Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Ректор БГТУ_ И.М. Жарский

«_» _ 2010г.

Регистрационный № УД- _/баз.

ПРОЦЕССЫ И АГРЕГАТЫ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Учебная программа для специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

специализации: 1-36 07 01 02 «Машины и оборудование предприятий строительных материалов»

2010

СОСТАВИТЕЛЬ:

Эдуард Игнатьевич Левданский, профессор кафедры машин и аппаратов химических и силикатных производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», доктор технических наук.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Михаил Владимирович Самойлов, заведующий кафедрой технологии важнейших отраслей промышленности учреждения образования «Белорусский государственный экономический университет», кандидат технических наук, доцент;

Владимир Алексеевич Марков, заведующий кафедрой процессов и аппаратов химических производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», доктор технических наук, профессор.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ

Кафедрой машин и аппаратов химических и силикатных производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № от 2010г.).

Научно-методическим советом учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № от 2010.) Ответственный за выпуск Э.И. Левданский

СОДЕРЖАНИЕ

Пояснительная записка Примерный тематический план Содержание дисциплины Примерный тематический план практических и лабораторных занятий и курсовых проектов Информационная часть

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Актуальность изучения дисциплины «Процессы и агрегаты производства строительных материалов»

Курс «Процессы и агрегаты производства строительных материалов»

является специализированной дисциплиной, которая изучается на заключительной стадии подготовки специалистов данного профиля. Данная дисциплина совместно с дисциплиной «Машины и оборудование предприятий строительных материалов» являются базовыми для формирования из студента инженера-механика по специальности «Машины и оборудование предприятий строительных материалов»

Цель и задачи учебной дисциплины Целью изучения настоящего курса является приобретение студентами знаний по процессам производства строительных материалов, методам их расчета, определения технологических и конструктивных параметров машин и оборудования, применяемого для осуществления этих процессов.

Задачей курса является – дать студентам знания по гидродинамическим, тепловым, массообменным и термохимическим процессам производства строительных материалов и оборудованию, применяемому для их проведения. Научить студента, используя знания других общеинженерных дисциплин, производить расчеты процессов, а также узлов и конструктивных параметров машин и оборудования, используемых для осуществления данных процессов, обучить студентов делать анализ по вопросам эффективной эксплуатации оборудования, энергосбережению, вопросам охраны труда и защиты окружающей среды.

Эти цели и задачи достигаются:

лекциями, в которых излагаются теоретические вопросы, раскрывающие целесообразность использования того или иного процесса и оборудования при производстве строительных материалов. Изучаются методы расчета основных технологических параметров машин и оборудования. Рассматриваются современные направления в развитии технологических процессов и оборудования, а также методы его совершенствования;

практическими занятиями, на которых закрепляются теоретические знания по расчету процессов и определению основных параметров машин и оборудования для осуществления данных процессов;

лабораторными занятиями, на которых студенты закрепляют теоретические знания путем изучения оборудования и процессов, происходящих в нем, а также получают навыки выполнения и обработки результатов экспериментальных исследований с применением вычислительной техники, работы с аппаратурой и приборами;

курсовым проектированием, где студенты приобретают навыки самостоятельных решений по вопросам выбора оборудования, закрепляют знания по расчетам и конструированию машин, использованию нормативной документации, средств автоматизации.

Требования для усвоения учебной дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен знать:

основные процессы используемые в производстве строительных материалов и инженерные методы их расчета;

основные аппараты и машины применяемые для осуществления технологических процессов инженерные методы их расчета и конструирования;

метод оптимизации технологических процессов, конструктивных и технологических параметров апаратов и машин;

основные направления совершенствования процессов и оборудования для их осуществления.

Студент обязан уметь:

правильно выполнять технико-экономическое обоснование выбора процессов и оборудования для конкретной технологии производства строительных материалов;

находить оптимальные технические решения по усовершенствованию процессов и оборудования;

составлять расчетные схемы, производить расчет процессов и технологического оборудования;

проводить испытание оборудования и находить оптимальные режимы Структура содержания учебной дисципдины Структура содержания учебной дисциплины «Процессы и агрегаты производства строительных материалов» включает:

курс лекций, в котором рассматриваются основные процессы и оборудование предприятий строительных материалов;

практические занятия, наравленные на получение практических навыков по реализации теоретических знаний;

лабораторные работы, где студенты закрепляют полученные на лекциях знания;

курсовое проектирование, где студенты приобретают опыт расчета процессов производства строительных материалов и коструирования агрегатов для их осуществления.

Учебным планом для изучения данной дисциплины предусмотрено часа с которых 186 аудиторных: 102 часа лекций, 50 лабораторные и практические занятия.

Основные методы (технологии) изучения соответствуют названию содержания учебной дисциплины «Процессы и агрегаты производства строительных материалов». Для изучения названной дисциплины студенты прослушивают курс лекций и потом закрепляют полученные знания на практических занятиях, при выполнении лабораторных работ и при выполнении курсового проекта.

Для диагностики сформированности полученных знаний рекомендуется использовать тесты, индивидуальные задания, контрольные работы, а также экзамены.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Раздел 1. Введение в дисциплину «Процессы и агрегаты производства строительных материалов»

Назначение дисциплины, ее место в предприятий производства строительных материалов Раздел2. Гидромеханические процессы и оборудование для их осуществления Гидродинамика тепло- и массообменых Сжатие и разряжение газов. Машины применяемые для сжатия и разряжения газов Разделение неоднородных систем. Способы и агрегаты для разделения неоднородых систем Сортировка сыпучих материалов применяемые в производстве строительных осуществления Основы массопередачи Абсорбция и агрегаты для ее осуществления Установки для сушки материалов и изделий Раздел 4. Тепловые процессы применяемые в производстве строительных материалов и оборудование для их осуществления Передача тепла Теплоообменные аппараты примеяемые на установках производства стройматериалов Тепловлажностная обработка бетонных и 4. силикатных изделий и конструкции агрегатов для ее осуществления Раздел 5. Термохимические процессы для их осуществления 5.1 Процессы происходящие при обжиге материалов в печи 5.2 Источники тепла, виды теплоносителей и 8 способы их использования 5.3 Оборудование для высокотемпературной 17 4 обработки материалов 5.5 Автоматизация процессов на техологических установках производства строительных материалов 5.6 Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации оборудования производства строительных материалов

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1 Введение в дисциплины «Процессы и агрегаты производства строительных материалов»

1.1. Назначение дисциплины, ее место и роль в подготовке инженеров-механиков для предприятий производства строительных материалов Основные процессы технологии производства стройматериалов и их классификация. Пути совершенствования технологических процессов с целью экономии топливно-энергетических ресурсов.

Раздел 2 Гидромеханические процессы и оборудование для их 2.1. Гидродинамика тепло и массообменных аппаратов Гидравлическое сопротивление каналов при движении одно и двухфазных потоков. Гидродинамика неподвижного зернистого слоя.

Гидродинамика взвешенного слоя.

2.2. Сжатие и разряжение газов Машины применяемые для сжатия и разряжения газов. Особенности эксплуатации поршневых компрессоров и заводских воздушных сетей.

Вентиляторы. Конструктивные особенности центробежных вентиляторов работающих на запыленных и высокотемпературных газах. Вакуум-насосы.

Схемы установок для создания глубокого вакуума.

2.3. Разделение неоднородных систем. Способы разделения неоднородных систем Гравитационное осаждение. Теория гравитационного осаждения одиночной частицы. Стесннное осаждение тврдой фазы. Конструкции аппаратов для гравитационного разделения неоднородных систем.

Осаждение в поле центробежных сил. Теория разделения неоднородных систем в центробежном поле. Конструкции аэроциклонов.

Расчт аэроциклонов для разделения аэровзвесей.

Разделение газовзвесей в электрическом поле. Конструкции электрофильтров для разделения газовзвесей. Расчт процесса и выбор электрофильтров.

Фильтрование. Общие сведения. Теория процесса фильтрования.

Конструкции фильтров, принцип их действия. Закономерности фильтрования в центрифугах.

Мокрая очистка газов. Общие сведения. Конструкции аппаратов для мокрой очистки газов. Способы и устройства для очистки капельной влаги.

Пути совершенствования процессов разделения неоднородных систем.

Энергосбережение при разделении неоднородных систем.

2.4. Сортировка сыпучих материалов Способ сортировки и область их применения. Конструкции пневмоклассификаторов и методы их расчета. Конструкции гидроклассификаторов и методы их расчета.

Раздел 3 Массообменные процессы применяемые в производстве строительных материалов и агрегаты для их осуществления 3.1. Основы массопередачи Классификация массообменных процессов. Механизм и движущая сила массообменных процессов.

3.2. Абсорбция Абсорбционная очистка газов. Равновесие фаз. Материальный баланс процесса абсорбции. Уравнение рабочей линии процесса. Высота единицы переноса, число единиц переноса. Схемы абсорбционных установок.

Конструкции распыливающих, поверхностных, насадочных и барботажных абсорберов. Расчт абсорбционного аппарата.

Связь влаги с материалом. Способы сушки. Кинетика сушки. Тепло- и массообмен между влажным материалом и теплоносителем. Материальный и тепловой баланс сушильной установки.

Конвективная сушка. Расчт теоретической и реальной сушилки с применением J-х диаграммы влажного воздуха. Расчт процесса сушки с промежуточным подогревом теплоносителя. Расчт процесса сушки с рециркуляцией теплоносителя. Расчт процесса сушки дымовыми газами.

3.4. Установки для сушки материалов и изделий Схемы сушильных установок и их основные элементы. Классификация сушильных установок. Требования, предъявляемые к сушилкам. Барабанные сушилки. Назначение, устройство и принцип работы барабанной сушилки.

Особенности противоточной и прямоточной схемы работы сушилок.

Устройство основных узлов барабанной сушилки.

Камерные и туннельные сушилки. Назначение, устройство и принцип работы. Варианты движения теплоносителя в этих сушилках и пути интенсификации процесса сушки в них.

Сушилки кипящего и виброкипящего слоя. Устройство, принцип работы и область применения.

Распылительные сушилки. Назначение, устройство и принцип работы.

Распылительные устройства сушилок.

Пневматические сушилки. Схемы и конструктивные особенности, область применения, достоинства и недостатки. Компоновка пневматических сушилок с размольными машинами.

Радиационные и радиационно-конвективные конвейерные сушилки.

Источники радиационного излучения. Организация транспортировки материала в радиационно-конвективных конвейерных сушилках.

Сушилки с применением токов высокой частоты. Назначение, устройство, принцип работы и область применения. Комбинированная сушилка, совмещающая высокочастотную и конвективную сушку.

Выбор сушилок. Основы расчта сушилок. Пути снижения расхода тепла на сушку.

Раздел 4. Тепловые процессы применяемые в производстве строительных материалов и оборудование для их осуществления 4.1. Передача тепла Способы передачи тепла. Передача тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением. Совместная передача тепла конвекцией и теплопроводностью. Совместная передача тепла конвекцией и излучением.

Особенности излучения газов и паров. Лучистый теплообмен между газовой средой и оболочкой. Теплопередача от газов и кладки к поверхности материала. Определение среднего температурного слоя.

4.2. Теплообменные аппараты, применяемые на установках производства стройматериалов Классификация. Поверхностные и смесительные теплообменники.

Регенеративные и рекуперативные теплообменники.

Рекуперативные теплообменники для утилизации тепла.

Калориферы, трубчатые теплорегенераторы, керамические и металлические игольчатые рекуператоры. Теплотехнический расчт рекуператоров.

Регенеративные теплообменники для утилизации тепла печей.

Теплотехнический расчт регенераторов. Новые конструкции регенераторов и использование их для энергосбережения.

Смесительные теплообменники. Применение смесительных теплообменников для утилизации тепла вращающихся печей. Шахтный смесительный теплообменник. Циклонно-каскадный смесительный теплообменник. Конвейерный кальцинатор. Холодильники для охлаждения материала. Теплотехнический расчт смесительных теплообменников.

Использование теплообменных аппаратов для снижения расхода тепла в печах.

4.3. Тепловлажностная обработка бетонных и силикатных изделий и конструкции агрегатов для ее осуществления Назначение тепловлажностной обработки и режимы ее осуществления.

Классификация агрегатов для тепловлажностной обработки. Автоклавные установки. Назначение и конструкции автоклавов. Туннельные пропарочные камеры непрерывного действия. Ямные пропарочные камеры периодического действия. Теплотехнический расчет агрегатов тепловлажностной обработки. Пути снижения расхода тепла на тепловлажностную обработку.

Раздел 5. Термохимические процессы и оборудование для их 5.1. Процессы, происходящие при обжиге материалов в печи Теоретические основы спекания, плавки и вспучивания, и конструкции печей для их осуществления. Общие схемы печей.

5.2. Источники тепла, виды теплоносителей и способы их использования Виды топлива, применяемого в тепловых установках. Характеристика топлива, химического состава. Теплотворность топлива. Температура воспламенения. Соотношение между воздухом и топливными компонентами.

Теоретический выход продуктов сгорания. Температура горения топлива.

Применение газообразного топлива. Достоинства применения газа.

Факторы, влияющие на скорость горения газообразного топлива. Длина факела пламени. Конструкции газовых горелок.

Применение жидкого топлива. Факторы, определяющие скорость горения жидкого топлива. Определение длины горящей части факела.

Конструкции форсунок. Механические и пневматические форсунки.

Применение тврдого топлива. Физические основы горения тврдого топлива. Факельное сжигание пылевидного тврдого топлива. Длина горящего факела. Конструкции горелок для сжигания пылевидного тврдого топлива.

Топки. Основные конструкции топок для сжигания газообразного, жидкого и тврдого топлива.

материалов Печи. Классификация печей. Работа материалов и конструкций печей в условиях повышенных температур.

Вращающиеся барабанные печи. Назначение, устройство и принцип действия. Конструктивные элементы печей. Внутренние теплообменные устройства. Футеровка барабана. Определение мощности привода печи.

Шахтные печи. Конструктивные схемы шахты. Формы и размеры шахты. Типы загрузочных и выгрузочных устройств. Особенности обжига различных материалов.

Туннельные печи. Назначение, область применения, устройство и принцип работы. Зоны термообработки материала в печи. Основные принципиальные схемы печей. Конструкция свода и стен. Передвижение материала в печи.

Камерные печи для обжига керамических изделий. Устройство и принцип работы.

Кольцевые печи с подвижным огнм. Устройство и принцип работы.

Стекловаренные печи. Типы печей, их конструктивные особенности и назначение. Использование тепла отходящих газов после печей. Направление топливного факела в ванных печах. Особенности кладки стекловаренных печей.

Расчт печей. Составление материального и теплового балансов печей.

Тепловой и аэродинамический расчты печей. Расчет основных размеров печей. Пути снижения энергопотребления при эксплуатации печей.

Огнеупорные и изоляционные материалы и их применение при эксплуатации тепловых установок.

5.4. Гипсоварочные котлы Назначение, устройство, принцип работы. Теплотехнический расчет гипсоварочных агрегатов.

5.5. Автоматизация процессов на технологических установках производства строительных материалов Принципиальные особенности решения задачи по составлению задания на автоматизацию технологических процессов. Применение компьютерной техники при контроле, регулировании и оптимизации параметров работы технологических установок.

5.6. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации оборудования производства строительных материалов Тепловыделение, запылнность, токсичность, взрыво- и пожароопасность – основные источники, осложняющие работу тепловых установок.

ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Тематика практических занятий формируется в соответствии с последовательностью изложения лекционного материала и охватывает практически все основные разделы дисциплины.

На практических занятиях проводится расчет технологических процессов и конструктивных параметров агрегатов, обретается опыт работы с нормативной документацией по подбору стандартного оборудования. На всех практических занятиях каждому студенту выдается индивидуальное задание, что заставляет самостоятельно принимать решение по конструктивному оформлению технологической установки.

Рекомендуемый перечень тем следующий:

1. Расчет гидродинамики сушки кипящего слоя.

2. Расчет установки комплексной очистки газов от пыли с подбором циклона и электрофилитра.

3. Расчет параметров воздушного и гидравлического классификаторов.

4. Определение температуры по слоям стенки печи.

5. Теплотехнический расчет рекуперативных, регенеративных и смесительных теплообменников.

6. Расчет процесса горения газообразного, жидкого и твердого 7. Составление материального и теплового баланса сушилок.

8. Расчет теоретической и реальной сушилок конвективного действия.

9. Расчет реальной сушилки использующей для сушки дымовых газов.

10. Сравнительный расчет конвективной сушилки различых вариантов 11. Составление материального и теплового баланса печей с определением расхода топлива.

12. Расчет основных параметров печи.

13. Расчет теплового баланса камеры тепловлажостной обработки бетонных и силикатных изделий.

ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Во время лабораторных работ студенты изучают основные процессы и оборудование для их осуществления, знакомится с современными методами измерения технологических параметров и получают практический опыт по проведению научных исследований и обработке экспериментальных данных.

Для данной дисциплины рекомендуется следующий перечень лабораторных работ:

1. Определение констант фильтрования и производительности фильтра.

пневмотранспорта частиц.

3. Разделение неоднородных систем в поле сил тяжести.

4. Исследование эффективности очистки газов от пыли в аэроциклонах.

5. Исследование работы центробежных механических форсунок.

6. Изучение конструкции и принципа работы рамного фильтр-пресса.

7. Изучение конструкции и принципа работы барабанного вакуумфильтра.

8. Изучение кинетики сушки тврдого материала.

9. Исследование теплообмена в рекуперативном теплообменнике.

10. Определение оптимального режима работы регенеративного теплообменника.

11. Определение скорости передвижения материала в барабанной сушилке.

12. Определение гидравлического сопротивления и высоты кипящего слоя в сушилках кипящего и виброкипящего слоя.

13. Исследование теплопроводности теплоизоляционных материалов.

ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

Задача курсового проектирования заключается в закреплении теоретических знаний студентов, обретения опыта расчта и конструирования машин и аппаратов. Темой курсового проекта является расчт определнного процесса и конструирование агрегата для его осуществления. Кроме основного агрегата студент в расчтно-пояснительной записке должен сделать расчт и подобрать вспомогательное оборудование.

Обязательным является проведение аналитического обзора по новым конструкциям и дать обоснование выбора разрабатываемого агрегата.

Графическая часть обычно состоит из схемы установки со всем вспомогательным оборудованием, чертежа общего вида машин, сборочного чертежа одного из узлов и основных его деталей.

Рекомендуемые темы курсовых проектов по данной дисциплине 1. Проект установки для сушки сыпучего материалов (песок, шлак и т.д.) 2. Проект установки для сушки глины.

3. Проект установки для сушки мела.

4. Проект установки для сушки шликера в производстве керамической плитки.

5. Проект установки для классификации сыпучих материалов.

6. Проект установки комплексной высокоэффективной очистки газов от пыли.

7. Проект установки для утилизации тепла и очистки высокотемпературных газов.

8. Проект установки для обжига клинкера.

9. Проект установки получения извести из влажного мела.

10.Проект установки для обжига керамической плитки.

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

1. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии (книга1, 2) / Под. ред. В.Г. Айнштейна – М.: Физматкнига, 2006.

2. Маркаў, У.А. Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі: Вучэбны дапаможнік у 2-х частках. – ч. 1: Гідрамеханічныя і механічныя працэсы / У.А. Маркаў, П.Я. Вайцяховіч. – Мн.: БДТУ, 2002. – 3. Касаткин, А.Г Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. – М.: Альянс, 2004. – 751 с.

4. Перегудов, В.В. Тепловые процессы и установка в технологии строительных изделий и деталей / В.В. Перегудов, М.И. Роговой.

– М.: Стройиздат, 1963. – 376 с.

5. Мазуров, Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов / Д.Я. Мазуров. – М.: Стройиздат, 1982. – 287 с.

6. Машины и апараты химических производств (Примеры и задачи) / Под редакцией В.Н. Соколова. – Л.: Машиностроение, 1982. – 7. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков. – Л., 1970.

8. Левченко, П.Е. Расчет печей и сушки силикатной промышленности / П.Е. Левченко. – М.: Высшая школа, 2007. – 9. Левданский, Э.И. Расчет промышленных установок для сушки сыпучих и кусковых материалов / Э.И. Левданский. – Мн.: БГТУ, 1992. – 86 с.

10. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Процессы и оборудование предприятий строительных материалов» / Э.И. Левданский, В.А. Бобрович, Л.В.

Новосельская. – Минск, ротопринт БГТУ. 1992. – 50 с.

11. Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» / Под редакцией А.И. Ершова. – Минск изд-во «Университетское», 1988. – 173 с.