Расчет температуры изделия по стадиям тепловой обработки

 

Расчет температуры проводится для определения максимально возможной скорости нагрева (или охлаждения) изделия, определения фактических температур изделия с учетом экзотермии вяжущего.

Расчет проводится с помощью критериальных уравнений нестационарного теплообмена для периодов подъема температуры и изотермической выдержки. Периоды представлены в таблице 1.

 

 

Таблица 1 – Режимы тепловой обработки

Продолжительность, ч.
Продувка	Подъем давления	Запаривание	Снижение давления	Весь цикл
-	2, 5		3, 5

 

- Период подъема температуры:

Критерий Био:

Bi =

B_x=

B_y=

B_z=

a_п - коэффициент теплоотдачи изделия в период нагрева; 40 Вт/м²*град

R_i - характерный размер изделия (для изделий прямоугольного сечения половина минимального размера). 1470/450/72

 

Критерий Фурье:

Fo =

F_x=

F_y=

F_z=

D_п - продолжительность подъема температуры, ч. D_п=2, 5 ч, по ОНТП 09-85.

По графикам находится безразмерная температура поверхности (q_п) и безразмерная температура центра изделия (q_ц):

q_п1=0, 22

q_п2=0, 19

q_п3=0, 12

 

q_п=0, 18

 

q_ц1=0, 95

q_ц2=0, 78

q_ц3=0, 28

 

q_ц=0, 64

Температура поверхности к концу стадии:

= t_(1-2)o – q_п× (t_(1-2)o – t₁)

t_(1-2)o=20+5/6*(191-65)=125

=125-0, 18*(125-65)=110, 2

где t_(1-2)o= t_ос + (t_из – t_ос) - средняя по времени температура среды за период.

Температура центра изделия в конце периода:

t_(1-2)ц= t_(1-2)o – q_ц × (t_(1-2)o – t₁)

t_(1-2)ц=125-0, 64*(125-65)=91, 6

Средняя температура изделия в конце периода:

t_(1-2)o = 0, 67 t_(1-2)ц + 0, 33 t_(1-2)п

t_(1-2)o=91, 6*0, 67+0, 33*110, 2=61, 37+36, 36=98

Фактическая средняя температура изделия:

t_(1-2)б = t_(1-2)=125

 

- Период запаривания:

Критерий Био:

Bi =

B_x=

B_y=

B_z=

Где - коэффициент теплоотдачи изделия за период. 40 Вт/м²

 

Критерий Фурье:

Fo =

F_x=

F_y=

F_z=

По графикам) находится безразмерная температура поверхности (q_п1) и безразмерная температура центра изделия (q _ц1):

q_п1=0, 22

q_п2=0, 11

q_п3=0, 03

 

q_п=0, 12

 

q_ц1=0, 95

q_ц2=0, 78

q_ц3=0, 01

 

q_ц=0, 58

 

Температура поверхности к концу периода:

t_2п = t_из – q_п1(t_из – t_(1-2)o)

t_2п=191-0, 12*(191-125)=183

Температура центра изделия в конце периода:

t_2ц = t_из – q_ц1(t_из – t_(1-2)o)

t_2ц=191-0, 58(191-125)=162, 7

Средняя температура изделия в конце периода:

t_2б = 0, 67× t_2ц + 0, 33× t_2п

t_2б=0, 67*162, 7+0, 33*183=109+60, 39=169, 39

Фактическая средняя температура изделия:

= t_2б

 

4.2.2 Тепловой баланс периода подъема температуры

Тепловой баланс рассчитывается по периодам работы тепловой установки. Единицей расчета служит кДж/период.

- Приход тепла:

 

- Теплосодержание сухой части бетонной смеси изделий, загружаемых в автоклав:

Q_1-1 = G_с × c_б × t_о

Q_1-1=6401*0, 82*20=104976, 4 кДж

где с_б - теплоемкость бетона, кДж/кг× град.

 

- Теплосодержание влаги, содержащейся в бетонной смеси

Q_1-2 = G_w c_w t_o

Q_1-2=3057*4, 21*20=2573994 кДж

где c_w - теплоемкость воды, кДж/кг× град

.

- Тепло материалов ограждений:

Q_1-3 = V_iогр r_iогр c_iогр t_iогр

где V_iогр - объем i-го материала в ограждении, м³;

r_iогр - плотность i-го материала, кг/м³;

c_iогр - удельная теплоемкость i-го материала, кДж/кг× град;

t_iогр - средняя температура i-го материала, С^о (определяется при расчете толщины стенок).

Объем i-того слоя материала ограждения можно определить, зная толщину каждого слоя материала ограждения (см. рис.2.):

 

Рис. 2 – Схема стенки

м³

м³

м³

 

Другие коэффициенты, входящие в уравнение имеют следующие значения:

кг/м³

250 кг/м³

кДж/кг× град

кДж/кг× град

Для определения средней температуры каждого слоя материалов ограждения воспользуемся формулами для расчета толщины теплоизоляции. Тепловой поток в начальный период определим по формуле:

, где

R – термическое сопротивление стенки автоклава.

Вт/м²× град

Температуры поверхностей слоев ограждения будут равны 20º С.

 

 

- Теплосодержание решеток запаривания:

Q_1-4 = G_рз c_рз t_о

Q_1-4=5640*0, 48*20=54144 кДж

С_рз - теплоемкость материала решеток запаривания, кДж/кг× град.

 

- Тепло вносимое теплоносителем

i_п – энтальпия (теплосодержание) пара при температуре подачи его в автоклав, то есть при t = 191°C;

– количество теплоносителя, подаваемое в период подъема температуры.

При t = 190°C – i = 2786, 18 кДж/кг

t = 195°C – i =2789, 72 кДж/кг

следовательно, при t = 191°C:

кДж/кг

 

- Тепло, вносимое вагонетками:

кДж

Q_1-6=4560*0, 48*20=43776кДж

 

- Сумма приходных статей:

Q_1п = Q_1-i

Q_ln=104976, 4+2573994+361626+54144+2786, 88G₁+43776=

3138572+2786G₁

 

- Расход тепла:

 

- На нагрев сухих материалов:

Q_2-1 = G_с c_б t_(1-2)б

Q_2-1=6401*0, 82*155, 3=815 142 кДж

 

- На нагрев воды в бетонной смеси:

Q_2-2 = G_wc_w t_(1-2)б

Q_2-2=3057*4, 19*155, 3=1989211 кДж

 

- На нагрев материалов ограждений:

Q_2-3 = V_iогрr_iогр c_iогр t_2iогр

Расчет производится при температуре внутри автоклава равной средней по времени за период °С.

Вт/м²× град

Вт/м²

Температуры поверхностей слоев ограждения будут следующими:

°С

°С

°С

°С

 

= 2 063 333 кДж

- Потери тепла в окружающую среду через боковую поверхность автоклава:

Q_2-4 = 3, 6 k F_нD_п(t_ст - t_ос)

где D_п - время подъема температуры, ч;

t_ст - температура внутренней поверхности автоклава;

– площадь наружной поверхности цилиндра автоклава.

k ­- коэффициент теплопередачи, Вт/м²× град:

k =

k=

где a₁ - коэффициент теплоотдачи от греющей среды к разделяющей стенке;

a₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/м³× град:

a₂=2.6 +5, 7×

a₂=2, 6* +

Q_2-4=3, 6*1, 25*219, 4*2, 5*(32, 19-20)=30 088 кДж

b_i - толщина слоев ограждения, м;

l_i ­- коэффициент теплопроводности слоев ограждающих конструкций, Вт/м× град;

t_ст - температура наружной поверхности, º С (должна находиться в интервале до 40^оС);

t_ос - температура окружающей среды, º С;

Е - степень черноты, E=0, 8 для стального листа.

 

- Потери тепла через торцевые поверхности:

Q_{2 - 5}= 3, 6kF_крD_п (t_(1-2)o- t_ос) × 2

где D_п - время подъема температуры, ч;

F_кр - площадь крышки, м²;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²× град:

k =

k=

Q_2-5­=3, 6*1, 35*8, 29*2, 5*2*(125-20)=21 116 кДж

a₁ - коэффициент теплоотдачи от пара к крышке, Вт/м² × град,

a₂= 2, 6a_к

b_i - толщина слоев крышки, м,

l_i - коэффициент теплопроводности слоев, Вт/м× град,

t_ст - температура наружной поверхности крышки, ^оС,

t_ос - температура окружающей среды, ^оС,

a_к - коэффициент теплоотдачи от крышки к окружающей среде, Вт/м² × град.

 

- Тепло, уносимое конденсатом

Q_2-6 = G_к c_к t_(1-2)о

где G_к = G₁ – G_св – G_пр

где G_пр - потери пара через неплотности установки в атмосферу 0, 01...0, 03 от общего расхода пара за период;

G_св - масса пара, заполняющего свободный объем камеры

G_св = r_п × (V_к – V_бк – V_ф)

r_п - плотность пара при средней температуре в автоклаве в период подъема давления (приложение 8); = 0, 28966 – удельный объем пара при t = 125°С.

G_св=3, 45*(100, 8-9, 14)=316кг

G_к=G₁-316-0, 01G₁=0, 99G₁-316кг

Q_2-6=(0, 99G₁-316)*125*4, 19=518, 5G₁-165 623 кДж

c_к - удельная теплоемкость конденсата, c_к = 4, 19 кДж/кг× град.

 

- Потери тепла с паром, уходящим через неплотности установки:

Q_2-7 = G_пр c_п t_(1-2)о

где c_п - удельная теплоемкость пара, кДж/кг× град.

, где

= 1, 518 – удельная объемная теплоемкость пара при t = 125°C.

кДж/кг× град

 

Q_2-7=0, 44*0, 01G₁*125=0, 55G₁

 

- Потери тепла на нагрев решеток запаривания

Q_2-8 = G_рзс_рзt_(1-2)0

Q_2-8=11280*0, 47*125=662700 кДж

-Тепло на нагрев вагонеток:

кДж

Сумма расходных статей:

Q_1р =

Q_1р=815142+1989211+2063333+30088+21116+518, 5G₁-165623+0, 55G₁+662700+267900=5683867+519G₁

Уравнение теплового баланса для периода подъема температуры:

Q_1п = Q_1р.

5683867+519G₁=3138572+2786G₁

G₁= кг

Решая данное уравнение определяется расход теплоносителя, поданного в автоклав в период подъема температуры – G₁.

- Среднечасовой расход теплоносителя:

G_1c =

G_1c= кг/ч

- Удельный расход пара за период подъема температуры:

кг/м³

Таблица 2 – Сводный баланс периода подъёма температуры

№ статьи	Наименование статьи и расчетная формула	Количество тепла по статье
Единица тепла, кДж.	Ед. тепла на ед. продукции, кДж/шт.	%
1-1	Теплосодержание сухой части смеси изделий, загружаемых в автоклав:		291, 5	1, 7
1-2	Теплосодержание влаги, содержащийся в бетонной смеси:			40, 9
1-3	Тепло материалов ограждений		1004, 5	5, 75

 

Окончание таблицы 2

1-4	Тепло решёток запаривания: Q1-4 = Gрз cрз tо		150, 4	0, 85
1-5	Тепло, вносимое теплоносителем:			50, 1
1-6	Тепло, вносимое вагонетками:		121, 6	0, 7
Итого в приходе:	6292324	17479	100
2-1	На нагрев сухих материалов:
2-2	На нагрев воды в бетонной смеси:
2-3	На нагрев материалов ограждения:		5731, 2
2-4	Потеря тепла в окружающую среду через стены автоклава:			0, 05
2-5	Потери тепла через крышку:			0, 03
2-6	Тепло уносимое конденсатом:		1156, 1	6, 71
2-7	Потери тепла с паром, уходящим через неплотности:		1, 7	0, 01
2-8	Потери тепла на нагрев решёток запаривания: Q2-8 = Gрзсрзt(1-2)0			10, 8
2-9	Тепло на нагрев вагонеток:			4, 4
Итого в расходе:	6266704	17407	100

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. M – масса порции изделия, кг.
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
3. АЛ для обработки корпусных деталей
4. Альтернативные методы обработки
5. Анализ заводского технологического процесса обработки детали
6. Анализ показателей качества и определение полиграфического исполнения изделия
7. Анализ показателей культуры торговли изделиями из ПВХ
8. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха, в ограждающей конструкции
9. Виды обработки металлов давлением. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла
10. Влияние расчетной температуры наружного воздуха на типоразмер кондиционера.
11. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
12. Влияние температуры на статические характеристики БТ