Методическая разработка по МДК 02.02 Кассетная установка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГПОУ «АМВРОСИЕВСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению курсового проекта

Тема:

«КАССЕТНАЯ УСТАНОВКА»

Междисциплинарный курс МДК. 02.02.01 «Теплотехническое оборудование предприятий».

Профессиональный модуль ПМ.02 «Эксплуатация теплотехнического оборудования производства неметаллических строительных изделий и конструкций».

Специальность: 08.02.03 Производство неметаллических строительных изделий и конструкций

2016

Методические рекомендации для выполнения курсового проекта по МДК.02.02.01. «Теплотехническое оборудование предприятий».

Подготовила Нусенкис Т.И. – специалист высшей квалификационной категории, преподаватель ГПОУ «Амвросиевский индустриально-экономический колледж» – 2016

Методические рекомендации знакомят студентов с методикой выполнения курсового проекта по МДК.02.02.01. «Теплотехническое оборудование предприятий» профессионального модуля ПМ.02 «Эксплуатация теплотехнического оборудования производства неметаллических строительных изделий и конструкций».

Для студентов дисциплин профессионального цикла специальности 08.02.03Производство неметаллических строительных изделий и конструкций

Рецензенты:

Талалаева Тамара Васильевна, специалист высшей квалификационной категории, преподаватель профессиональных дисциплин, ГПОУ «Амвросиевский индустриально-экономический колледж»

Рассмотрена и одобрена на заседании цикловой комиссии профессиональных технологических дисциплин

Протокол № ___от ________.2016г.

Заведующая дневным отделением_________ В.В. Хань

РЕЦЕНЗИЯ

на методические рекомендации по выполнению курсового проекта

на тему: «Кассетная установка»

 по МДК.02.02.01. «Теплотехническое оборудование предприятий»,

специальность: 08.02.03Производство неметаллических строительных изделий и конструкций (составлена преподавателем высшей квалификационной категории Нусенкис Т.И.)

В методических рекомендациях показана методика выполнения курсового проекта на тему: «Кассетная установка». Методические рекомендации предназначены для оказания помощи студентам при выполнении курсового проекта по данной дисциплине и помогают овладеть знаниями о конструкции, работе и технико-экономических характеристиках теплотехнического оборудования. Значительное внимание уделяется выбору теплового режима, мероприятиям, направленым на экономию топливно-энергетических ресурсов, технике безопасности при эксплуатации оборудования, методике проведения конструктивного и теплового расчетов.

Предоставленые методические рекомендации носять практический характер и соответствуют  современному состоянию науки и техники, передовым технологиям предприятий отрасли.

Методические рекомендации по дисциплине «Теплотехническое оборудование предприятий» предусматривают овладение студентами основ культуры работы с различными типами учебных материалов (видеоматериалами, учебниками, справочниками и т. д.).

Методические рекомендации выполнены на высоком методическом и практическом уровне и, таким образом, могут быть использованы преподавателями специальности 08.02.03 «Производство неметаллических строительных изделий и конструкций».

Рецензент	Т. В. Талалаева – специалист высшей квалификационной категории, преподаватель профессиональных технологических дисциплин, ГПОУ «Амвросиевский индустриально-экономический колледж».
Подпись преподавателя Талалаевой Т.В. подтверждаю ст. инспектор ОК.		Н.А. Семенченко

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курсовое проектирование - это самостоятельная работа студента, которая выполняется по индивидуальному заданию. В процессе работы над курсовым проектом формируются и закрепляются навыки выполнения расчетов,  проектирования, работы с нормативной, справочной,  технической литературой.

В состав курсового проекта входят расчетно-пояснительная и графическая части. Пояснительная записка должна быть выполнена  в соответствии с требованиями ЕСКД: быть написана на одной стороне листа формата А4 черной пастой чертежным  шрифтом, ориентировочный объём пояснительной записки – 20-25 страниц.

Графическая часть выполняется на листе формата А1 и представляет собой общий вид тепловой установки. Вместо чертежа  может быть представлен макет проектируемой установки.

Типовые ошибки студентов при выполнении курсового проекта:

- неверный выбор теплового режима установки и параметров работы;

- не полно приводится конструкция и работа установки и не составляется ее техническая характеристика;

- ошибки в определении конструктивных размеров установки;

- ошибки в математических расчетах;

- несоблюдение принятого масштаба при выполнении графической части;

- отклонение при оформлении пояснительной записки от требований  ЕСКД.

Пояснительная записка должна вмещать такие разделы:

1.     Введение

2.     Общая часть

3.     Технологическая часть

4.     Расчетная часть

5.     Техника безопасности.

После проверки и рецензирования курсового проекта руководителем проекта проводится защита курсовых проектов в присутствии комиссии.

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ	6
1.1   Мероприятия по экономии тепловой энергии на заводах железобетонных изделий	6
2 ОБЩАЯ ЧАСТЬ	8
2.1 Технико-экономическое обоснование выбора проектируемой  установки	8
2.2 Конструкция и работа проектируемой установки	8
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	8
3.1 Процессы, происходящие при тепловлажностной обработке	8
3.2 Выбор теплового режима тепловлажностной обработки	9
4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ	10
4.1 Конструктивный расчет установки	10
4.2 Материальный баланс  установки	11
4.3 Тепловой баланс установки	12
4.4 Расчет годового расхода пара и топлива	16
5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ	16
5.1 Техника безопасности при обслуживании проектируемой установки	16
5.2 Охрана окружающей среды	16
ЛИТЕРАТУРА	17

1 ВВЕДЕНИЕ

1.1 Мероприятия по экономии тепловой энергии на заводах железобетонных изделий /8, с. 83-92/

Необходимо раскрыть значение отрасли сборного железобетона, основные направления развития и пути экономии тепловой энергии.  При этом следует обратить внимание на следующие мероприятия по экономии тепловой энергии:

- замена тяжелого бетона ограждающих конструкций на легкий бетон;

- теплоизоляция поверхности пропарочных установок (автоклавов, кассетных установок) снижает потери тепла в окружающую среду на 20-50%;

- использование инжекторной системы в паропроводах установок, что дает до 15% экономии тепла и сокращает цикл ТВО на 15-25%;

- вентиляция камер после ТВО повышает коэффициент теплоотдачи при работе камер в 2-3 раза. При работе кассет перед началом ТВО паровые отсеки продувают паром;

- использование автоматического регулирования процесса ТВО дает 25% экономии тепла;

- использование в ямных камерах гидрозатворов;

- использование тепла охлаждающихся изделий для нагревания холодных   (блоки ямных камер, щелевые камеры);

- перепуск пара в автоклавах дает экономию тепла до 15-20%;

- если в кассетах в качестве теплоносителя использовать электрический ток, то продолжительность термообработки можно уменьшить на 15-20%;

- использование при изотермической выдержке температуры 50-60˚С вместо 80-90 ˚С хотя и увеличивает продолжительность пропарки, но дает снижение расхода тепловой энергии примерно в 2 раза;

- использование конденсата, имеющего после ТВО температуру 50-60 ˚С, для приготовления бетонной смеси;

- использование в кассетах вместо пара минеральных масел,  продуктов горения топлива. Используя минеральное масло с температурой до 150 ˚С можно уменьшить расход тепла в 2,5-3 раза, при этом ширина отсеков составляет 20-25 мм вместо 100 мм; газовый обогрев уменьшает расход тепла и топлива в 4-6 раз;

- в кассетной технологии применение двухстадийного способа термообработки, с использованием камеры дозревания, что увеличивает оборачиваемость кассет (2-3 раза за сутки), повышает качество изделий при расходе пара 95-100 кг/м³ бетона;

- использование добавок с целью экономии расхода цемента, снижение расхода цемента на 5-10% дает экономию 4-6 кг условного топлива;

- использование нетрадиционных ресурсов и безотходной технологии;

- использование портландцемента марок 400 и 500 при сокращенных режимах ТВО (10 часов и меньше) и шлакопортландцемента  марок 300 и 400 при более длительных режимах ТВО.

Студент должен для своей проектируемой установки предусмотреть конкретные мероприятия по экономии тепловой энергии.
2 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технико-экономическое обоснование выбора проектируемой установки

Студент должен обосновать выбор тепловой установки для выпускаемой продукции, обращая внимание на технологию изготовления заданного изделия (агрегатно-поточной, стендовой, конвейерной). Необходимо обратить внимание на преимущества и недостатки проектируемой установки.

2.2 Конструкция и работа проектируемой установки

Необходимо описать основные элементы проектируемой установки и их назначение, раскрыть принцип действия установки (использовать схемы, эскизы), составить техническую характеристику  установки.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Процессы, происходящие при тепловлажностной обработке /9,с.40-44/

Требуется отметить, что ТВО назначается для ускорения процессов твердения вяжущих, это дает возможность расширить ассортимент выпускаемой продукции, повысить ее качество и производительность цеха, использовать механизацию и автоматизацию процессов, получить экономию вяжущего.

Необходимо обратить внимание на то, что для выбранных режимов «пропарка» и «запарка» происходят такие химические процессы:

Гидросиликаты:

3CaO  ^. SiO₂ + (n+1) ^.H₂O = 2CaO ^. SiO₂ ^.  nH₂O + Ca(OH)₂

2CaO ^. SiO₂ + nH₂O + 2CaO ^. SiO₂  ^. nH₂O

Гидроалюминаты

3CaO ^. Al₂O₃ + 6H₂O = 3CaO ^.Al₂O₃ ^. 6H₂O

3CaO ^.Al₂O₃ ^. 6H₂O+3(CaSO₄ ^. 2H₂O)+19H₂O=3CaO ^.Al₂O₃ ^.3CaSO₄ ^.31H₂O

Алюмоферриты

4CaO ^.,Al₂O₃ ^. Fe₂O₃ + mH₂O=3CaO ^.Al₂O₃ ^.6H₂O + CaO ^.Fe₂O₃ ^. nH₂O

3.2 Выбор теплового режима тепловлажностной обработки /4с.49-53/

Выбор теплового режима установок ТВО зависит от следующих факторов:

- вид бетона;

-марка бетона;

- толщина слоя бетона в изделии;

- вид вяжущего;

- марка вяжущего;

- В/Ц

Режим ТВО принимается по /4 с.51-52 табл. 20/ ; /5 с. 107 табл. 6.6;6.7/

При толщине изделия 40  50 мм прогрев изделия составит 6,5  8,5 часов; 60  100мм  - 8  9 часов; 110  150мм – 9  10 часов.

При выборе теплового режима следует обратить внимание на правильный выбор теплоносителя и его параметров. Так при режиме ТВО «пропарка» в качестве теплоносителя принимают влажный или насыщенный пар (можно использовать электроток), давление Р  0,1 Мпа и температура изотермической выдержки 80-100⁰С.

В период охлаждения изделия теплоноситель не подается.

При выборе теплового режима для кассетной установки надо знать, что особенностью кассеты есть вертикальная формовка и ТВО в паровом отсеке кассеты. Давление 0,2 МПа и температура изотермической выдержки 95  100 ⁰С

Продолжительность одного оборота кассеты:

Т_о.к. = Т_n+ Т_ф+ Т_ц + Т_о,  часов

где Т_n- время для распалубки, очистки, смазки, укладки арматуры, сборки кассеты  (Т_n = 3 часа);

Т_ф -  формовка и уплотнение бетонной смеси (Т_ф = 1 час);

Т_ц – цикл тепловлажностной обработки,

Т_ц = τ_нагр + τ_{изот. в}+  τ_{охлаж., час}

Т_о – другие операции, Т_о = 0,5 часов.

4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Конструктивный расчет установки

Конструктивный расчет кассетной установки включает в себя выбор типа кассеты, определение ее размеров, определение количества кассет для выполнения заданной программы и расчет основных технических характеристик кассетной установки.

Для выполнения расчета необходимо знать номенклатуру выпускаемых изделий, годовую программу цеха и оборачиваемость кассеты.

Режим работы цеха выбирается в зависимости от требований нормативов:

- количество рабочих суток за год Д_р= 260 сут.;

- количество рабочих смен за сутки - 2 или 3;

- продолжительность смены - 8 часов;

- годовой коэффициент использования основного оборудования n_и=0,92-0,95.

Тогда годовой фонд рабочего времени при 2-х сменной работе цеха

Д_р^' = 260* n_и*16, час.

Часовая производительность цеха в м³ определяется по формуле:

П_ч= П / Д_р, м³/час

где П – годовая программа цеха, м³/год.

Или (в штуках) П_ч^'= П_ч / v_б^', шт./час.

где v_б^'- объем бетона в одном изделии, м³.

В зависимости от номенклатуры изделий и годовой производительности цеха выбирают тип кассетной установки (5,с.104, табл.6.2), составляется техническая характеристика кассеты, определяется объем формующего отсека с толщиной разделительной стенки 12-24 мм.

l_ф.от.= l_из. + S_р.с., м;

b_ф.от.= b_из. + S_р.с., м;

h_ф.от.= h _из. + S_р.с., м;

где l_из, b_из, h _из. – размеры изделия, м;

S_р.с.- толщина разделительной стенки, м.

v_ф.от.= l_ф.от* b_ф.от* h_ф.от, м³.

Тогда коэффициент загрузки определяется по формуле:

К_з= v_из* n_т.о./ (v_ф.от*n)

где v_из- объем одного изделия, v_из= l_из* b_из* h _из, м³;

n_т.о- количество изделий в кассете, шт.;

n – количество отсеков, шт.

Коэффициент оборачиваемости кассеты за сутки

К_об.= 24 / Т_о.к.

 Определяем годовую производительность кассеты:

П_г. ^'= Д_р* К_об* n * v_из* К_з, м³.

Количество кассетных установок, необходимое для выполнения годовой программы:

N = П / П_г. ^', шт.

4.2 Материальный баланс  установки

Материальный баланс составляется за цикл работы установки.

Приход материалов, кг/цикл:

Цемент Ц = V_б * М_ц^'

где М_ц^' - расход цемента на 1 м³ бетона, кг

V_б- объем бетона в установке, V_б= v_б^'* n_т.о., м³.

Бетон М_б = V_б* ρ_б, кг

где ρ_б - плотность бетона, кг/м³.

Арматура А = А^' * n_т.о., кг

где А^' - расход арматуры на одно изделие, кг.

Металл кассетной установки М_к (5,с.104, табл.6.2)

Вода В = V_б* В^', кг

где В^' - расход воды на 1 м³ бетона, кг.

Определяем сумму прихода материалов:

G_пр.= Ц + М_б + А + М_к + В, кг/цикл.

Расход материалов, кг/цикл:

Количество выпаренной воды W = 0,01 * М_б, кг

Масса воды, оставшейся в изделиях М_в = В – W, кг.

Масса остальных материалов на протяжении всего цикла тепловлажностной обработки не меняется. Тогда сумма расхода материалов определяется по формуле:

G_рас.= Ц + М_б + А + М_к + W + М_в,  кг/цикл.

4.3 Тепловой баланс установки

Теплотехнический расчет и составление теплового баланса установки дает возможность определить расход теплоносителя  на ТВО. Расчет ведется на 1 цикл работы установки.

Приход тепла, кДж/цикл:

С паром Q₁= Q_п = Д_ц* i_п , кДж/цикл

где Д_ц – расход пара за цикл, кг;

i_п – удельная энтальпия пара, определяется по таблице водяного пара (5,с.138, прил.9)

i_п = i_х = i ^' + r * х, кДж/кг

где х – степень сухости пара;

r – теплота парообразования, кДж/кг (5,с.138, прил.9);

i ^' - энтальпия жидкости, кДж/кг (5,с.138, прил.9).

От экзотермических реакций твердения цемента

Q₂= Q_экз.ц. = q_экз.ц.* Ц, кДж/цикл

где q_экз.ц – тепло, выделенное при твердении 1 кг цемента

q_экз.ц = 0,0023 * q_{экз. 28} * (В/Ц)^0,44 * t_б.ср.* Ζ, кДж/кг

где q_{экз. 28} – тепловыделение 1 кг цемента после 28 суток твердения в зависимости от его марки, кДж/кг (5,с.111);

В/Ц – водоцементное отношение;

t_б.ср- средняя температура бетона, ºС

t_б.ср = (t_н + t_к) / 2, ºС;

Ζ – продолжительность термообработки,  Ζ = τ_нагр + τ_{изот. в} ,час.

Всего приход теплоты:

Q_пр. = Q₁+ Q₂ , кДж/цикл.

Расход и потери теплоты, кДж/цикл:

На нагрев сухой части бетона:

Q₁^׳ = М_б  * c_б  * ( T_к – T_н  ), кДж/цикл;

где М_б - масса сухой части бетона в камере , кг ;

c_б - удельная теплоемкость сухого бетона , кДж / ( кг. ºС ) ;

 T_к ,  T_н  - конечная и начальная температуры бетона , ºС .

На нагрев арматуры:

Q₂^׳ = А * c_ст  * ( T_к – T_н  ), кДж/цикл;

где А - масса арматуры во всех изделиях, кг ;

C_ст - удельная теплоемкость стали , кДж / ( кг. ºС ) ;

T_к,  T_н  - конечная и начальная температуры нагрева арматуры, ºС ;

На нагрев влаги  в бетоне:

Q₃^׳  = М_б * c_вл  * ( T_к  - T _н ) * W  / 100, кДж/цикл;

где W – конечная  влажность бетона, %;

М_б - масса бетона, кг;

c_вл - теплоемкость воды , кДж / ( кг. ºС ) ;

T_к, T _н - конечная и начальная температуры воды изделия, приблизительно равные соответствующим температурам бетона, ºС ;

На испарение части воды затворения:

Q₄^׳ = М_б * r  * ( W₁  - W₂   ) / 100, кДж/цикл;

где W₁,  W₂   - начальная и конечная абсолютные влажности бетона, %;

М_б - масса бетона , кг ;

r- теплота парообразования, кДж /кг;

На нагрев конструкции установки:

Q₅^׳ = М_к  * c_ст  * ( T_к^ср– T_н^ср  ), кДж/цикл;

где М_к - масса кассетной установки, кг ;

 C_ст - удельная теплоемкость стали, кДж / (кг. ºС);

 T_к^ср - средняя температура, до которой нагревается кассетная установка в период тепловой обработки,  T_к^ср= 104 ºС;

T_н^ср - средняя начальная температура кассеты, T_н^ср = 30ºС.

Потери теплоты в окружающую среду через боковые стенки паровых отсеков кассеты:

Q₆^׳ = α_сум* ( Т_ст^ср – Т_вн ) * F * Т_ц * 3,6 , кДж/цикл;

где α_сум- суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²* ºС);

Т_ст^ср - средняя температура внешней кассеты, Т_ст^ср = 40-60ºС;

 Т_вн- температура окружающего воздуха , Т_вн = 15-20 ºС;

Т_ц - продолжительность тепловлажностной обработки , ч .;

 F - площадь поверхности ограждения, м²;

           F = 2* L_к* В_к + 2* L_к* Н_к + 2* В_к* Н_к,

где L_к, В_к, Н_к – соответственно длина, ширина и высота кассеты, м.

Потери теплоты с конденсатом:

Q₇^׳ = Д_ц *   c_к * t_к, кДж/цикл;

где c_к и t_к - соответственно удельная теплоемкость и температура конденсата, кДж / ( кг. ºС ); ° С ;

Д_ц - расход пара , кг ;

Другие потери:

Q₈^׳ = 0,1* Q_пр, кДж/цикл;

Всего расход теплоты:

Q_расх= Q₁^׳ + Q₂^׳ + Q₃^׳ + Q₄ ^׳+ Q₅^׳ + Q₆^׳ + Q₇^׳ + Q₈^׳, кДж/цикл.

Уравнение теплового баланса:

Q_{пр .}=  Q_расх.

Решая уравнение теплового баланса, находят расход пара за цикл Д_ц.

После этого составляют таблицу теплового баланса и находят удельный расход пара

d = Д_ц / V_б, кг/м³;

где V_б - объем бетона в одной установке, м³.

Таблица 4.1 – Тепловой баланс установки

Приход тепла			Расход тепла
Статьи прихода	кДж/цикл	%	Статьи расхода	кДж/цикл	%
С паром, Q1			На нагрев бетона, Q1׳
От экзотермии твердения бетона, Q2			На нагрев арматуры, Q2׳
			На нагрев влаги в бетоне, Q3׳
			На испарение части воды, Q4 ׳
			На нагрев установки, Q5׳
			Потери в окружающую среду, Q6׳
			Потери с конденсатом, Q7׳
Невязка	Н		Другие потери, Q8׳
Qпр			Qрасх

Н = Q_расх- Q_пр, кДж/цикл

%Н = (Q_расх- Q_пр)*100/ Q_расх, %

Допускается процент невязки до 1%.

      4.4 Расчет годового расхода пара и топлива

Удельный расход нормального пара:

d_н = d * i_п / i_п^'', кг/м³

где i_п – энтальпия принятого пара, кДж/кг;

i_п^'' - энтальпия нормального пара, i_п^'' = 2676 кДж/кг.

Часовой расход нормального пара:

Д_ч = П_ч * d_н, кг/час.

Годовой расход нормального пара:

Д_г = П_г * d_н, кг/год.

Часовой расход тепла:

Q_ч = Д_ч* i_п^'' кДж/час.

Годовой расход тепла:

Q_г = Д_г* i_п^''' кДж/год.

Часовой расход условного топлива:

В_ч = Q_ч / (Q_н^р * η), кг/час

где Q_н^р – теплота сгорания условного топлива, Q_н^р = 29300 кДж/кг;

η – коэффициент полезного действия котла, η = 0,8.

Годовой расход условного топлива:

В_г = Q_г / (Q_н^р * η), кг/год.

5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

      5.1 Техника безопасности при обслуживании проектируемой установки /9, с.135-136; 10, с. 236 - 238/

         Указываются основные правила техники безопасности, которые необходимо соблюдать при обслуживании проектируемой установки.

      5.2 Охрана окружающей среды /10, с.238 - 240/

         Описываются основные мероприятия, предусмотренные для охраны окружающей среды.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Кучеренко А.А. Тепловые установки заводов сборного железобетона. К.: Высшая школа, 1977.

2.     Марьямов Н.Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона. М.: Стройиздат, 1970.

3.     Никифорова Н.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1981.

4.     Никифорова Н.М. Основы проектирования тепловых установок. М.: Высшая школа, 1974.

5.     Павлов В.Ф., Павлов С.В. Основы проектирования тепловых установок. М.: Высшая школа, 1986.

6.     Горяйнов К.Э. Проектирование заводов железобетонных изделий. М.: Высшая школа, 1970.

7.     Проектирование предприятий по производству сборного железобетона. ДБНА 3.1-8-96.

8.     Засыкин А.В. Экономия тепловой энергии на предприятиях сборного железобетона. К.: Строитель, 1983.

9.     Кокшарев В.Н., Кучеренко А.А. Тепловые установки. К.: Высшая школа, 1990.

10.  Попов Л.Н. Основы технологического проектирования заводов железобетонных изделий. М.: Высшая школа, 1988.