CHƯƠNG 1 I. Giới thiệu và phân loại thiết bị nhiệt: 1. Giới thiệu chung: * Như đã biết, vật liệu xây dựng rất đa dạng về chủng loại và tính chất, tương ứng với mỗi loại vật liệu xây dựng là một qui trình công nghệ sản xuất khác nhau (có những loại được sản xuất theo qui trình tương đối đơn giản và cũng có những loại được sản xuất theo một qui trình công nghệ rất phức tạp…) và điểm chung nhất trong qui trình sản xuất của phần lớn các loại vật liệu xây dựng đó là: chúng đều phải trải qua một công đoạn quan trọng gọi là công đoạn gia công nhiệt, công đoạn này có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng sản phẩm. * Loại thiết bị được sử dụng để thực hiện quá trình gia công nhiệt được gọi là thiết bị nhiệt, ví dụ như: lò nung, lò sấy, buồng đốt… * Nguồn cung cấp nhiệt cho các thiết bị nhiệt thực hiện quá trình gia công nhiệt thu được từ quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu như: gỗ, than đá, dầu mazut, khí thiên nhiên hay nhân tạo… Bên cạnh đó có thể tận dụng dòng khí thải hay dòng khí nóng ở vùng làm nguội có nhiệt độ cao của lò nung… 2.
Phân loại thiết bị: * Phân loại thiết bị dựa theo đặc điểm của quá trình sản xuất: - Thiết bị sấy. - Thiết bị nung. - Thiết bị dưỡng hộ (thiết bị gia công nhiệt ẩm). - Các thiết bị phụ trợ như: buồng đốt, kênh dẫn khí… * Phân loại thiết bị nhiệt theo chu trình làm việc: - Thiết bị nhiệt hoạt động liên tục.
- Thiết bị nhiệt hoạt động gián đoạn. 20 * Phân loại theo khoảng nhiệt độ: - Dưỡng hộ bê tông bằng hơi nước: từ 60 đến 200oC. - Sấy vật liệu: từ 80 đến 500oC. - Nung sản phẩm gốm: từ 900 đến 1400oC.
- Nung xi măng: từ 1400 đến 1500oC. - Nung thạch cao: từ 120 đến 200oC. * Trên thực tế thường dựa theo khoảng nhiệt độ để lựa chọn vật liệu bao che, chọn kết cấu để bảo đảm công nghệ và tuổi thọ của thiết bị nhiệt. Đồng thời tùy ở mức độ nhiệt mà tìm những biện pháp tương ứng để nâng cao hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt.
Các chỉ tiêu cơ bản của thiết bị nhiệt: 1. Mức tiêu thụ nhiệt riêng phần: kí hiệu q, đơn vị kCal/đơn vị sản phẩm và được tính theo công thức như sau: q = Q/G Trong đó: Q là nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình gia công nhiệt tạo ra sản phẩm (kCal, kJ). G là tổng lượng sản phẩm. Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần: kí hiệu b, đơn vị kg/đơn vị sản phẩm.
* Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần thực tế (kí hiệu btt) là lượng nhiên liệu thực tế đang dùng để gia công một đơn vị sản phẩm. btt = Q/(QlvttxG) Trong đó: Qlvtt là nhiệt trị thực tế ở trạng thái làm việc của nhiên liệu (kCal/kg) 21 * Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần qui về nhiên liệu chuẩn (kí hiệu bch) là lượng nhiên liệu chuẩn cần để gia công một đơn vị sản phẩm. bch = Q/(QlvchxG) = Q/(7000xG) Trong đó: Qlvch là nhiệt trị của nhiên liệu chuẩn (Q = 7000kCal/kg) * Lưu ý: riêng đối với thiết bị sấy thì G (tổng lượng sản phẩm) được thay bằng tổng lượng ẩm bốc hơi trong một đơn vị thời gian. Năng suất riêng phần: kí hiệu g, đơn vị - sản phẩm/m3(hay m2).tháng(hay năm) * Năng suất riêng phần cho một đơn vị thể tích V hay một đơn vị diện tích F của thiết bị trong một tháng, một năm được xác định theo công thức sau: g = G[số đvsf/tháng(hay năm)]/V(hay F) Trong đó: G là tổng lượng sản phẩm trong một tháng hay trong một năm.
* Lưu ý: chỉ tiêu này rất quan trọng vì nó phản ánh cách bố trí tối ưu, chặt chẽ và gọn gàng của thiết bị nhiệt. Hệ số hữu ích của thiết bị nhiệt: kí hiệu η, tính bằng phần trăm, có giá trị < 1. * Hệ số hữu ích của thiết bị nhiệt được xác định theo công thức sau: η = Qct/Qcc < 1 Trong đó: Qct là tổng nhiệt lượng cần thiết cho các phản ứng hóa học tiêu thụ nhiệt và đốt nóng sản phẩm (kể cả phản ứng làm bay hơi và đốt nóng lượng nước). Qcc là tổng lượng nhiệt cung cấp.
22 * Lưu ý: các thiết bị dưỡng hộ nhiệt ẩm ở áp suất thường không có hệ số hữu ích vì bản thân các phản ứng thủy hóa xi măng không cần cung cấp nhiệt. Kích thước hữu ích của thiết bị nhiệt: kí hiệu V(hay F), đơn vị m3(hay m2). * Kích thước hữu ích của tất cả các loại thiết bị nhiệt được xác định theo công thức sau: V(hay F) = (Gnxτck)/[24xnxax(1-p)] Trong đó: Gn là năng suất trong một năm tính theo chính phẩm. n là số ngày làm việc của thiết bị tính trong một năm.
a là mật độ xếp sản phẩm trong một đơn vị thể tích hay diện tích (tấn hay sản phẩm/m3 hay m2). p là tỷ lệ phế phẩm gia công (%). τck là chu kỳ gia công nhiệt (đối với lò liên tục lấy bằng thời gian gia công nhiệt, còn ở lò gián đoạn là chu kỳ vòng quay của lò) (giờ). * Lưu ý: trong các lò tuynel, sản phẩm thường được xếp trên các va gông.
Khi đó nếu a là mật độ xếp sản phẩm trên một va gông thì V (hay F) trong trường hợp này phải hiểu là tổng số va gông cần thiết phải có trong lò. Các chỉ tiêu cơ bản của nguyên vật liệu trong quá trình gia công nhiệt: * Nguyên vật liệu trong quá trình gia công nhiệt chịu sự biến đổi về lượng (chất) và sự biến đổi này có thể được xác định dựa vào sản phẩm cuối cùng (chính là thành phẩm ra lò). * Nếu vật liệu ban đầu ở trạng thái khô tuyệt đối có khối lượng là Gk và sản phẩm đã nung cuối cùng có khối lượng là Gcc thì chúng có mối liên hệ như sau: Gk = (Gccx100)/(100-MKN) 23 Trong đó: MKN là tổn thất khi nung. * Còn khi vật liệu ban đầu ở trạng thái ẩm với độ ẩm tương đối là W (%) thì khối lượng của nó kí hiệu là Gw được xác định như sau: Gw = (Gkx100)/(100-W) * Như vậy lượng hơi nước bốc hơi trong quá trình gia công nhiệt (Lw) sẽ bằng: Lw = G w – G k * Lưu ý: khi sử dụng các công thức này thì cần phân biệt rõ sự khác nhau giữa “tổn thất khi nung” và “phế phẩm khi nung”.
TÓM TẮT CHƯƠNG 1 Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu: I. Giới thiệu và phân loại thiết bị nhiệt II. Các chỉ tiêu cơ bản của thiết bị nhiệt III. Các chỉ tiêu cơ bản của nguyên vật liệu trong quá trình gia công nhiệt CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Câu hỏi 1: Công đoạn gia công nhiệt được hiểu như thế nào ? Hướng dẫn: ở công đoạn này vật liệu được gia công dưới tác dụng của nhiệt độ.
Tùy theo trị số của nhiệt độ gia công lớn hay nhỏ mà ta chia quá trình gia công nhiệt vật liệu thành hai khâu đó là: khâu sấy vật liệu và khâu nung vật liệu, hai khâu này được thực hiện nối tiếp nhau trong công đoạn gia công nhiệt…/. • Câu hỏi 2: Vậy quá trình gia công nhiệt vật liệu được thực hiện bằng cách nào ? 24 • Hướng dẫn: quá trình gia công nhiệt vật liệu được thực hiện trong các thiết bị nhiệt mà ta gọi là LÒ CÔNG NGHIỆP…/. • Bài tập 1: Một lò nung Tuynel dùng để nung gạch 4 lỗ và ngói 22. Biết trong một ngày trung bình nung được 120000 viên gạch 4 lỗ và 30000 viên ngói 22.
Yêu cầu hãy tính năng suất của lò nung trên theo giờ ? • Hướng dẫn giải: • Lò nung Tuynel là thiết bị nhiệt hoạt động liên tục 24 giờ một ngày. Ta suy ra năng suất của lò nung trong một giờ được tính như sau: • Số viên gạch 4 lỗ và ngói 22 được lò nung cho ra trong một giờ bằng: 120000 Gg 5000viên / h 24 30000 Gng 1250viên / h • 24 • Vậy năng suất của lò nung Tuynel: trong 1 giờ cho ra 5000 viên gạch 4 lỗ và 1250 viên ngói 22. 25 Chương 2: Nhiên Liệu Sử Dụng Cho Lò Công Nghiệp GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2 Chương 2 tập trung giới thiệu cho người học các loại nhiên liệu sử dụng cho lò công nghiệp. MỤC TIÊU CHƯƠNG 2 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: Giới thiệu các vấn đề liên quan đến lò công nghiệp dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng, thông qua đó sinh viên có thể xác định đúng đối tượng nghiên cứu của môn học, đồng thời nắm bắt được các thông số kỹ thuật đặc trưng của lò công nghiệp, cũng như các tính chất cơ bản của nguyên vật liệu trong quá trình gia công nhiệt Về kiến thức: - Trình bày và giải thích được khái niệm, phân loại lò công nghiệp.
- Trình bày và giải thích được khái niệm, vai trò của công đoạn gia côngn nhiệt. - Nắm được các loại lò công nghiệp sử dụng trong quá trình gia công nhiệt. Về kỹ năng: - Nhận diện được các loại lò sấy, lò nung sử dụng cho quá trình gia công nhiệt. - Phân tích được những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt.
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Ý thức được tầm quan trọng và ý nghĩa thực tiễn của công tác vận hành các loại o lò công nghiệp trong thực tế sản xuất các sản phẩm vật liệu xây dựng. - Chủ động đề ra các biện pháp xử lý những tình huống khẩn cấp trong quá trình xảy ra sự cố. - Tuân thủ nội quy, quy định nơi làm việc. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 2 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm).
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 2 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.