Проект туннельной сушильной установки для сушки кирпича 45 млн. штук в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и науки РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

«Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ФГБОУ ВО «ВСГУТУ»)

Кафедра «Производство строительных материалов и изделий »

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине: «Процессы и аппараты технологии строительных материалов и изделий» на тему:

«Проект туннельной сушильной установки для сушки кирпича 45 млн. штук в год»

Выполнила: Логинова А.Б

группы Б 335-51

Проверила: Андреева Н.Ю

Улан-Удэ, 2017 г.



Содержание

Введение

1. Общие данные и обоснование выбора

1.1 Периоды сушки

1.2 Сушка в туннельных сушилках

1.3 Особенности сушки в туннельных сушилках

1.4 Требования, предъявляемые к сушилкам

2. Обжиг керамических изделий

2.1 Процессы, происходящие при обжиге изделий из легкоплавких глин

3. Расчет туннельной сушилки

4. Техника безопасности и защита окружающей среды

Заключение

Список используемой литературы



Введение

сушка туннельный керамический обжиг

Кирпич и керамические камни, изготовленные пластическим прессованием, содержат влагу, которая должна быть удалена, чтобы придать им механическую прочность и подготовить к обжигу.

Большое распространение для сушки керамических изделий массового производства получили туннельные сушилки. Их применяют большей частью для сушки изделий пластического способа формования, они работают непрерывно с соблюдением определенного ритма загрузки в туннель сырых изделий и выгрузки высушенных. Полочные вагонетки с изделиями передвигают вдоль туннеля по наземным или подвесным (монорельсовым) путям с помощью толкателя.

Туннельные сушилки, как и камерные, обычно объединяют в блоки с одним фронтом загрузки и выгрузки вагонеток. Длина одного туннеля составляет 24-38 м, ширина 1,1 -1,6 м, высота от головки рельсов 1,65-1,75 м. Поперечные размеры туннеля для каждого изделия уточняют по размерам принятой вагонетки и виду транспорта с учетом зазора между стенками сушилки и вагонеткой в 30-40 мм. Длина туннеля должна быть кратна длине вагонетки. С торцевых сторон туннеля имеются двухстворчатые на всю ширину туннеля двери, для монорельсовых сушилок-подвесные, опускающиеся вниз в приямок.

Важное значение для всех сушильных установок подобной конструкции имеет циркуляция воздуха. Наиболее рациональная работа соответствует принципу противотока с оптимальной скоростью пропускания теплоносителя не меньше 2-3 м/с.

Условия сушки кирпича должны быть такими, при которых образующийся в ней перепад влажности не превышал бы критического значения. Скорость внутренней диффузии зависит от влагопроводности 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.



1. Общие данные и обоснование выбора

1.1 Периоды сушки

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 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.

1.2 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.

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.

1.3 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.

1.4 Требования, предъявляемые к сушилкам

Сушка изделий производится в специальных устройствах - сушилках. Сушилка должна обеспечивать максимальную скорость сушки материала при соблюдении его высокого качества, минимальный расход тепла и электроэнергии на 1 кг испаряемой влаги, равномерность сушки по всему объему сушилки; должна обладать большей напряженностью объема по влаге (количеством испаряемой влаги на 1 м3 объема сушилки), легкостью регулирования параметров сушильного агента; должна быть оснащена механизмами для загрузки, выгрузки и перемещения материала; должна быть снабжена приборами теплового контроля (КИП) и автоматикой и удовлетворять санитарным нормам.

Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам, является равномерность сушки изделий по всему объему сушильного пространства. Степень неравномерности высушенных изделий, расположенных в различных местах сушильной камеры (камерные сушилки) или вагонетки (туннельные сушилки), и определяется коэффициентом неравномерности сушки, который выражает отношение конечных влажностей двух (или нескольких) высушенных изделий, расположенных в различных местах сушилки или вагонетки: изделий с наибольшей конечной влажностью к изделиям с наименьшей влажностью; при этом начальная влажность этих изделий принимается одинаково.



2. Обжиг керамических изделий

2.1 Процессы, происходящие при обжиге изделий из легкоплавких глин

На поведение керамических изделий в процессе обжига влияют термические свойства глин, из которых они изготовлены.

Главнейшими термическими свойствами легкоплавких глин являются огнеупорность, огневая усадка, интервал спекания, интервал обжига, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и прочность в горячем состоянии.

При обжиге легкоплавких глин имеют место физико-химические процессы, связанные с фазовыми превращениями, разложением, частичным плавлением, кристаллизацией новообразований и реакциями в твердой фазе.

Указанные процессы происходят в глинообразующих минералах, примесях и добавках и по времени могут накладываться друг на друга.

Таблица 2.1 Процессы, происходящие в отдельных температурных интервалах обжига

Температурные интервалы в 0С	Превалирующие процессы в данном температурном интервале
До 150	Удаление физически связанной адсорбированной влаги и межплоскостной влаги монтмориллонитовых минералов
131-224	Разложение гидрогематита с выделением воды цеолитного типа
140-180	Интенсивное вскипание остаточной влаги в сырце при быстром его нагреве. Понижение прочности сырца с возможностью возникновения трещин, сопровождающихся «хлопками» в печах
200-400	Выгорание гумусовых веществ
400-550	Пирогенетическое разложение органических примесей и добавок с выделением горючих веществ
450-550	Наиболее интенсивное удаление конституционной воды монтмориллонитовых минералов
500-700	Начало образования эвтектических силикатных расплавов, сопровождающееся уплотнением и упрочнением черепка
570-750	Распад магниевых карбонатов с выделением углекислого газа
573	Переход ? -кварца в в-кварц с увеличением в объеме на 0,82%
600-1200	Реакция между известью и каолинитом с образованием CaOAl2O3 и 2CaOSiO2
700-800	Реакция в твердой фазе между SiO2, Al2O3 и СаСО3
700-900	Выгорание коксового остатка органических примесей и добавок
800-860	Разрушение кристаллической решетки монтмориллонита
800-1000	Интенсивное разложение кальциевых карбонатов с выделением углекислого газа. При большом содержании карбонатных примесей - заметное повышение пористости черепка с возрастанием температуры обжига
800-900	Кристаллизация гематита Fe2O3
800-1050	Интенсивная усадка и уплотнение черепка за счет накопления жидкой фазы эвтектических силикатных расплавов
950-1000	Кристаллизация шпинели MgOAl2O3
950-1050	Начало интенсивного образования муллита
950-1100	Расплавление пылевидных зерен полевого шпата
1000	Переход ?-кварца в в -кристобалит с увеличением в объеме на 15,4%
1050-850	Охлаждение Увеличение вязкости при сохранении пиропластичного состояния черепка
850-750	Переход из пиропластичного состояния в твердое (хрупкое). Резкие структурные изменения. Возникновение максимальных напряжений с возможностью образования трещин
675	Переход -2СаОSiO2 с увеличением в объеме на 10%
573	Переход ?-кварца в в-кварц с увеличением в объеме на 0,82%
270-180	Переход ?-кристобалита в в-кристобалит с уменьшением в объеме на 2,8%



3. Расчет туннельной сушилки

Задание: рассчитать туннельную сушилку для сушки кирпича.

Исходные данные:

Производительность сушилки Gвыс = 1500

Габаритные размеры H*B*L = 1,55*1,05*32,1 м

Влажность материала:

начальная н = 20%

конечная к = 6%

Объемная масса материала в абсолютно сухом состоянии =1800 кг/

Толщина кирпичных изделий =0,25 м

Температура сушильного агента:

при входе в сушилку сушилку =65;

при выходе из сушилки =35.

Топливо - природный газ

Параметры атмосферного воздуха: tвоз = 17; =70%.

Барометрическое давление В = 760 мм.рт.ст.

Температура кирпича:

начальная м = 65;

конечная м = 35.

Решение:

Годовой фонд рабочего времени:

350*24=8400ч

где: 350- число рабочих дней в году ,24-число рабочих часов в день

Производительность по массе

45 млн. штук в год

3,5 кг - масса одного кирпича

3,5*45000000=157500000 кг/ год=157500 т/ год

Размеры кирпича: 250*120*88

Производительность сушилки:

год

Для определения часовой производительности сушилки принимаем:

количество рабочих дней в году - 350;

брак при сушке - 5%.

Тогда часовая производительность будет равна:

час.,

где - коэффициент, учитывающий брак изделий при сушке.

С учетом объемной массы =1800 кг/ и толщины =0,25 м часовая производительность сушилки по абсолютно сухому материалу составит

= 169,2*0,25*1800 = 76140 кг/час

по высушенному ( к = 6%)

по влажному (н = 20%)

Количество влаги, удаляемой при сушке:

W=Gвыс* кг/час

Параметры атмосферного воздуха:

В = 760 мм рт.ст = 760*133,322 = 101300 Па;

Рнас =

Рn = ;

Хв = 0,622* кг/кг с.в.;

Iв = 17+8,79(2,493+0,00197*17) = 39,21 кДж/кг с.в.

Определяем теплосодержание продуктов горения природного газа и принимая nт = 0,9; = 1,2.

Ir = кДж/кг с.г.;

г/кг с.г.

кг/кг с.г.

Сушильный агент с заданной начальной температурой сушилку =65 получаем смешением воздуха (В) и продуктов горения природного газа (Г).

По формуле

= кг с.в./кг с.г

Теплосодержание и влагосодержание смеси находится по формуле:

, откуда кДж/кг с.в.

, откуда кДж/кг с.в.

или

кг/кг с.в.



Известны параметры:

/кг с.н., по формуле

I=t+d*(2.493+0.00197t) кДж/кг с.в.

имеем

96,6=35+*(2,493+0,00197*35)

откуда

г.кг с.к, или кг/кг с.к

Расход сухого сушильного агента при теоретической сушке

кг с.н./час.

Для расчета действительного процесса сушки определяем расход тепла в сушилке на нагрев материала, транспортирующих устройств и потери в окружающую среду.

а) Расход тепла на нагрев материала.

=81012,9*1,12*(55-30)=2268361,2 кДж/кг*град.

Теплоемкость материала при относительной влажности

кДж/кг*град

б) Расход тепла на нагрев транспортирующих устройств:

Теплоемкость стали кДж/кг*град.

Учитывая часовой вес металла вагонеток и принимая во внимание начальную температуру вагонеток , а конечную определяем расход тепла на нагрев транспортирующих устройств

кДж/час.

Коэффициент теплоотдачи от ограждающих конструкций в окружающую среду определяем по формуле:

+

+ Вт/

+ Вт/

Производительность сушилки:

год

Площадь кирпича:

S=0,25*0,12=0,03

т/час

Количество вагонеток:

k=

Длина сушилки:

L=k*l+(0.5 … 0.6)=20*1.580+0.5=32.1 м

Ширина туннеля:

В=b+2 ( 50 … 100)=850+2*100 = 1050 мм

Высота туннеля:

Н=h+100=1450+100=1550 мм

Теплоотдающие поверхности стен и потолка:

Потери тепла через стены:

кДж/час

кДж/час

Потери тепла через пол условно принимаем равным потерям через потолок:

,

тогда суммарная потеря тепла в окружающую среду составит:

кДж/час

Общие потери числа в сушилке:

кДж/час.



Потери теплосодержания сушильного агента:

кДж/час.

Находим параметры сушильного агента в конце К действительного процесса сушки, определяемой пересечением прямой с линией заданного параметра конца сушки .

кДж/кг с..

кг/кг с..

кг/с.н.

кг/кг с.н.

.

По формуле определяем:

= кг с./ кг с.н.

Теплосодержание и влагосодержание в смеси находим по формуле:

откуда кДж/кг с.к.

откуда кг/кг с.к.

Действительный расход теплоносителя на сушку:

кг/час.

или на 1 кг испаряемой влаги

кг/кг влаги.

Определяемый расход тепла на сушку:

Q=( кДж/час.

или на 1 кг удаляемой влаги

кДж/кг влаги.

Расход тепла в топке равен

кДж/час.

Расход природного газа при его теплопроводности кДж/н составляет

В= н /час.



4. 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.



Заключение

В процессе выполнения данной курсовой работы производился теплотехнический расчет оборудования в технологии строительных материалов.

По сравнению с конвейерной сушилкой, туннельная сушилка хуже транспортирует изделия от места формовки к сушилам, а от последних к печам, а так же позволяет осуществить в отдельных случаях без перегрузочную подачу высушенного сырца в конвейерную печь для обжига, что нельзя сделать на туннельном сушиле.



Список используемой литературы

1. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии».- М: 1971.

2. И.С.Кашкаев, Е.Ш.Шейнман «Производство глиняного кирпича»

3. В.В. Перегудов «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий»

4. Ю.С. Буров «Технология строительных материалов и изделий»

5. Г.С. Бурлаков «Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей»

6. Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.М. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов. - М: Стройиздат, 1975

7. Шмитько Е.И «Процессы и аппараты технологии строительных материалов и изделий : учебное пособие / Е.И. Шмитько. - СПб.: Проспект Науки, 2010. - 736 с.

8. А.Ж. Чимитов, Р.Р. Беппле Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Теплотехника и теплотехническое оборудование в технологии строительных материалов», 2013

9. http://srbu.ru/stroitelnye-materialy/209-vidy-kirpicha.htm

Размещено на Allbest.ru