббса.
- •8.Изоморфность уравнений переноса гидродинамических, тепловых и массообменных процессов.
- •9. Основы теории подобия и моделирования систем процессов и аппаратов.
- •9.1. Основы системного анализа и понятия модели
- •9.2. Классификация моделей по в.А. Вознесенкому
- •9.4.Теоремы подобия
- •10.Механические процессы и аппараты, измельчение твёрдых материалов.
- •10.1.Силовые воздействия при измельчении материалов в машинах
- •10.2. Виды процесса измельчения материалов в зависимости от конечной крупности кусков материала.
- •10.3. Характеристики исходного и готового продукта: категории прочности и хрупкости горных пород.
- •10.4. Степень дробления
- •10.5. Основные энергетические гипотезы дробления.
- •10.6. Схемы циклов измельчения
- •11. Элементы физики твёрдого тела. Теоретическая и истинная прочность материала.
- •11.1. Дефекты реальных композиционных материалов: дефекты в кристаллах (одномерные и двумерные)
- •11.2. Теория Гриффитса разрушение твердых тел.
- •11.3. Теоретическая прочность твердых тел (формула Аравана). Критические напряжения по Гриффитсу.
- •12. Влияние среды на кинетику измельчения.
- •12.1. Эффект адсорбционного понижение прочности.
- •12.2. Кинетика измельчения и разломоспособность.
- •13. Классификация (сортировка) материалов
- •13.1. Грохочение: типы рассеивающих устройств и ситовой анализ
- •13.2. Основные схемы рассева, их достоинства и недостатки
- •3. Комбинированная схема
- •13.3. Виды грохочения, схемы механических грохотов
- •13.4.Оценка процессов грохочения (производительность и эффективность)
- •13.5.Гранулометрический состав материалов. Понятие о плотнейших упаковках.
- •14. Перемешивание материалов.
- •14.1. Эффективность аппарата и интенсивность его действия.
- •14.2. Количественная оценка качества перемешивания.
- •14.3. Классификация смесительных машин.
- •14.4. Принципиальные схемы устройств для смешивания материалов.
- •14.5.Качественные выводы на основе накопленного опыта по смешиванию материалов.
- •15. Формование изделий.
- •15.1. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры.
- •15.2. Вибрирование. Параметры вибрации и их совокупности, определяющие качество уплотнения.
- •15.3. Разновидности вибрационных методов формования.
- •15.4. Невибрационные методы формования.
- •15.4.2. Формование с прессованием бетонной смеси. Разновидности формования с прессованием (полусухое прессование и пластическое формование).
- •16.4. Движение тел в жидкостях
- •16.5. Ламинарный режим обтекания твердого тела жидкостью. Решение (закон) Стокса для силы давления потока.
- •16.6.Турбулентный режим обтекания твердого тела жидкостью. Формула Ньютона для определения полного сопротивления.
- •16.7.Осаждение частиц под действием силы тяжести. Скорость витания частицы.
- •16.8.Движение жидкости через неподвижные и подвижные зернистые и пористые слои.
- •16.9.Определение сопротивления слоя (потери давления).
- •16.10. Гидродинамика кипящего (псевдоожиженного) слоя. Скорость и число псевдоожижения. Поршневое псевдоожижение, фонтанирование
- •16.11.Плёночное течение жидкости. Линейная плотность орошения. Принцип работы центробежного скруббера.
- •17.Барботаж. Случаи использования барботажа в промышленности строительных материалов. Пузырьковый и струйный виды работы аппарата. Принципиальная схема барботажного абсорбера.
- •17.1.Гидравлическая классификация и воздушная сепарация. Назначение.
- •17.2.Принципиальные схемы вертикального и спирального классификаторов.
- •17.3.Принцип работы проходного, циркуляционного сепараторов и циклона.
- •18.Тепловые процессы и аппараты.
- •18.1.Основные законы распространения теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением.
- •18.2.Сложный теплообмен: конвекцией теплопроводностью (на примере однослойной стенки).
- •18.3.Теплообмен при фазовых переходах: теплоотдача при конденсации паров. Внешний и внутренний теплообмен.
- •18.4.Движущая сила тепловых процессов. Характер изменения температур различных сред при прямоточном и противоточном движении вдоль поверхности теплообмена.
- •18.5.Теплообменные аппараты. Классификация по принципу действия, по назначению и по режиму работы. Принципиальные схемы.
- •19.Массообменные процессы: сушка
- •19.1.Способы удаления влаги и виды сушки. Классификация форм связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки
- •19.2.Материальный и тепловой баланс воздушной сушки
19.1.Способы удаления влаги и виды сушки. Классификация форм связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки
Влага может быть удалена различными способами:
1) механический (прессование, отстаивание, фильтрование, центрифугирование) – удаляется влага, не имеющая прочной связи с материалом;
2) физико-химический (поглощение гигроскопическими материалами (H2SO4, NaCl)) – удаление дорогое и сложное;
3) тепловое (испарение, выпаривание, конденсация) – используется при необходимости быстрого удаления влаги.
Процесс удаления влаги из материала с использованием тепловой энергии влаги и с отводом образующихся паров называется сушкой. Выделяют естественную и искусственную сушку.
Основным видом сушки является искусственная сушка. Процессы сушки и применяемые для них установки классифицируют по различным признакам. К наиболее существенным из них следует отнести способ подвода тепла, давления в рабочем пространстве, характер работы установки, направление движения материала и сушильного объекта, конструктивные признаки.
По способу подвода тепла различают сушку конвективную, контактную, радиационную, диэлектрическую (материал нагревается под действием электрического поля), сублимационную (при низких температурах и глубоком вакууме влага (в твёрдой фазе) испаряется без перехода в жидкое состояние).
По давлению в рабочем пространстве различают атмосферные сушилки (давление существенно не отличается от атмосферного) и вакуумные (давление значительно ниже атмосферного).
По характеру работы – непрерывного и периодического действия.
По направлению движения – прямоточные и противоточные сушилки.
По конструктивным особенностям сушилки бывают камерные, туннельные, шахтные, конвейерные.
Процесс перехода влаги, находящейся в твёрдом материале, из жидкой среды в газообразную может протекать лишь тогда, когда давление пара над поверхностью материала больше давления в окружающей среде.
Различают две стороны сушки – статику и кинетику. Статика сушки устанавливает связь между начальными и конечными параметрами участвующих в сушке веществ (материала и сушильного объекта) на основе уравнений материального и теплового баланса. Из статики определяется расход сушильного объекта, состав материала, расход тепла.
Кинетика сушки устанавливает связь между изменением материала во времени и параметрами процесса (свойства и структура материала, его размеры). Уравнения кинетики сушки характеризуют процесс удаления влаги из материала во времени и используются для определения длительности и режима сушки.
Для расчёта процессов сушки и создания рациональных конструкций сушилок необходимо совместное рассмотрение статики и кинетики процесса.
19.2.Материальный и тепловой баланс воздушной сушки
Материальный баланс сушки
m1, m2– количество влажного материала, поступающего в сушилку, и высушенного материала соответственно, кг/с
U1, U2 – влажность материала (U1 и U2 весовых долей соответственно)
W – количество испарённой влаги, кг/с
Материальный баланс по всему количеству материала: m1=m2+W, кг/с (1)
Баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не меняется в процессе сушки: mсух=m1·(1-U1)= m2·(1-U2) (2)
Из (1) и (2) определяют m2 и W.
Для теплового расчёта сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса влаги. Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха, причём влагосодержание влажного воздуха в сушилке на входе Х0 кг/кгсух.в., а сухого – Х2 кг/кгсух.в., то с воздухом поступает (L·X0) кг влаги, с отработанным воздухом – (L·X2) кг, из материала испаряется W кг влаги. Тогда баланс влаги в сушилке: L·X2=L·X0+W.
Расход воздуха составляет: L=W/(X2-X0)
Удельный расход воздуха (на 1 кг влаги): l=L/W=1/(X2-X0), кгсух.в/кгвл (3)
Из (3) видно, что l зависит только от разности влагосодержаний отработанного и свежего воздуха. Расход воздуха тем выше, чем выше его Х0, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха. Расход воздуха при других условиях выше.
Расход воздуха в летних условиях больше, чем в зимних, и устройства для перемещения воздуха (вентиляторы, газодувки) необходимо выбирать по расходу на самый тёплый месяц года. Значение t0 и φ0 зависят от условий района, где работает сушилка.
Тепловой баланс сушки
С, Св, С2,Ст – средние удельные теплоёмкости: сушильного агента (на 1 кг сухого); влаги, удалённой из материала; высушенного материала; транспортных устройств сушилки, Дж/(кг·0С).
t0, t2 – температура сушильного агента до и после сушилки, 0С
θ1, θ2 – температура материала на входе и выходе из сушилки, 0С
mт – масса транспортных устройств, кг
– температура транспортных устройств на входе и выходе из сушилки, 0С
– энтальпия водяного пара в свежем и отработанном виде, Дж/кг
Баланс тепла:
1) приход тепла: L·C·t0
2) с высушенным материалом: m2·C2·θ1
3) с влагой, испаряемой материалом: W·Св·θ1
4) физическое тепло транспортных устройств: mт·Cт·
5) подводимое тепло: Q=Qн+Qдоб, где Qн – тепло нагревания сушильного объекта (в воздухонагревателе или топке), Qдоб – дополнительное тепло в сушильной камере (от дополнительных воздухонагревателей)
Расход тепла:
1) в сушильном агенте: L·C·t2
2) с высушенным материалом: m2·C2·θ2
3) с влагой, испаряемой материалом: W·
4) физическое тепло транспортных устройств: mт·Cт·
5) потери тепла в окружающую среду: Qп
Уравнение теплового баланса:
L·C·t0+ m2·C2·θ1+ W·Св·θ1+ mт·Cт·+ Q= L·C·t2+ m2·C2·θ2+ W·+ mт·Cт·+ Qп (4)
Решая (4) относительно полученного тепла, получим:
Q=L·C·(t2 -t0)+ m2·C2·(θ2 -θ1)+W·-Св·θ1)+mт·Cт·(+Qп (5)
Из (5) видно, что подводимое в сушку тепло расходуется следующим образом:
1) потери с уходящим сушильным агентом Qух
2) потери на испарение влаги Qисп
3) потери на нагревание высушенного материала Qмат
4) потери на нагревание транспортных устройств Qт
5) потери в окружающую среду Qп
(5) можно записать в виде:
Q=Qух+Qисп+Qмат+Qт+Qп (6)
Для сравнения работы различных сушилок удобно вести тепловые расчёты на 1 кг испарённой влаги, разделив все члены уравнения (5) на W и обозначив удельный расход тепла и сушильного агента соответствующими строчными буквами:
q=l·C·(t2 -t0)+-Св·θ1)+qмат+qт+qп=qух+qт+qмат+qт+qп