Описание конструкции и принципа работы автоклава

Введение

Стеновые мелкие блоки из ячеистого бетона предназначены для кладки наружных, внутренних стен и перегородок зданий с относительной влажностью воздуха помещений не более 75% и при неагрессивной среде. В помещениях с влажностью воздуха более 60% внутренняя поверхность блоков наружных стен должна иметь пароизоляционное покрытие.

Ячеистые блоки автоклавного твердения - самый теплый, легкий (плавает в воде), долговечный, экологически чистый, несгораемый, подобный по свойствам дереву строительный материал. Он легко обрабатывается (пилится ножовкой, гвоздится без образования трещин и т.п.), удобен в работе.

Блоки из ячеистого бетона дают самые тёплые стены. Благодаря заключённому в порах воздуху теплоизоляционные свойства стен из ячеистого бетона в 5 раз выше, чем у кирпича. Применение блоков из ячеистого бетона в стенах малоэтажных домов взамен керамического кирпича позволяет экономить при плотности ячеистого бетона от 400 до 700 кг/куб.м. до 35% энергозатрат на отопление.

Важной характеристикой ячеистого бетона является его плотность. Чем плотность ниже (т.е. чем выше пористость), тем лучше теплозащита материала. Наиболее оптимальной для строительства жилых помещений является плотность D600(М25), D700(М35) т.е. 600-700 кг/куб.м.

Расчет автоклава

Технологческий расчёт тепловой установки

Исходные данные

- Вид изделия – массив, 8 штук на телжке, 3 тележки (всего 24 изделия).

- Геометрические размеры изделия, м:

длина – l, 2940

ширина – b, 900

высота – h, 144

- Масса изделия – G_и=381кг, всего в автоклаве 9144.

- Объем пустот в изделии:

- Объем бетона в изделии – V_б, м³. 0, 262

- Объем одного изделия – V_и=0, 381 м³.

- Водотвердое отношение В/Т. 0, 5

- Марка цемента – М_ц. 500

- Марка бетона – М_б. B5

- Масса бетона в изделии G_б, кг. 381

- Плотность свежеуложенного бетона (бетонной смеси):

r = G_ц+ G_в + G_п + G_щ + G_и + G_з + G_ш + G_кк + G_ал.

r = 240 + 420 + 9 +669*0, 5=1003, 5 кг/м³

- Расход материалов на 1 м³, кг:

вода – G_в, 334, 5

известь – G_и, 240

гипс – G_з,9

кремнеземистый компонент – G_кк, 420

алюминиевой пудры – G_ал.0, 46

- Вес сухих веществ на 1 м³ – G_сб=700 кг.

- Вес сухих веществ на 1 изделие – G_с1 = G_сбV_б, кг. 0, 381*700=266, 7 кг

- Количество воды, вступившее в реакцию с вяжущим – G_вс=67 кг

(согласно СН 277-80 количество связанной воды принимается как 10 % от массы ячеистого бетона).

- Масса решетки запаривания – G_реш1=470 кг.

- Масса вагонетки– G_ваг1= 1520 кг.

- Температура загружаемых изделий – t_о= 20 ^оС.

-Температура окружающей среды – t_ос=20 ^оС.

- Начальная температура в автоклаве – t₁=65 ^оС.

- Температура запаривания – t_из=191 ^оС.

- Температура изделий при выгрузке из автоклава – t_ох=40 ^оС.

-Удельная теплоемкость:

– бетона – с_б=0, 82 Дж/кг× град;

– воды – с_в=4, 19 Дж/кг× град;

- Коэффициенты:

– теплопроводности бетона – l_б=0, 241 Вт/ м× град;

– температуропроводности бетона – a_б=11, 2 м²/час;

- Прочность бетона после тепловлажностной обработки R_тво=5 МПа.

Выбор автоклава. Характеристика

-Число изделий, расположенных в автоклаве N₁=24 шт.

-Тип автоклава – проходой (т.к больше 4 штук).

- Размеры камеры:

Внутренние размеры, м:

– длина – L=19

– диаметр – D_вн=2, 6

Габаритные размеры, мм:

– длина – L_к= 21500

– ширина – B_к= 3250

– высота – H_к=4000

– диаметр – D_вш=2960

- толщина стены d_ст=0, 18 м;

– толщина крышки d_кр=0, 325 м.

Наружная поверхность автоклава, м²:

F = 2·F_кр + F_бв

F=2*3, 14*1, 625²+2*3, 14*1, 625*21, 5=16, 58+219, 4=235, 98 м²

Где F_кр – площадь крышки, м²,

F_бв – площадь боковой поверхности, м².

- Рабочий объем автоклава, м³:

V_к = 3, 14·L·

V_k=3, 14*19*2, 6²/4= 100, 8м³

- Суммарный объем бетона изделий, входящих в автоклав, м³:

V_бк = N₁ · V_б

V_бк=0, 144*0, 9*2, 94*24=9, 14 м³

- Суммарная масса бетона изделий, входящих в автоклав, кг:

G_бк = V_бк· r_бс=G_б. · N₁

G_бк=9, 14*1000=9140 кг

- Масса вагонеток, загружаемых в камеру, кг:

G_ваг = G_ваг1 · N_вг

1520*3=4560 кг

- Масса решеток запаривания, входящих в автоклав, кг:

G_рз = G_реш1· N_вг

470*24=11280 кг

- Коэффициент заполнения автоклава бетоном изделий:

q_б =

Q_б=9, 14/100, 8=0, 09

- Коэффициент заполнения автоклава вагонетками:

q_вг =

q_вг=4560/(7800* 100, 8)=0, 0058

где r_вг - плотность материала вагонеток;

- Коэффициент заполнения автоклава решетками запаривания

q_рз =

q_рз=11280/(7800*100, 8)= 0, 0145

где r_рз - плотность материала решеток запаривания.

Теплотехнический расчёт установки

Основной задачей теплотехнического расчета является определение расхода теплоносителя в установке для тепловой обработке материалов. Определение расхода теплоносителя производится при составлении теплового баланса автоклава.

Введение

Описание конструкции и принципа работы автоклава

Автоклав предназначен для тепловлажностной обработки изделий. Он представляет собой цилиндрический сосуд с быстрозакрывающейся сферической крышкой. Состоит автоклав из следующих основных узлов: корпуса, сферической крышки с механизмом подъема, байонетного кольца с механизмом поворота, насосной станции, контактных манометров и системы автоматического регулирования. (Внешний вид автоклава представлен на графической части данного курсового проекта).

Корпус автоклава состоит из обечаек, приваренных встык одна к другой и фланца который приварен к корпусу и предназначен для байонетного соединения корпуса с быстрозакрывающейся крышкой.

Для герметизации автоклава между фланцами корпуса и крышки проложена резиновая прокладка специального профиля. По наружной поверхности автоклава приварены кольца жесткости таврового сечения. Внутри корпуса уложены рельсы по которым закатывается в автоклав запарочные вагонетки. Корпус автоклава установлен на опоры из которых одна (средняя) неподвижная, а другие подвижные.

Сферическая крышка с механизмом подъема представляет собой штампованное сферическое днище и приваренный к ней фланец. Механизм подъема состоит из гидроцилиндра поворота, закрепленного на кронштейне и системы рычагов. Байонетное кольцо с механизмом поворота предназначено для запирания крышки автоклава. Оно состоит из двух полуколец, соединяемых болтами в диаметральной плоскости.

К механизму поворота относятся два гидроцилиндра, смонтированных на кроншнтейнах, закрепленных на корпусе автоклава. Крышка запирается путем поворота байонетного кольца с помощью двух гидроцилиндров, при этом зуб (выступ) кольца заходит за выступ фланца крышки, образуя тем самым замок.

Автоклав имеет сигнально-блокировочное устройство, обеспечивающее невозможность пуска пара в автоклав при не полностью закрытой крышке, а также невозможность поворота байонетного кольца при наличии давления в автоклаве. Для контроля за полнотой закрытия крышки на корпусе автоклава смонтирован конечный выключатель, на который воздействует упор, установленный на байонетном кольце.

Электрическая схема настроена так, что исполнительный орган для пуска пара в автоклаве не срабатывает до тех пор, пока не будет включен конечный выключатель. Поворот байонетного кольца при наличии давления в автоклаве предотвращается двумя электроконтактными манометрами – грубым (со шкалой 0…2, 5 МПа) и точным (со шкалой 0…0, 16 МПа), обеспечивающими минимальное остаточное давление в автоклаве. Для отключения точного манометра от грубого имеется электромагнитный вентиль.

Автоклав снабжен сигнализатором уровня конденсата, контрольным вентилем, сигнализирующим об отсутствии пара в автоклаве, а также предохранительным клапаном, контактным манометром, и мановакуумметром.

Автоклав работает следующим образом. После загрузки автоклава составом запарочных вагонеток включается гидропривод и механизм подъема крышек. После полного закрытия крышки специальный конечный выключатель дает разрешение на поворот байонетного кольца. В конце поворота кольца срабатывает конечный выключатель, сблокированный с программным регулятором запарки (ПРЗ). В соответствии с предусмотренной программой происходит весь процесс запарки, по окончании которого автоматически выпускается пар и конденсат.

Система блокировки такая, что крышка открывается только при отсутствии внутри автоклава избыточного давления, а также конденсата. При сбросе давления срабатывает точный электрический манометр, дающий первое разрешение на поворот байонетного кольца, второе разрешение поступает от сигнализатора уровня конденсата, третье – при ручном открытии контрольного крана. Последнее разрешение дает конечный выключатель, срабатывающий при условии, если крышка автоклава полностью закрыта. Для этого крышку перед ее открытием поджимают [2].

3. Физико-химические и физические процессы, возникающие в изделиях при тепловой обработке

Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя.

По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); разлагающиеся с выделением газа (пергидроль Н₂0₂); взаимодействующие между собой и выделяющие газ в результате обменных реакций (например, молотый известняк и соляная кислота).

Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, она, реагируя с гидратом окиси кальция, выделяет водород по реакции

ЗСа (ОН)₂ + 2Аl + 6Н₂0 = ЗН₂^ + ЗСаО • Аl₂О₃ • 6Н₂О

Согласно уравнению химической реакции 1 кг алюминиевой пудры выделит в нормальных условиях 1, 245 м³ водорода. При повышении температуры объем газа возрастет и, например, при 40°С составит 1, 425 м³. На практике расходуется большее количество алюминиевой пудры, так как она содержит менее 100% активного алюминия и, кроме того, часть газа теряется в процессе перемешивания и вспучивания раствора.

При автоклавной обработке, кроме физико-химических процессов, имеют место физические процессы, процессы, связанные с температурными и влажностными градиентами, определяемые термодинамическими свойствами водяного пара и изменениями физических характеристик в сырьевой смеси, а затем и в образовавшемся искусственном камне. Следует подчеркнуть, если процесс новообразований контролируется температурным режимом и составом среды (водяной пар, парогазовая смесь), то на физические процессы не в меньшей степени влияет изменение давления в автоклаве.

Первый этап начинается с момента наполнения автоклава паром до заданного максимального давления и температуры не только в автоклаве, но и в изделиях.

Второй этап начинается после уравновешивания температур в автоклаве и изделиях и заканчивается в момент начала снижения давления.

Третий этап начинается с момента прекращения впуска пара и заканчивается извлечением изделий из автоклава.

С учетом термодинамических свойств водяного пара и экспериментальных данных были предложены следующие пять этапов:

Первый этап (запаривания) – от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры, равной 100˚ С. На этой стадии пар, как очень эффективный теплоноситель, отдает тепло. При этом, чем выше давление пара, тем выше его теплосодержание и тем, следовательно, более эффективна отдача тепла.

Впуск пара является сложным и ответственным моментом автоклавизации. Обладая большей теплопроводностью, стенки автоклава, вагонетки и другие металлические предметы раньше, чем автоклавизируемые изделия, достигают температуры 100˚ С. Поэтому даже температура поверхности изделия в этот период значительно ниже не только температуры поступающего в автоклав водяного пара, но и образовавшегося конденсата.

Теплообмен осуществляется за счет конденсации водяных паров на поверхности изделия. На этой стадии (до 100˚ С) наблюдается во всех случаях максимальный температурный перепад как между средой и поверхностью образца, так и между поверхностью и центром образца, достигающий 30…50˚ С. В зависимости от конфигурации, размера и теплопроводности температурный перепад и связанные с этим напряжения могут вызвать разрушение изделий.

Второй этап начинается с температуры больше 100˚ С, т. е. начала подъема давления, и продолжается до момента достижения максимального давления в автоклаве. В этот период наблюдается повышение не только температуры, но и давления пара. Этим второй этап существенно отличается от первого.

С повышением давления ускоряется процесс теплообмена, пар под давлением проникает в поры изделия и там конденсируется, что способствует нагреву по всему сечению образца. На этой стадии, перепад температуры между поверхностью и центром сокращается до 3…5˚ С, что уже не может вызвать разрушающих температурных напряжений. Тем более что к этому времени образец приобрел некоторую прочность.

Третий этап – выдержка изделий при постоянном давлении и температуре.

Температура по сечениям образца выравнивается примерно через 30…60 мин от начала выдержки. Было замечено, что при высоких давлениях (1, 6…2 МПа) даже небольшие колебания температуры среды (5…7˚ С) отражаются на температуре не только поверхности, но и центра изделий.

Продолжительность изотермической выдержки определяется требованиями, предъявляемыми к качеству изделия, а также в зависимости от величины давления. Длительность третьей стадии должна изменяться (чем выше давление, тем короче режим автоклавизации); в ряде случаев третья стадия может отсутствовать.

Четвертый этап обработки начинается с момента снижения давления. В теплофизическом отношении он характеризуется тем, что изделие имеет более высокую температуру, чем среда, поэтому в порах, заполненных конденсатом, происходит бурное парообразование, что может вызвать разрушение.

На четвертом этапе автоклавной обработки с момента выпуска пара до температуры 100˚ С не наблюдается больших перепадов температуры, которые могли бы вызвать появление опасных температурных напряжений в материале. Однако именно на этой стадии наиболее вероятно появление трещин за счет большего давления внутри образца и связанного с этим бурного парообразования.

Происходит как бы самовзрывание образца. Вначале снижение давления в автоклаве необходимо проводить как можно медленнее, не допуская резких сбросов пара.

Пятый этапусловно ограничивается температурой от 100˚ С, до 18…20˚ С, т. е. это период окончательного остывания изделий либо в автоклаве, либо после выгрузки их из автоклава.

Температурный перепад «изделие – среда» на пятой стадии достигает 30…40˚ С. Повышенная скорость остывания при этом может вызвать появление микротрещин, что влияет на механическую прочность. Поэтому и этот период следует считать опасным в отношении целостности и механических свойств изделия.

Обычно влиянию температурных напряжений при подъеме давления придается излишне большое значение, так как не учитываются факторы, снижающие эти напряжения: конденсацию пара, которая происходит вследствие того, что при подъеме давления температура образцов ниже температуры пара в автоклаве, и экзотермические реакции гидратации, которые приводят к более быстрому разогреванию внутренних слоев образца.

При спуске давления пара температурные напряжения возникают в основном за счет разности температур в автоклаве и в образце. Вследствие тепловой инерции образец оказывается перегретым по отношению к температуре автоклава. Это приводит к интенсивному парообразованию в образце, что создает дополнительные напряжения, особенно на его поверхности [3].

Расчет автоклава

12 3 4 5 Следующая ⇒