Реферат Расчёт и проектирование туннельной сушилки для кирпичного завода
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Технический Университет Молдовы
Кафедра « Технологии строительных
материалов и изделий»
Курсовой проект по предмету «Тепловые установки в технологии строительных материалов»
На тему «Расчёт и проектирование туннельной сушилки для кирпичного завода»
Выполнил: ст.гр. IMAC-082
Игнатенко Е.
Проверила: Приску Т.
Кишинёв 2011
1.ВВЕДЕНИЕ
Кирпич и керамические камни, изготовленные пластическим прессованием, содержат влагу, которая должна быть удалена, чтобы придать им механическую прочность и подготовить к обжигу.
Сушкой называется процесс удаления влаги из материалов путем ее испарения. Сушку кирпича производят только конвективным методом, т. е. методом, при котором влага испаряется вследствие теплового обмена между изделием и теплоносителем. В качестве теплоносителя используют нагретый воздух или дымовые газы, получаемые от сжигания топлива. Эти теплоносители являются одновременно и влаго- поглотителями, так как передают сырцу тепло и поглощают его влагу. Процесс сушки характеризуется следующими основными факторами: скоростью перемещения влаги внутри материала, скоростью влагоотдачи с поверхности материала в окружающую среду и усадочными напряжениями, обусловленными неравномерным распределением влажности внутри материала. Процесс испарения и удаления влаги с поверхности изделия называют внешней диффузией. Скорость внешней диффузии зависит от параметров теплоносителя—температуры и влажности, а также от скорости его движения относительно высушиваемого изделия.
Способность теплоносителя поглощать то или иное количество влаги зависит от его относительной влажности, т. е. количества содержащейся в нем влаги. Чем меньше относительная влажность теплоносителя, тем большее количество влаги в виде водяного пара может он поглотить.
В результате испарения влаги с поверхности изделия влага из глубинных слоев перемещается на его поверхность. Этот процесс называют внутренней диффузией.
Если в результате быстрого испарения влаги с поверхности сырца разница в количестве ее на поверхности и внутри будет превышать допускаемый предел, то сырец будет растрескиваться. Этот предел называют критическим перепадом влагосодержания, или критическим градиентом влажности.
Условия сушки кирпича должны быть такими, при которых образующийся в ней перепад влажности не превышал бы критического значения. Скорость внутренней диффузии зависит от влагопровод- ности сырца и возникающего перепада влагосодержания или градиента влажности. Внутренняя диффузия протекает медленнее внешней.
Наилучшие условия сушки создаются при одинаковой скорости внешней и внутренней диффузий.
Сушка может происходить только при условии подвода тепла, необходимого для испарения влаги, и при наличии разницы давлений паров воды на поверхности испарения и паров воды теплоносителя. Чем больше эта разница, тем быстрее скорость испарения.
Теплоноситель поглощает влагу из кирпича до тех пор, пока парциальные давления его паров и паров на поверхности испарения не сравняются.
Насыщенность теплоносителя не должна превышать определенного предела. Добавление к насыщенному теплоносителю некоторого количества пара вызывает конденсацию его на поверхности изделия в виде капель воды. Чем выше температура воздуха, тем большее количество паров воды он может впитать до насыщения.
В практике степень насыщения воздуха характеризуют его относительной влажностью, т. е. отношением количества водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, к количеству пара, которое насыщает воздух при данной температуре. Чем выше температура и ниже относительная влажность воздуха, тем быстрее протекает процесс сушки изделия и тем меньшее количество воздуха необходимо для удаления влаги из изделия.
Скоростью сушки называется количество воды, которое удаляется с единицы поверхности изделия в единицу времени. Скорость сушки можно регулировать температурой, относительной влажностью и скоростью движения теплоносителя.
2.ОБЩИЕ ДАННЫЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА
Процесс сушки делится на три периода: нагрева изделий, постоянной скорости сушки и замедленной скорости сушки.
В период нагрева тепло, подводимое к материалу теплоносителем, расходуется на подогрев изделия от начальной температуры до температуры теплоносителя. Влажность изделий за этот период уменьшается незначительно.
В первый период сушки удаление влаги происходит с постоянной интенсивностью:
где W — количество испарений влаги, кг; F — поверхность испарения, м[1]; т — время испарения, ч.
В этот период температура изделия постоянна и равна температуре мокрого термометра.
В период постоянной скорости сушки влага, поступающая из внутренних слоев изделий, испаряется с их поверхности. Скорость сушки в этот период остается постоянной до тех пор, пока влажность на поверхности изделий начнет уменьшаться. Этот период сушки характеризуется примерно постоянным уменьшением массы изделия в единицу времени, т. е. количества влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия.
В период замедленной скорости сушки постепенно уменьшается влажность изделия до минимального остаточного количества. После этого сушка изделий прекращается. Этот период характеризуется непрерывным снижением скорости сушки и сопровождается снижением
величины усадки изделий, которая чаще всего прекращается до окончания этого периода.
Влажность, которую имеет масса изделия в момент прекращения усадки, называется критической влажностью.
Конец третьего периода характеризуется равновесной влажностью, т. е. влажностью, при которой изделие прекращает уменьшаться в массе и скорость сушки равна нулю.
Равновесная влажность высушиваемого материала зависит от относительной влажности и температуры теплоносителя. Чем меньше относительная влажность теплоносителя и выше его температура, тем меньше равновесная влажность высушиваемого изделия.
Для уменьшения возможности образования трещин в заводской практике обычно стремятся увеличить скорость продвижения влаги от внутренних слоев изделия к наружным настолько, чтобы эта скорость соответствовала скорости испарения с поверхности изделия. При этих условиях влажность сырца по всей толщине выравнивается и воздействие напряжений уменьшается или устраняется.
СУШКА В ТУННЕЛЬНЫХ СУШИЛКАХ
Для сушки кирпича и керамических камней широко распространены противоточные туннельные сушилки с горизонтально -продольным направлением теплоносителя. Такие сушилки относятся к сушилкам непрерывного действия.
Конструкция противоточных туннельных сушилок
Каждый туннель противоточной представляет собой камеру 1 длиной 30—36 м, высотой 1,4—1,7 м, шириной 1,15— 1,40 м. В туннеле расположен узкоколейный рельсовый путь 2 для передвижения вагонеток с кирпичом-сырцом. На концах туннелей сделаны одно- или двухстворчатые двери 5. Двери делают также одностворчатыми, наклонными, механически открывающимися.
Туннельные противоточные сушилки просты по устройству и конструктивно различаются лишь схемами подвода и отвода теплоносителя, которые бывают нижними или верхними; либо подвод нижний, а отвод верхний, или наоборот; сосредоточенный из одного отверстия или распределенный через ряд отверстий.
Теплоноситель подводят и отводят через отверстия, расположенные в конце туннеля со стороны выгрузки кирпича-сырца, а отбирают его — в противоположном конце туннеля со стороны загрузки вагонеток с кирпичом-сырцом.
На рис. 1 показана сушилка с сосредоточенным нижним подводом и отводом теплоносителя.
Горячий воздух поступает из подводящего приточного канала 3 при открытом положении заслонки 4 и отводится с противоположного конца при открытой заслонке 6 в вытяжной канал 7, ведущий к отсасывающему вентилятору. Поезд сушильных вагонеток периодически перемещается в туннеле в направлении, противоположном направлению движения теплоносителя, поэтому сушилка называется противоточной.
Туннели объединяют в блоки по 10—20 туннелей. В каждом блоке установлены приточный и вытяжной вентиляторы Вдоль фронта туннелей на их выгрузочных и загрузочных сторонах расположены приточные и вытяжные каналы. Их делают постоянного или переменного сечения.
Кроме основных каналов для подвода и отвода теплоносителя противоточные туннельные сушилки иногда имеют каналы для подачи в определенную зону туннеля или в смесительную камеру рециркулируемого отработанного теплоносителя.
Туннельные сушилки загружают и выгружают путем заталкивания вагонеток со свежесформованным кирпичом-сырцом при передвижении всего поезда вагонеток и выталкивании вагонеток с высохшим кирпичом-сырцом с противоположного конца туннеля.
Особенности сушки в туннельных сушилках
Туннельные сушилки отличаются от камерных рядом преимуществ. Сушка в них идет при установившемся режиме, без регулирования; создаются более благоприятные условия для сушки — свежесформованный кирпич-сырец попадает в среду влажного с небольшой температурой теплоносителя. По мере высыхания сырца и продвижения вагонеток к выгрузочному концу кирпич-сырец встречает теплоноситель с более высокой температурой и менее насыщенный влагой, что снижает неравномерность сушки. Сроки сушки в туннельных сушилках меньше.
Однако это достигается лишь при условии правильного подбора температуры, влажности, скорости и количества теплоносителя, а также наиболее рациональной укладки высушиваемых изделий на вагонетках.
В туннельных сушилках кирпич-сырец сушат за 12—50 ч при температуре теплоносителя 50—80° С, температуре отработанного теплоносителя 25—40° С и расходе теплоносителя на один туннель 3000—1000 м*/ч.
В связи с вышеперечисленными преимуществами мы выбираем туннельную сушилку.
3.РАСЧЁТ ТУННЕЛЬНОЙ СУШИЛКИ
Рассчитать и спроектировать туннельную сушилку для кирпичного завода производительностью 33млн.шт.в год по годной продукции.
Сушка производится горячим воздухом, отбираемым от туннельных печей. Начальную температуру воздуха при входе в сушилку принимают 394К,конечную-311К.
Относительная влажность изделий до сушки,%........................... 21
То же,после сушки,%........................................................................... 7
Потери при прокалывании шихта%................................................... 8
Потери от брака при сушки и обжиге,%......................................... 15
Число рабочих дней в году............................................................. 350
Продолжительность сушки,ч........................................................... 31
Температура сырца,поступающего в сушилку,К......................... 285
То же,выходящего из сушилки,К.................................................. 342
Масса одного изделия (обожженного),кг..................................... 3,5
Решение:
1)Годовой фонд рабочего времени:
350*24=8400ч
Где:350- число рабочих дней в году ,24-число рабочих часов в день
2)Производительность по масе:
Gm=33000000*3,5=115500000 кг/год или 115500 т/год
Где:33000000- производительность 33млн.шт.в год. 3,5- Масса одного изделия (обожженного),кг
3)Часовая производительность завода:
Где Gm - производительность по масе:8400-годовой фонд рабочего времени
4)Часовая производительность сушилки с учетом потерь от брака и ППП:
=13,75*1,08*1,15=17,0775 т/ч
5)Определяем конструктивные размеры сушилки ,принимая следующие габариты вагонетки,мм:
Длина-1580
Ширина-850
Высота-1450
По данным практики на каждую вагонетку вмещается в среднем 770кг по обожженной массе.
6)Количество вагонеток, находящихся в сушилке:
шт.
Из практических данных количество вагонеток в туннеле принимают 25шт.,тогда количество туннелей:
T=685/25=27.4=27 шт.
7)Определяем длину туннеля(L) ,мм:
L = n* l = 25 * 1580 = 39500 мм
Конструктивную длину сушилки принимают на 0,5м больше:
L = 40000 мм
8)Находим ширину туннеля,мм:
bТ =bН + 2*(100) = 850 +200 = 1050 мм
9)Находим высоту ,мм:
Н = h +100 мм = 1450 +100 = 1550мм
Стены сушилки выполнены из керамического кирпича толщиной 380мм.Сверху сушилка покрыта железобетонными плитами толщиной 70мм и слоем теплоизоляционной засыпки толщиной 150мм.0бщия ширина сушилки, состоящей из 27 туннелей:
bс = 27*1050 + 380 *28 = 28350 +10640 = 38990 мм
10)Определяем часовое количество испаренной влаги:
-поступает в сушилку влажных изделий:
= 14900 кг /ч
-выходит из высушенных изделий:
кг /ч
11)Часовое каличество испаряемой влаги:
= 21519 - 18280 = 3239 кг / ч
12)Определяем удельный расход теплоты,кДж/кг:
-на нагрев изделий в сушилке(теплоемкость изделия Сизд=0,965кДж/кг*К): кДж / ч
Масса металлической части вагонетки равна-210кг; Теплоемкость стали Смет= 0.47кДж/кг*К
13)В 1 ч погружают вагонеток в сушилку:685/60=11,4=12 шт. Где:432-кол.вагонеток
Начальная температура вагонетки 283 К.
Конечная металлической части вагонетки-363К,
Определяем потери теплоты в окружающую среду
14) Коэффициент теплоотдачи ,вт/(ш2К)
15) Средняя температура сушильного агента:
Тср = (394 + 311 ) / 2 = 352 ,5 К
При небольших значениях коэффициент теплоотдачи конвенкции приближенно можно рассчитать по формуле Юргеса:
ак = 5,6 + 4v(Wt /m2 *К)
Тогда при скорости движения теплоносителя:
v = 2 (m / s), a1 = 5,6+4*2 = 13 ,6 Wt / т 2 * К
Теплопроводность кирпичной стенки =0,48Вт/(м*К). Из справочных данных коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду :
а2 = 10,2Вт /(м2* К),тогда:
= 1,04 Вт /м2 * К )
16)Площадь теплоотдающей поверхности стенок(которую определяют по чертежу):
F с = 2 * 40 * 1,55 =124 м 2
17)Потери теплоты через стены:
=3,6*1,04(352,5-291)*124/3239= =8,81кДж / кг
Где:291 -средняя температура стен
18) Находим площадь потолка:
Fn=41*29,97=1228м2
Теплопроводность железобетона =1,55Вт/м*К;
для теплоизоляционной засыпки =0,12Вт/м*К.
Из справочных данных имеем : а2 = 11,3 Вт/м*К.
тогда: =0,688 Вт /(м2 * К)
19)Определяем потери теплоты через потолок:
кДж/ кг 20)Определяем также потери теплоты через дверки со стороны подачи теплоносителей.
Поверхность 27 дверок, выполненных из дерева толщиной 50мм =0,16Вт/(м*К),
=1,55*0,960* 27=40,176 м2
=2,06 Вт /(м2* К)
Тогда:
= 3,6 * 2,06(394 - 291)40,176/3239 = 9,47 кДж /кг
21)Потери теплоты со стороны выдачи вагонеток:
= 3,6 * 2,06(311 - 291 )40,176 /3239= 1,83кДж / кг
22)Суммарные потери теплоты в окружающую среду составляют:
qo c = 83+ 9,47 + 1,83= 94,3 кДж / кг
4.РЕГУЛИРОВКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕЖИМА
При сушке изделий стремятся создать оптимальный режим, т. е. режим, при котором получают качественные изделия без трещин в минимальные сроки и при возможно меньших затратах тепла и электроэнергии.
Оптимальный режим сушки обычно устанавливают экспериментальным путем и из нескольких режимов выбирают наиболее эффективный. Этот путь дорогой, трудоемкий и длительный, а главное, не всегда дает лучшие результаты.
Поэтому применяют расчетно-экспериментальные методы. Одним из них является метод установления критического градиента влажности. По его величине можно устанавливать оптимальный режим сушки.
Если критический градиент влажности для определенной керамической массы составляет величину более 3, то кирпич следует сушить в начальный период при температуре теплоносителя 60-70° С и относительной влажности 55-60%; срок сушки - 12 ч.
При величине критического градиента влажности сырца менее 1,8 начальная температура теплоносителя должна быть примерно 32°С, относительная влажность 82-85%, а срок сушки 60-72 ч.
Автоматизация работы сушилок и процесса сушки. Задачей автоматического регулирования работы сушильных установок является поддержание оптимальных условий сушки, обеспечивающих получение изделий высокого качества с минимальными затратами труда, топлива и электроэнергии. Процесс сушки материала зависит от многих факторов: размеров, структуры, пористости и начальной влажности материала, температуры, влажности теплоносителя на входе и выходе из сушила, скорости перемещения теплоносителя и других, что при учете всех этих факторов вызывает необходимость применения необоснованно сложной системы регулирования. Поэтому автоматическое регулирование процесса сушки сводят к поддерживанию заданного режима сушки, подбираемого экспериментально, путем контроля и регулирования параметров теплоносителя, его температуры и влажности. Реже при регулировании в систему включают весь комплекс устройств, определяющих работу сушилок— подтопков, вентиляционного и силового оборудования и т. п.
На рисунке приведена схема комплексного автоматического контроля и регулирования работы туннельной сушилки. Схемой предусматривается регулирование температуры теплоносителя в подводящем канале, количество теплоносителя, температура и давление по длине туннеля, а также дистанционное включение и выключение вентиляторов и дымососов сушилки.
| Схема автоматического регулирования температуры теплоносителя в туннельной сушилке: |
УП - универсальный переключатель; КП- кнопочный пункт; ПМ-магнитный пускатель; KB - конечный выключатель; ИМ- исполнительный механизм; Д - электродвигатель исполнительного механизма; БК- блокирующий контакт магнитного пускателя; КМП- катушка магнитного пускателя; ПВ -пакетный выключатель; ПП - пробочный предохранитель; ИР — изодромный регулятор; М — электронный мост; Ман — манометр (кольцевые весы); Р — расходомер; I — селеновый выпрямитель; II — манометр; III— логометр; IV — переключатель; V — электрический мост; VI— расходомер: VII — изодоомный регулятор; VIII — термометры сопротивления, установленные в тоннелях сушил; IX — то же, в подводящем канале сушил; X — освещение щита
Кроме автоматического регулирования и контроля режима сушки, сушильные установки оборудуются системами автоматизации загрузки: подъема и опускания штор, открывания и закрывания ворот (дверей) туннелей, проталкивания вагонеток и т. д.
5.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Все туннельные сушилки, где в качестве теплоносителя применяют дымовые газы, должны работать под разряжением показатели разрежения в камерах следует ежесменно записывать в специальный журнал. При работе искусственных сушилок на отходящих газах необходимо систематически отбирать пробы воздуха в камерах, туннелях и помещениях сушилок для определения в нем концентрации угарного и других газов. В случае превышения допускаемой концентрации газов, предусмотренной санитарными нормами, должны быть немедленно приняты меры к ликвидации загазованности. В помещениях, где кирпич сушат топочными газами, должна быть установлена общеобменная вентиляция и устроены фрамуги в оконных проемах для естественного воздухообмена. Загружать и разгружать камеры при открытых шиберах подводящих каналов запрещается. Перекрытия подводящих и отводящих каналов и люки должны быть герметичными. Шиберы должны иметь герметичный гидравлический или другой затвор. Двери камер следует плотно закрывать, зазоры между створками дверей, между дверью и колодкой, а также отверстия необходимо уплотнять резиновыми или войлочными прокладками Двери камерных сушилок надо прижимать деревянными брусками, установленными горизонтально или вертикально в створе дверей, а бруски прижимать зажимом или клином. Спуск людей в приточные и вытяжные каналы и в камеры смешивания газов с холодным воздухом разрешается только при полной остановке работы подтопков и температуре в них не выше 60° С с обязательным применением изолирующих или шланговых противогазов. Спуск людей в каналы разрешается только по специально устроенным переносным лестницам или скобам, укрепленным в стенах Спускающийся рабочий обязан надеть предохранительный пояс прикрепленный к веревке, свободный конец которой должен находиться в натянутом положении в руках рабочего, наблюдающего снаружи у люка канала. Теплоноситель можно подавать в туннели сушилки только после того, как плотно закрыты люки и двери. Рельсы путей в помещениях сушильных отделении следует укладывать на прочном основании. Стыки рельсов должны обеспечивать продвижение вагонеток без сотрясений и толчков. Уклон рельсового пути не допускается. Туннели сушилок не реже одного раза в квартал следует подвергать техническому осмотру. В неисправных туннелях работа запрещается. Доступ рабочих в туннель разрешается только при полном закрытии шиберов подводящих каналов и температуре в туннеле, не превышающей 60° С. Подача вагонеток к туннелям и проталкивание их в туннелях должны быть механизированы и осуществляться механическими толкателями. Пользоваться ломами или иными ручными приспособлениями для проталкивания груженых вагонеток воспрещается. Каждый туннель с обеих сторон должен быть оборудован сигнальными лампами. Перед заталкиванием вагонетки в туннель должен быть подан сигнал об открытии двери с противоположного (выгрузочного) конца туннеля для выхода очередной вагонетки с сухим кирпичом-сырцом. Со стороны выгрузки должен последовать ответный сигнал о выполнении.
Все вентиляционное хозяйство сушильных цехов должно иметь надежное ограждение и сигнализацию о пуске. Электроприводы кроме ограждения должны быть надежно заземлены.
Ремонтные работы непосредственно в сушильных установках можно проводить только в специальных костюмах и в кислородной маске. При ремонте сушил, работающих на горячем воздухе, вместо кислородной маски допускается специальная охлаждающая маска, ношение которой обязательно при работе в туннелях, камерах, каналах, т. е. там, где температура превышает 40 °С.
Отходящие от сушильных установок газы должны проходить обязательную очистку от пыли и возможных уносов перед выбросом их в атмосферу. Сушильные цехи должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, в них обязательно должна быть вывешена инструкция по безопасной эксплуатации установок.
6) БИБЛИОГРАФИЯ
1)И.С.Кашкаев, Е.Ш.Шейнман «Производство глиняного кирпича»
2)В.В. Перегудов «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий»
3)Ю.С. Буров «Технология строительных материалов и изделий»
4)Г.С. бурлаков «Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей»
